Los sensores de nivel detectan el nivel de líquidos y otros fluidos y sólidos fluidizados, incluidos lodos , materiales granulares y polvos que exhiben una superficie superior libre . Las sustancias que fluyen se vuelven esencialmente horizontales en sus contenedores (u otros límites físicos) debido a la gravedad , mientras que la mayoría de los sólidos a granel se amontonan en un ángulo de reposo hasta un pico. La sustancia a medir puede estar dentro de un contenedor o puede estar en su forma natural (por ejemplo, un río o un lago). La medición de nivel puede ser continua o puntual. Los sensores de nivel continuo miden el nivel dentro de un rango específico y determinan la cantidad exacta de sustancia en un lugar determinado, mientras que los sensores de nivel puntual solo indican si la sustancia está por encima o por debajo del punto de detección. Generalmente estos últimos detectan niveles excesivamente altos o bajos.
Hay muchas variables físicas y de aplicación que afectan la selección del método de monitoreo de nivel óptimo para procesos industriales y comerciales. [1] Los criterios de selección incluyen los físicos: fase (líquido, sólido o suspensión), temperatura , presión o vacío , química , constante dieléctrica del medio , densidad (gravedad específica) del medio, agitación (acción) , ruido acústico o eléctrico, vibración , choque mecánico , tamaño y forma del tanque o contenedor. También son importantes las limitaciones de la aplicación: precio, precisión, apariencia, tasa de respuesta, facilidad de calibración o programación , tamaño físico y montaje del instrumento, monitoreo o control de niveles (puntuales) continuos o discretos. En resumen, los sensores de nivel son uno de los sensores más importantes y desempeñan un papel muy importante en una variedad de aplicaciones industriales/de consumo. Al igual que con otros tipos de sensores, los sensores de nivel están disponibles o pueden diseñarse utilizando una variedad de principios de detección. Es muy importante seleccionar un tipo apropiado de sensor que se ajuste a los requisitos de la aplicación.
Hay una variedad de sensores disponibles para la detección de nivel puntual de sólidos. Estos incluyen sensores de nivel vibratorios, de paletas giratorias, mecánicos ( membrana ), de microondas ( radar ), de capacitancia, ópticos, ultrasónicos pulsados y ultrasónicos .
Estos detectan niveles de polvos muy finos (densidad aparente:0,02–0,2 g/cm 3 ), polvos finos (densidad aparente:0,2–0,5 g/cm 3 ) y sólidos granulares (densidad aparente:0,5 g/cm 3 o más). Con una selección adecuada de la frecuencia de vibración y ajustes de sensibilidad adecuados, también pueden detectar el nivel de polvos altamente fluidizados y materiales electrostáticos.
Los sensores de nivel vibratorios de sonda única son ideales para el nivel de polvo a granel. Dado que solo un elemento sensor hace contacto con el polvo, se eliminan los puentes entre dos elementos de la sonda y se minimiza la acumulación de medios. La vibración de la sonda tiende a eliminar la acumulación de material en el elemento de la sonda. Los sensores de nivel vibratorios no se ven afectados por el polvo, la acumulación de carga estática de polvos dieléctricos ni los cambios en la conductividad, temperatura, presión, humedad o contenido de humedad. Los sensores de vibración estilo diapasón son otra alternativa. Suelen ser menos costosos, pero son propensos a la acumulación de material entre las púas,
Los sensores de nivel de paletas giratorias son una técnica muy antigua y establecida para la indicación del nivel de puntos sólidos a granel. La técnica utiliza un motor de engranajes de baja velocidad que hace girar una rueda de paletas. Cuando la paleta se detiene debido a materiales sólidos, el motor gira sobre su eje mediante su propio par hasta que una brida montada en el motor hace contacto con un interruptor mecánico. La paleta se puede construir con una variedad de materiales, pero no se debe permitir que se acumule material pegajoso en la paleta. Puede ocurrir acumulación si el material del proceso se vuelve pegajoso debido a altos niveles de humedad o alta humedad ambiental en la tolva. Para materiales con muy bajo peso por unidad de volumen como perlita , bentonita o cenizas volantes , se utilizan diseños de paletas especiales y motores de bajo par. Se debe evitar que partículas finas o polvo penetren en los cojinetes del eje y el motor mediante la colocación adecuada de la paleta en la tolva o contenedor y el uso de sellos adecuados.
Un sensor de nivel de admitancia de RF utiliza una sonda de varilla y una fuente de RF para medir el cambio en la admitancia . La sonda se conduce a través de un cable coaxial blindado para eliminar los efectos del cambio de capacitancia del cable a tierra. Cuando el nivel cambia alrededor de la sonda, se observa un cambio correspondiente en el dieléctrico. Esto cambia la admitancia de este condensador imperfecto y este cambio se mide para detectar cambios de nivel. [2]
Los sistemas típicos para la detección de nivel puntual en líquidos incluyen flotadores magnéticos y mecánicos, sensores de presión, sensores electroconductores o detectores electrostáticos (capacitancia o inductancia), y mediante la medición del tiempo de vuelo de una señal a la superficie del fluido, a través de medios electromagnéticos (como los magnetoestrictivos). ), sensores ultrasónicos, de radar u ópticos. [3] [4]
El principio detrás de los sensores de nivel magnéticos, mecánicos, de cable y otros sensores de nivel de flotador a menudo implica la apertura o cierre de un interruptor mecánico, ya sea mediante contacto directo con el interruptor o mediante la operación magnética de una lengüeta. En otros casos, como en los sensores magnetoestrictivos, es posible una monitorización continua utilizando un principio de flotación.
Con los sensores de flotador accionados magnéticamente, la conmutación se produce cuando un imán permanente sellado dentro de un flotador sube o baja hasta el nivel de actuación. Con un flotador accionado mecánicamente, la conmutación se produce como resultado del movimiento de un flotador contra un (micro) interruptor en miniatura. Tanto para los sensores de nivel de flotador magnéticos como mecánicos, la compatibilidad química, la temperatura, la gravedad específica (densidad), la flotabilidad y la viscosidad afectan la selección del vástago y el flotador. Por ejemplo, se pueden usar flotadores más grandes con líquidos con gravedades específicas tan bajas como 0,5 manteniendo la flotabilidad. La elección del material del flotador también está influenciada por los cambios inducidos por la temperatura en la gravedad específica y la viscosidad, cambios que afectan directamente la flotabilidad. [5]
Los sensores de tipo flotador se pueden diseñar de modo que un escudo proteja el propio flotador de la turbulencia y el movimiento de las olas. Los sensores de flotador funcionan bien en una amplia variedad de líquidos, incluidos los corrosivos. Sin embargo, cuando se utilicen disolventes orgánicos, será necesario verificar que estos líquidos sean químicamente compatibles con los materiales utilizados para construir el sensor. Los sensores tipo flotador no deben usarse con líquidos de alta viscosidad (espesos), lodos o líquidos que se adhieran al vástago o los flotadores, ni con materiales que contengan contaminantes como virutas de metal; Otras tecnologías de detección son más adecuadas para estas aplicaciones.
Una aplicación especial de los sensores tipo flotador es la determinación del nivel de interfaz en sistemas de separación de agua y petróleo. Se pueden usar dos flotadores, cada uno de los cuales tiene un tamaño que coincida con la gravedad específica del aceite por un lado y del agua por el otro. Otra aplicación especial de un interruptor de flotador tipo vástago es la instalación de sensores de temperatura o presión para crear un sensor multiparamétrico. Los interruptores de flotador magnéticos son populares por su simplicidad, confiabilidad y bajo costo.
Una variación de la detección magnética es el sensor de " efecto Hall " que utiliza la detección magnética de las indicaciones de un medidor mecánico. En una aplicación típica, se fija un "sensor de efecto Hall" sensible al magnetismo a un medidor de tanque mecánico que tiene una aguja indicadora magnetizada, para detectar la posición indicadora de la aguja del medidor. El sensor magnético traduce la posición de la aguja indicadora en una señal eléctrica, permitiendo otra indicación o señalización (generalmente remota). [3]
Los sensores de nivel neumáticos se utilizan donde existen condiciones peligrosas, donde no hay energía eléctrica o su uso está restringido, o en aplicaciones que involucran lodos o lodos pesados. Como se utiliza la compresión de una columna de aire contra un diafragma para accionar un interruptor, ningún líquido del proceso entra en contacto con las partes móviles del sensor . Estos sensores son adecuados para su uso con líquidos altamente viscosos como grasa, así como líquidos corrosivos y a base de agua. Esto tiene el beneficio adicional de ser una técnica de costo relativamente bajo para el monitoreo de nivel puntual. Una variación de esta técnica es el "burbujeador", que comprime el aire en un tubo hasta el fondo del tanque, hasta que se detiene el aumento de presión a medida que la presión del aire aumenta lo suficiente como para expulsar las burbujas de aire del fondo del tubo, superando la presión. allá. La medición de la presión del aire estabilizado indica la presión en el fondo del tanque y, por tanto, la masa de fluido que se encuentra encima. [6] [7] [8] [9] [3] [4]
Los sensores de nivel conductivos son ideales para la detección de nivel puntual de una amplia gama de líquidos conductores, como el agua, y son especialmente adecuados para líquidos altamente corrosivos como la soda cáustica, el ácido clorhídrico , el ácido nítrico, el cloruro férrico y líquidos similares. Para aquellos líquidos conductores que son corrosivos, los electrodos del sensor deben estar construidos con titanio, Hastelloy B o C, o acero inoxidable 316 y aislados con espaciadores, separadores o soportes de materiales cerámicos, de polietileno y a base de teflón. Dependiendo de su diseño, se pueden utilizar varios electrodos de diferentes longitudes con un soporte. Dado que los líquidos corrosivos se vuelven más agresivos a medida que aumentan la temperatura y la presión, se deben considerar estas condiciones extremas al especificar estos sensores.
Los sensores de nivel conductivos utilizan una fuente de energía de bajo voltaje y corriente limitada aplicada a través de electrodos separados. La fuente de alimentación se adapta a la conductividad del líquido, con versiones de voltaje más alto diseñadas para operar en medios menos conductores (mayor resistencia). La fuente de energía frecuentemente incorpora algún aspecto de control, como control de bomba alternante o alto-bajo. Un líquido conductor que hace contacto con la sonda más larga (común) y una sonda más corta (retorno) completa un circuito conductor. Los sensores conductivos son extremadamente seguros porque utilizan voltajes y corrientes bajos. Dado que la corriente y el voltaje utilizados son inherentemente pequeños, por razones de seguridad personal, la técnica también se puede hacer intrínsecamente segura para cumplir con los estándares internacionales para ubicaciones peligrosas . Las sondas conductoras tienen el beneficio adicional de ser dispositivos de estado sólido y son muy sencillas de instalar y utilizar. En algunos líquidos y aplicaciones, el mantenimiento puede ser un problema. La sonda debe seguir siendo conductora. Si la acumulación aísla la sonda del medio, dejará de funcionar correctamente. Una simple inspección de la sonda requerirá un óhmetro conectado entre la sonda sospechosa y la referencia de tierra.
Normalmente, en la mayoría de los pozos de agua y aguas residuales, el pozo mismo con sus escaleras, bombas y otras instalaciones metálicas proporciona un retorno a tierra. Sin embargo, en tanques de productos químicos y otros pozos sin conexión a tierra, el instalador debe proporcionar un retorno a tierra, generalmente una pica de tierra.
Un método de detección de cambio de estado de frecuencia controlado por microprocesador utiliza una señal de baja amplitud generada en múltiples sondas sensoras de diferentes longitudes. Cada sonda tiene una frecuencia separada de todas las demás sondas del conjunto y cambia de estado de forma independiente cuando la toca el agua. El cambio de estado de la frecuencia en cada sonda es monitoreado por un microprocesador que puede realizar múltiples funciones de control del nivel de agua.
Un punto fuerte del monitoreo de frecuencia dependiente del estado es la estabilidad a largo plazo de las sondas de detección. La intensidad de la señal no es suficiente para provocar suciedad, degradación o deterioro de los sensores debido a la electrólisis en agua contaminada. Los requisitos de limpieza del sensor son mínimos o eliminados. El uso de múltiples varillas detectoras de diferentes longitudes permite al usuario configurar intuitivamente interruptores de control en varias alturas del agua.
El microprocesador en un monitor de frecuencia dependiente del estado puede accionar válvulas y/o bombas grandes con un consumo de energía muy bajo. Se pueden incorporar múltiples controles de interruptor en un paquete pequeño al tiempo que se proporciona una funcionalidad compleja y específica de la aplicación utilizando el microprocesador. El bajo consumo de energía de los controles es consistente en aplicaciones de campo grandes y pequeñas. Esta tecnología universal se utiliza en aplicaciones con una amplia gama de calidades de líquidos.
Los sensores de nivel ultrasónicos se utilizan para la detección de nivel sin contacto de líquidos altamente viscosos, así como de sólidos a granel. También se utilizan ampliamente en aplicaciones de tratamiento de agua para control de bombas y medición de flujo en canales abiertos. Los sensores emiten ondas acústicas de alta frecuencia (20 kHz a 200 kHz) que se reflejan y detectan en el transductor emisor. [3]
Los sensores de nivel ultrasónicos también se ven afectados por los cambios en la velocidad del sonido debido a la humedad, la temperatura y la presión. Se pueden aplicar factores de corrección a la medición de nivel para mejorar la precisión de la medición.
La turbulencia, la espuma, el vapor, las nieblas químicas (vapores) y los cambios en la concentración del material del proceso también afectan la respuesta del sensor ultrasónico. La turbulencia y la espuma impiden que la onda sonora se refleje correctamente en el sensor; el vapor y las neblinas y vapores químicos distorsionan o absorben la onda sonora; y las variaciones en la concentración provocan cambios en la cantidad de energía en la onda sonora que se refleja de regreso al sensor. Se utilizan pozos tranquilizadores y guías de ondas para evitar errores causados por estos factores.
Se requiere un montaje adecuado del transductor para garantizar la mejor respuesta al sonido reflejado. Además, la tolva, el contenedor o el tanque deben estar relativamente libres de obstáculos tales como piezas soldadas, soportes o escaleras para minimizar los retornos falsos y la respuesta errónea resultante, aunque la mayoría de los sistemas modernos tienen un procesamiento de eco lo suficientemente "inteligente" como para realizar cambios de ingeniería en gran medida. innecesario excepto cuando una intrusión bloquea la línea de visión del transductor al objetivo. Dado que el transductor ultrasónico se utiliza tanto para transmitir como para recibir energía acústica, está sujeto a un período de vibración mecánica conocido como "timbre". Esta vibración debe atenuarse (detenerse) antes de que se pueda procesar la señal reflejada. El resultado neto es una distancia desde la cara del transductor que es ciega y no puede detectar un objeto. Se conoce como "zona de supresión", normalmente de 150 mm a 1 m, dependiendo del alcance del transductor.
El requisito de circuitos de procesamiento de señales electrónicas se puede utilizar para hacer del sensor ultrasónico un dispositivo inteligente. Los sensores ultrasónicos se pueden diseñar para proporcionar control de nivel puntual, monitoreo continuo o ambos. Debido a la presencia de un microprocesador y al consumo de energía relativamente bajo, también existe la capacidad de comunicación en serie desde otros dispositivos informáticos, lo que la convierte en una buena técnica para ajustar la calibración y el filtrado de la señal del sensor, el monitoreo inalámbrico remoto o las comunicaciones de la red de la planta. El sensor ultrasónico goza de gran popularidad debido a su poderosa combinación de bajo precio y alta funcionalidad.
Los sensores de nivel de capacitancia destacan en detectar la presencia de una amplia variedad de sólidos, líquidos acuosos y orgánicos y lodos. [10] La técnica se conoce frecuentemente como RF para las señales de radiofrecuencia aplicadas al circuito de capacitancia. Los sensores pueden diseñarse para detectar materiales con constantes dieléctricas tan bajas como 1,1 (coque y cenizas volantes) y tan altas como 88 (agua) o más. También se pueden detectar lodos y lodos como tortas deshidratadas y lodos de aguas residuales (constante dieléctrica aproximadamente 50) y productos químicos líquidos como cal viva (constante dieléctrica aproximadamente 90). [3] Los sensores de nivel de capacitancia de sonda dual también se pueden usar para detectar la interfaz entre dos líquidos inmiscibles con constantes dieléctricas sustancialmente diferentes, proporcionando una alternativa de estado sólido al interruptor de flotador magnético antes mencionado para la aplicación de "interfaz aceite-agua".
Dado que los sensores de nivel de capacitancia son dispositivos electrónicos, la modulación de fase y el uso de frecuencias más altas hacen que el sensor sea adecuado para aplicaciones en las que las constantes dieléctricas son similares. El sensor no contiene piezas móviles, es resistente, fácil de usar y de limpiar, y puede diseñarse para aplicaciones de alta temperatura y presión. Existe un peligro por la acumulación y descarga de una carga estática de alto voltaje que resulta del roce y movimiento de materiales de bajo dieléctrico, pero este peligro se puede eliminar con un diseño y una conexión a tierra adecuados.
La elección adecuada de los materiales de las sondas reduce o elimina los problemas causados por la abrasión y la corrosión. La detección de nivel puntual de adhesivos y materiales de alta viscosidad, como aceite y grasa, puede provocar la acumulación de material en la sonda; sin embargo, esto se puede minimizar utilizando un sensor autoajustable. Para líquidos propensos a formar espuma y aplicaciones propensas a salpicaduras o turbulencias, los sensores de nivel de capacitancia se pueden diseñar con protectores contra salpicaduras o pozos tranquilizantes, entre otros dispositivos.
Una limitación importante para las sondas de capacitancia son los contenedores altos que se utilizan para almacenar sólidos a granel. El requisito de una sonda conductora que se extienda hasta el fondo del rango medido es problemático. Las sondas de cable conductor largo (de 20 a 50 metros de largo), suspendidas en el contenedor o silo, están sujetas a una tremenda tensión mecánica debido al peso del polvo a granel en el silo y la fricción aplicada al cable. Estas instalaciones suelen provocar la rotura del cable.
Los sensores ópticos se utilizan para la detección de nivel puntual de sedimentos, líquidos con sólidos suspendidos e interfaces líquido-líquido. Estos sensores detectan la disminución o el cambio en la transmisión de la luz infrarroja emitida por un diodo infrarrojo (LED). Con la elección adecuada de los materiales de construcción y la ubicación de montaje, estos sensores se pueden utilizar con líquidos acuosos, orgánicos y corrosivos.
Una aplicación común de los económicos sensores de nivel de punto de interfaz óptica basados en infrarrojos es la detección de la interfaz de lodo/agua en estanques de sedimentación. Al utilizar técnicas de modulación de pulso y un diodo infrarrojo de alta potencia, se pueden eliminar las interferencias de la luz ambiental, operar el LED con una ganancia mayor y disminuir los efectos de la acumulación en la sonda.
Un enfoque alternativo para la detección de nivel óptico continuo implica el uso de un láser. La luz láser está más concentrada y, por tanto, es más capaz de penetrar en ambientes polvorientos o llenos de vapor. La luz láser se reflejará en la mayoría de las superficies líquidas y sólidas. El tiempo de vuelo se puede medir con un circuito de sincronización preciso, para determinar el alcance o la distancia de la superficie al sensor. El uso de láseres sigue siendo limitado en aplicaciones industriales debido al costo y la preocupación por el mantenimiento. La óptica debe limpiarse con frecuencia para mantener el rendimiento.
Los sensores de microondas son ideales para su uso en ambientes húmedos, vaporosos y polvorientos, así como en aplicaciones en las que varían las temperaturas y presiones. Las microondas (también descritas frecuentemente como radar) penetrarán capas de temperatura y vapor que pueden causar problemas a otras técnicas, como la ultrasónica. [3] Las microondas son energía electromagnética y, por lo tanto, no requieren moléculas de aire para transmitir la energía, lo que las hace útiles en el vacío. Las microondas, como energía electromagnética, se reflejan en objetos con altas propiedades conductoras, como el metal y el agua conductora. Alternativamente, son absorbidos en diversos grados por medios aislantes o de "bajo dieléctrico" como plásticos, vidrio, papel, muchos polvos y productos alimenticios y otros sólidos.
Los sensores de microondas se ejecutan en una amplia variedad de técnicas. Se aplican dos técnicas básicas de procesamiento de señales, cada una de las cuales ofrece sus propias ventajas: la reflectometría pulsada o en el dominio del tiempo (TDR), que es una medida del tiempo de vuelo dividido por la velocidad de las ondas electromagnéticas en el medio (velocidad de la luz dividida por la raíz cuadrada de la constante dieléctrica del medio [11] ), similares a los sensores de nivel ultrasónicos, y sistemas Doppler que emplean técnicas FMCW. Al igual que los sensores de nivel ultrasónicos, los sensores de microondas se ejecutan en varias frecuencias, desde 1 GHz hasta 60 GHz. [12] Generalmente, cuanto mayor es la frecuencia, más precisa y más costosa. El microondas se ejecuta con una técnica sin contacto o guiada. El primero se realiza monitoreando una señal de microondas que se transmite a través del espacio libre (incluido el vacío) y se refleja, o puede ejecutarse como una técnica de "radar en un cable", generalmente conocida como radar de onda guiada o radar de microondas guiado. En esta última técnica, el rendimiento generalmente mejora en polvos y medios de bajo dieléctrico que no son buenos reflectores de la energía electromagnética transmitida a través de un vacío (como en los sensores de microondas sin contacto). Esta técnica puede utilizar guías de ondas específicas de la aplicación para obtener resultados más precisos o información adicional requerida para la aplicación del sensor (por ejemplo, algunos sensores pueden usar partes del tanque u otros equipos como guía de ondas o su parte). [13] Es una práctica común utilizar guías de ondas remotas, cuando la guía de ondas está alejada de la parte electrónica (comúnmente para yacimientos con condiciones difíciles, radiación o ebullición bajo líquidos/gases a alta presión, etc.). Pero con la técnica guiada existen las mismas limitaciones mecánicas que causan problemas para las técnicas de capacitancia (RF) mencionadas anteriormente al tener una sonda en el recipiente.
Los sensores de radar basados en microondas sin contacto son capaces de ver a través de ventanas de vidrio/plástico 'transparentes a las microondas' (no conductoras) de baja conductividad o paredes de recipientes a través de las cuales puede pasar el haz de microondas y medir un líquido 'reflectante de microondas' (conductor). por dentro (de la misma forma que se utiliza un recipiente de plástico en un horno microondas). Tampoco se ven afectados en gran medida por las altas temperaturas, la presión, el vacío o las vibraciones. Como estos sensores no requieren contacto físico con el material del proceso, el transmisor/receptor se puede montar a una distancia segura encima/del proceso, incluso con una extensión de antena de varios metros para reducir la temperatura, y aun así responder a los cambios de nivel. o cambios de distancia, por ejemplo, son ideales para medir productos de metal fundido a más de 1200 °C. Los transmisores de microondas también ofrecen la misma ventaja clave de los ultrasonidos: la presencia de un microprocesador para procesar la señal, proporcionar numerosas capacidades de monitoreo, controles, comunicaciones, configuración y diagnóstico y son independientes de los cambios de densidad, viscosidad y propiedades eléctricas. Además, resuelven algunas de las limitaciones de aplicación de los ultrasonidos: operación en alta presión y vacío, altas temperaturas, capas de polvo, temperatura y vapor. Los radares de onda guiada pueden medir con gran éxito en espacios estrechos y confinados, ya que el elemento guía garantiza una transmisión correcta hacia y desde el líquido medido. Aplicaciones como tubos tranquilizadores interiores o bridas o jaulas externas ofrecen una excelente alternativa a los dispositivos de flotación o desplazamiento, ya que eliminan cualquier pieza móvil o conexión y no se ven afectados por los cambios o la acumulación de densidad. También son excelentes con productos de muy baja reflectividad de microondas, como gases líquidos (GNL, GLP, amoníaco) que se almacenan a bajas temperaturas/altas presiones, aunque se debe tener cuidado con las disposiciones de sellado y las aprobaciones para áreas peligrosas. En el caso de sólidos y polvos a granel, GWR ofrece una excelente alternativa a los sensores de radar o ultrasónicos, pero se debe tener cuidado con el desgaste del cable y la carga del techo por el movimiento del producto.
Una de las principales desventajas percibidas de las técnicas de microondas o radar para el control de niveles es el precio relativamente alto de dichos sensores y su compleja configuración. Sin embargo, el precio se ha reducido significativamente en los últimos años, para igualar el de los ultrasonidos de mayor alcance, y la configuración simplificada de ambas técnicas también mejora la facilidad de uso.
Los sensores de nivel magnetoestrictivos son similares a los sensores de tipo flotador en que un imán permanente sellado dentro de un flotador sube y baja por un vástago en el que está sellado un cable magnetoestrictivo. Ideales para la medición continua de nivel de alta precisión de una amplia variedad de líquidos en contenedores de almacenamiento y envío, estos sensores requieren la elección adecuada del flotador en función de la gravedad específica del líquido. Al elegir materiales de flotador y vástago para sensores de nivel magnetoestrictivos, se aplican las mismas pautas descritas para los sensores de nivel de flotador magnéticos y mecánicos.
Los dispositivos magnetoestrictivos de nivel y posición cargan el cable magnetoestrictivo con corriente eléctrica, cuando el campo se cruza con el campo magnético de los flotadores se genera un giro o pulso mecánico, este viaja hacia abajo por el cable a la velocidad del sonido, como el ultrasonido o el radar, se mide la distancia. por tiempo de vuelo desde el pulso hasta el registro de pulso de regreso. el tiempo de vuelo corresponde a la distancia desde el sensor que detecta el pulso de retorno.
Debido a la precisión posible con la técnica magnetoestrictiva, es popular para aplicaciones de "transferencia de custodia". Puede ser permitido por una agencia de pesos y medidas para realizar transacciones comerciales. También se aplica frecuentemente en mirillas magnéticas. En esta variación, el imán se instala en un flotador que se desplaza dentro de un tubo o vidrio calibrador. El imán opera sobre el sensor que está montado externamente en el medidor. Las calderas y otras aplicaciones de alta temperatura o presión aprovechan esta calidad de rendimiento.
Los sensores de nivel de cadena resistivos son similares a los sensores de nivel de flotador magnético en que un imán permanente sellado dentro de un flotador se mueve hacia arriba y hacia abajo por un vástago en el que se sellan interruptores y resistencias estrechamente espaciados. Cuando los interruptores están cerrados, la resistencia se suma y se convierte en señales de corriente o voltaje que son proporcionales al nivel del líquido.
La elección de los materiales del flotador y del vástago depende del líquido en términos de compatibilidad química, así como de la gravedad específica y otros factores que afectan la flotabilidad. Estos sensores funcionan bien para mediciones de nivel de líquidos en aplicaciones marinas, de procesamiento químico, farmacéutico, de alimentos, de tratamiento de residuos y otras aplicaciones. Con la elección adecuada de dos flotadores, los sensores resistivos de nivel de cadena también se pueden usar para monitorear la presencia de una interfaz entre dos líquidos inmiscibles cuyas gravedades específicas son superiores a 0,6, pero difieren en tan sólo 0,1 unidades.
Los sensores de nivel de flotador con magnetorresistencia son similares a los sensores de nivel de flotador, sin embargo, un par de imanes permanentes está sellado dentro del pivote del brazo del flotador. A medida que el flotador sube, el movimiento y la ubicación se transmiten como la posición angular del campo magnético. Este sistema de detección es muy preciso hasta 0,02° de movimiento. La ubicación de la brújula de campo proporciona una ubicación física de la posición de flotación. La elección de los materiales del flotador y del vástago depende del líquido en términos de compatibilidad química, así como de la gravedad específica y otros factores que afectan la flotabilidad del flotador. El sistema de monitoreo electrónico no entra en contacto con el fluido y se considera intrínsecamente seguro o a prueba de explosiones. Estos sensores funcionan bien para mediciones de nivel de líquidos en aplicaciones marinas, de vehículos, de aviación, de procesamiento químico, farmacéutico, de alimentos, de tratamiento de residuos y otras aplicaciones.
Debido a la presencia de un microprocesador y al bajo consumo de energía, también existe la capacidad de comunicación en serie con otros dispositivos informáticos, lo que la convierte en una buena técnica para ajustar la calibración y el filtrado de la señal del sensor.
Los sensores de nivel de presión hidrostática son sensores de presión sumergibles o montados externamente adecuados para medir el nivel de líquidos corrosivos en tanques profundos o agua en depósitos. Normalmente, el nivel del líquido está determinado por la presión en el fondo del contenedor de líquido (tanque o depósito); la presión en el fondo, ajustada a la densidad/gravedad específica del fluido, indica la profundidad del fluido. [3] Para estos sensores, el uso de materiales químicamente compatibles es importante para garantizar un rendimiento adecuado. Los sensores están disponibles comercialmente desde 10 mbar hasta 1000 bar.
Dado que estos sensores detectan un aumento de presión con la profundidad y debido a que las gravedades específicas de los líquidos son diferentes, el sensor debe calibrarse adecuadamente para cada aplicación. Además, las grandes variaciones de temperatura provocan cambios en la gravedad específica que deben tenerse en cuenta cuando la presión se convierte a nivel. Estos sensores pueden diseñarse para mantener el diafragma libre de contaminación o acumulación, garantizando así un funcionamiento adecuado y mediciones precisas del nivel de presión hidrostática.
Para uso en aplicaciones al aire libre, donde el sensor no se puede montar en el fondo del tanque o en la tubería del mismo, se puede suspender una versión especial del sensor de nivel de presión hidrostática, una sonda de nivel , de un cable dentro del tanque hasta el punto inferior. eso es lo que hay que medir. [3] El sensor debe estar diseñado especialmente para sellar la electrónica del entorno líquido. En tanques con una presión de cabeza pequeña (menos de 100 INWC), es muy importante ventilar la parte posterior del manómetro del sensor a presión atmosférica. De lo contrario, los cambios normales en la presión barométrica introducirán un gran error en la señal de salida del sensor. Además, la mayoría de los sensores deben compensarse por los cambios de temperatura en el fluido.
Las sondas de nivel de presión se sumergen directamente en el líquido y permanecen flotando permanentemente sobre el fondo del tanque. La medición se realiza según el principio hidrostático. La presión de gravedad de la columna de líquido provoca una expansión del elemento sensor sensible a la presión, que convierte la presión medida en una señal eléctrica estándar. El cable de conexión de las sondas de nivel tiene varias tareas que cumplir. Además de la alimentación eléctrica y la transmisión de señal, el sensor de nivel se sujeta mediante un cable. El cable también incluye un fino tubo de aire que dirige la presión del aire ambiente a la sonda de nivel. Por ello, las sondas de nivel suelen estar diseñadas como sensores de presión relativa, que utilizan la presión ambiental actual como punto cero de su rango de medición.
Sin la llamada compensación de presión relativa, las sondas de nivel no solo medirían la presión hidrostática sino también la presión del aire en la columna de líquido. A nivel del mar, esto equivale a unos 1.013 mbar, lo que correspondería a la presión ejercida por una columna de agua de diez metros de altura. Además, una presión de aire variable afectaría el resultado de la medición. Fluctuaciones típicas de la presión del aire de aproximadamente +/- 20 mbar, correspondientes a +/- 20 cmWs (columna de agua).
Para diseños de pozos profundos, también se utiliza el principio de medición de calibre sellado. Desde una profundidad de aprox. 20 m, la presión relativa sólo puede compensarse de forma limitada mediante la manguera delgada. El sensor de nivel está diseñado entonces como transmisor de presión absoluta, cuyo punto cero se ajusta según el lugar de uso a la presión atmosférica media deseada. Esto significa que el sensor de nivel ya no tiene conexión con la atmósfera. Las posibles fluctuaciones en la presión del aire pueden afectar el resultado de la medición, pero en los pozos profundos desempeñan un papel bastante menor.
La presión hidrostática, también la presión gravitacional o la presión gravitacional, se produce dentro de un fluido estacionario. Es causado por la gravedad y depende de la densidad y altura de la columna de líquido. No importa la masa del líquido (véase también la paradoja hidrostática), es decir, no es decisivo el peso total del líquido en el recipiente, sino el nivel de llenado.
dónde:
La medición del nivel mínimo comienza con una cobertura completa del elemento de medición cerca del extremo superior del sensor de nivel. No se detectan niveles de llenado por debajo de la sonda de nivel. Por lo tanto, dependiendo de la aplicación y de la altura de montaje, es necesario ajustar el nivel en la unidad de evaluación a la altura de montaje respectiva con un ajuste desplazado.
Dependiendo de los requisitos del sitio, las sondas de nivel ofrecen diferentes características:
Un sensor de nivel de burbujeador de aire utiliza un tubo con una abertura debajo de la superficie del nivel del líquido. Un flujo fijo de aire pasa a través del tubo. La presión en el tubo es proporcional a la profundidad (y densidad) del líquido sobre la salida del tubo. [3]
Los sistemas de burbujeo de aire no contienen piezas móviles, lo que los hace adecuados para medir el nivel de aguas residuales, aguas de drenaje, lodos de depuradora, excrementos o agua con grandes cantidades de sólidos en suspensión. La única parte del sensor que entra en contacto con el líquido es un tubo de burbuja que es químicamente compatible con el material cuyo nivel se va a medir. Dado que el punto de medición no tiene componentes eléctricos, la técnica es una buena opción para áreas clasificadas como peligrosas. La parte de control del sistema se puede ubicar de manera segura a una distancia segura, con las tuberías neumáticas aislando los lugares peligrosos del área segura.
Los sistemas de burbujeo de aire son una buena opción para tanques abiertos a presión atmosférica y pueden construirse de manera que el aire a alta presión pase a través de una válvula de derivación para desalojar los sólidos que pueden obstruir el tubo de burbujeo. La técnica es inherentemente autolimpiante. Es altamente recomendado para aplicaciones de medición de nivel de líquidos donde las técnicas ultrasónicas, de flotación o de microondas han demostrado ser poco confiables. El sistema requerirá un suministro constante de aire durante la medición. El extremo del tubo debe estar por encima de cierta altura para evitar que el lodo obstruya el tubo.
Un medidor de nivel nuclear o medidor de rayos gamma mide el nivel mediante la atenuación de los rayos gamma que pasan a través de un recipiente de proceso. [14] La técnica se utiliza para regular el nivel de acero fundido en un proceso de fundición continua de acería. El molde refrigerado por agua está dispuesto con una fuente de radiación, como cobalto-60 o cesio-137 , en un lado y un detector sensible, como un contador de centelleo, en el otro. A medida que aumenta el nivel de acero fundido en el molde, el sensor detecta menos radiación gamma. La técnica permite la medición sin contacto donde el calor del metal fundido hace que las técnicas de contacto e incluso muchas técnicas sin contacto sean poco prácticas.
Los sensores de nivel nucleónico se utilizan a menudo en circuitos de trituración de minerales, donde un aumento en la detección de rayos gamma indica un vacío, en comparación con estar lleno de mineral. [15]
