Sensor de nível de materiais sólidos

A detecção de nível em materiais sólidos é realizada medindo a resistência entre o sensor e a parede metálica (ou entre dois sensores), dependendo da ausência ou presença do material sólido (que deve ser minimamente condutivo). Uma sonda de medição parcialmente isolada é montada em um tanque de metal com materiais eletricamente condutores. Se o material não tocar a sonda, a resistência entre ela e a parede do tanque terá um valor relativamente alto. Quando o nível aumenta e o material condutor faz a conexão entre a sonda e a parede do tanque, o valor da resistência diminui. A diferença na resistência é medida usando um amplificador de condutividade. Quando não há parede metálica, são utilizadas duas sondas.[4]​.

Sensor de nível ultrassônico para líquidos e sólidos

O princípio da medição de nível por meio de ondas ultrassônicas baseia-se na medição do tempo entre a onda emitida e a onda refletida.

Sensores de nível ultrassônicos são usados ​​para detecção de nível sem contato de líquidos altamente viscosos, bem como de sólidos a granel. Eles também são amplamente utilizados em aplicações de tratamento de água para controle de bombas e medição de vazão em canal aberto. Os sensores emitem ondas acústicas de alta frequência (20 kHz a 200 kHz) que são refletidas e detectadas pelo transdutor emissor.

Os sensores de nível ultrassônicos também são afetados pela mudança na velocidade do som devido à umidade, temperatura e pressões. Fatores de correção podem ser aplicados à medição de nível para melhorar a precisão da medição.

Turbulência, espuma, vapor, névoas químicas (vapores) e alterações na concentração do material do processo também afetam a resposta do sensor ultrassônico. A turbulência e a espuma impedem que a onda sonora seja refletida adequadamente de volta ao sensor; Vapor e névoas e vapores químicos distorcem ou absorvem a onda sonora; e variações na concentração causam alterações na quantidade de energia na onda sonora que é refletida pelo sensor. Poços de precipitação e guias de onda são usados ​​para evitar erros causados ​​por esses fatores.

A montagem adequada do transdutor é necessária para garantir a melhor resposta ao som refletido. Além disso, a tremonha, o depósito ou o depósito devem estar relativamente livres de obstáculos, tais como soldaduras, suportes ou escadas, para minimizar retornos falsos e respostas erradas resultantes, embora a maioria dos sistemas modernos possuam processamento ecológico suficientemente “inteligente” para fazer alterações de engenharia em grande medida. desnecessário, a menos que uma intrusão bloqueie a "linha de visão" do tradutor para o alvo. Como o transdutor de ultrassom é usado tanto para transmitir quanto para receber energia acústica, ele está sujeito a um período de vibração mecânica conhecido como "toque". Esta vibração deve ser atenuada (parada) antes que o sinal de eco possa ser processado. O resultado líquido é uma distância da face do transdutor que é cega e não consegue detectar um objeto. Isso é conhecido como "zona de esgoto", normalmente de 150 mm a 1 m, dependendo do alcance do transdutor.

A exigência de circuitos de processamento de sinal eletrônico pode ser usada para tornar o sensor ultrassônico um dispositivo inteligente. Sensores ultrassônicos podem ser projetados para fornecer controle de nível pontual, controle contínuo ou ambos. Devido à presença de um microprocessador e ao consumo de energia relativamente baixo, há também a capacidade de comunicação serial de outros dispositivos de computação, tornando esta uma boa técnica para ajuste fino de calibração e filtragem de sinal de sensor, controle remoto sem fio ou comunicações de rede de planta. O sensor ultrassônico goza de grande popularidade devido à poderosa combinação de baixo preço e alta funcionalidade.

Sensor de nível capacitivo para líquidos e sólidos

Sensores de nível capacitivos permitem a detecção de nível em uma ampla variedade de sólidos, líquidos aquáticos e orgânicos e lama.[5]​ A técnica é frequentemente conhecida como RF para os sinais de radiofrequência aplicados ao circuito capacitivo. Os sensores podem ser projetados para detectar materiais com constantes dielétricas tão baixas quanto 1,1 (cinzas volantes) e até 88 (água) ou mais. Lama e lama, como torta desidratada e lama de esgoto (constante dielétrica aprox. 50) e produtos químicos líquidos, como tempo rápido (constante dielétrica aprox. 90) também podem ser detectados. Sensores de nível capacitivos de sonda dupla também podem ser usados ​​para detectar a interface entre dois líquidos imiscíveis com constantes dielétricas substancialmente diferentes, fornecendo uma alternativa de estado sólido a tal chave magnética para a aplicação de "interface óleo-água".[6]​.

Como os sensores de nível capacitivos são dispositivos eletrônicos, a modulação de fase e o uso de frequências mais altas tornam o sensor adequado para aplicações onde as constantes dielétricas são semelhantes. O sensor não contém peças móveis, é robusto, simples de usar e fácil de limpar e pode ser projetado para aplicações de alta temperatura e pressão. Existe um risco de aceleração e descarga de uma carga estática de alta tensão resultante do atrito e movimento de materiais dielétricos de baixo nível, mas esse risco pode ser eliminado com projeto e aterramento adequados.

A escolha adequada dos materiais da sonda reduz ou elimina problemas causados ​​por abrasão e corrosão. A detecção pontual de adesivos e materiais de alta viscosidade, como óleo e graxa, pode causar acúmulo de material na sonda; no entanto, pode ser minimizado usando um sensor de autoajuste. Para líquidos propensos à formação de espuma e aplicações propensas a respingos ou turbulência, os sensores de nível capacitivos podem ser projetados com poços de proteção contra respingos, entre outros dispositivos.

Uma grande limitação para sondas capacitivas é encontrada em silos altos usados ​​para armazenar grãos sólidos. A exigência de uma sonda condutiva que se estenda até a parte inferior da faixa medida é problemática. Sondas de cabo longo (20 a 50 metros de comprimento), suspensas no silo, estão sujeitas a enormes esforços mecânicos devido ao peso da massa de pó no silo e ao atrito aplicado ao cabo. Essas instalações geralmente resultam em rompimento do cabo.

Sensor de nível hidrostático para fluidos

Este tipo de sensor mede a pressão hidrostática de uma coluna de fluido usando um sensor de pressão relativa. O sensor de pressão hidrostática consiste em uma membrana de medição montada hidraulicamente em um sensor capacitivo. No sensor capacitivo, a pressão na membrana é medida por um condensador. Deve-se levar em consideração que o medidor de nível hidrostático mede massa e portanto medições corretas com sensores hidrostáticos só são possíveis em ambientes fluidos com densidade constante, pois a pressão hidrostática depende de dois fatores do nível do fluido e da sua densidade. Caso seja necessário solucionar o problema de medição de nível em ambientes com variação de densidade, é possível fazê-lo instalando dois sensores de nível. O segundo medidor de nível é instalado em um tanque de amostragem com nível constante e mede a densidade, então os dados do próprio indicador de nível são recalculados no controlador central (levando em consideração a densidade de corrente do meio obtido) a partir disso o sinal já corrigido dá o nível real do fluido.[7]​.

Sensor de nível de microondas ou radar em fluidos

O medidor radar consiste em um sistema composto por um transmissor e receptor combinados na faixa de GHz, por meio do qual é medido o tempo decorrido entre o pulso de micro-ondas transmitido e o refletido pela superfície do fluido. A duração da validade é uma medida direta do nível de fluido no tanque. A velocidade de um micro-ondas independe de variações de pressão, temperatura, umidade, etc., ao contrário do que acontece com o uso de ondas ultrassônicas. É necessário que o produto medido tenha uma constante dielétrica que permita uma diferença de fase entre gás e líquido.[8]​.

Sensor de nível de microondas ou radar em materiais sólidos

A medição de nível em materiais sólidos ou pós até um tamanho de grão de 20 mm é realizada medindo a validade das microondas que circulam através de um cabo. A distância entre o fio e a superfície externa dos pós é medida pelo tempo até que as microondas sejam refletidas devido à mudança na constante dielétrica.

Sensor de nível para medição de radiação gama

Um medidor de radiação gama consiste em um emissor e um receptor, montados um em frente ao outro. O transmissor é um isótopo radioativo (Cobalto 60 ou Cesi0) em uma cápsula hermética. O receptor (numerador Geiger-Muller) também mede uma pequena intensidade de radiação na ausência de um produto. Quando um produto se acumula entre o emissor e o receptor, a intensidade da radiação diminui e o medidor indica um aumento no nível.[9]​.

Sensor de nível de materiais sólidos

A detecção de nível em materiais sólidos é realizada medindo a resistência entre o sensor e a parede metálica (ou entre dois sensores), dependendo da ausência ou presença do material sólido (que deve ser minimamente condutivo). Uma sonda de medição parcialmente isolada é montada em um tanque de metal com materiais eletricamente condutores. Se o material não tocar a sonda, a resistência entre ela e a parede do tanque terá um valor relativamente alto. Quando o nível aumenta e o material condutor faz a conexão entre a sonda e a parede do tanque, o valor da resistência diminui. A diferença na resistência é medida usando um amplificador de condutividade. Quando não há parede metálica, são utilizadas duas sondas.[4]​.

Sensor de nível ultrassônico para líquidos e sólidos

O princípio da medição de nível por meio de ondas ultrassônicas baseia-se na medição do tempo entre a onda emitida e a onda refletida.

Sensores de nível ultrassônicos são usados ​​para detecção de nível sem contato de líquidos altamente viscosos, bem como de sólidos a granel. Eles também são amplamente utilizados em aplicações de tratamento de água para controle de bombas e medição de vazão em canal aberto. Os sensores emitem ondas acústicas de alta frequência (20 kHz a 200 kHz) que são refletidas e detectadas pelo transdutor emissor.

Os sensores de nível ultrassônicos também são afetados pela mudança na velocidade do som devido à umidade, temperatura e pressões. Fatores de correção podem ser aplicados à medição de nível para melhorar a precisão da medição.

Turbulência, espuma, vapor, névoas químicas (vapores) e alterações na concentração do material do processo também afetam a resposta do sensor ultrassônico. A turbulência e a espuma impedem que a onda sonora seja refletida adequadamente de volta ao sensor; Vapor e névoas e vapores químicos distorcem ou absorvem a onda sonora; e variações na concentração causam alterações na quantidade de energia na onda sonora que é refletida pelo sensor. Poços de precipitação e guias de onda são usados ​​para evitar erros causados ​​por esses fatores.

A montagem adequada do transdutor é necessária para garantir a melhor resposta ao som refletido. Além disso, a tremonha, o depósito ou o depósito devem estar relativamente livres de obstáculos, tais como soldaduras, suportes ou escadas, para minimizar retornos falsos e respostas erradas resultantes, embora a maioria dos sistemas modernos possuam processamento ecológico suficientemente “inteligente” para fazer alterações de engenharia em grande medida. desnecessário, a menos que uma intrusão bloqueie a "linha de visão" do tradutor para o alvo. Como o transdutor de ultrassom é usado tanto para transmitir quanto para receber energia acústica, ele está sujeito a um período de vibração mecânica conhecido como "toque". Esta vibração deve ser atenuada (parada) antes que o sinal de eco possa ser processado. O resultado líquido é uma distância da face do transdutor que é cega e não consegue detectar um objeto. Isso é conhecido como "zona de esgoto", normalmente de 150 mm a 1 m, dependendo do alcance do transdutor.

A exigência de circuitos de processamento de sinal eletrônico pode ser usada para tornar o sensor ultrassônico um dispositivo inteligente. Sensores ultrassônicos podem ser projetados para fornecer controle de nível pontual, controle contínuo ou ambos. Devido à presença de um microprocessador e ao consumo de energia relativamente baixo, há também a capacidade de comunicação serial de outros dispositivos de computação, tornando esta uma boa técnica para ajuste fino de calibração e filtragem de sinal de sensor, controle remoto sem fio ou comunicações de rede de planta. O sensor ultrassônico goza de grande popularidade devido à poderosa combinação de baixo preço e alta funcionalidade.

Sensor de nível capacitivo para líquidos e sólidos

Sensores de nível capacitivos permitem a detecção de nível em uma ampla variedade de sólidos, líquidos aquáticos e orgânicos e lama.[5]​ A técnica é frequentemente conhecida como RF para os sinais de radiofrequência aplicados ao circuito capacitivo. Os sensores podem ser projetados para detectar materiais com constantes dielétricas tão baixas quanto 1,1 (cinzas volantes) e até 88 (água) ou mais. Lama e lama, como torta desidratada e lama de esgoto (constante dielétrica aprox. 50) e produtos químicos líquidos, como tempo rápido (constante dielétrica aprox. 90) também podem ser detectados. Sensores de nível capacitivos de sonda dupla também podem ser usados ​​para detectar a interface entre dois líquidos imiscíveis com constantes dielétricas substancialmente diferentes, fornecendo uma alternativa de estado sólido a tal chave magnética para a aplicação de "interface óleo-água".[6]​.

Como os sensores de nível capacitivos são dispositivos eletrônicos, a modulação de fase e o uso de frequências mais altas tornam o sensor adequado para aplicações onde as constantes dielétricas são semelhantes. O sensor não contém peças móveis, é robusto, simples de usar e fácil de limpar e pode ser projetado para aplicações de alta temperatura e pressão. Existe um risco de aceleração e descarga de uma carga estática de alta tensão resultante do atrito e movimento de materiais dielétricos de baixo nível, mas esse risco pode ser eliminado com projeto e aterramento adequados.

A escolha adequada dos materiais da sonda reduz ou elimina problemas causados ​​por abrasão e corrosão. A detecção pontual de adesivos e materiais de alta viscosidade, como óleo e graxa, pode causar acúmulo de material na sonda; no entanto, pode ser minimizado usando um sensor de autoajuste. Para líquidos propensos à formação de espuma e aplicações propensas a respingos ou turbulência, os sensores de nível capacitivos podem ser projetados com poços de proteção contra respingos, entre outros dispositivos.

Uma grande limitação para sondas capacitivas é encontrada em silos altos usados ​​para armazenar grãos sólidos. A exigência de uma sonda condutiva que se estenda até a parte inferior da faixa medida é problemática. Sondas de cabo longo (20 a 50 metros de comprimento), suspensas no silo, estão sujeitas a enormes esforços mecânicos devido ao peso da massa de pó no silo e ao atrito aplicado ao cabo. Essas instalações geralmente resultam em rompimento do cabo.

Sensor de nível hidrostático para fluidos

Este tipo de sensor mede a pressão hidrostática de uma coluna de fluido usando um sensor de pressão relativa. O sensor de pressão hidrostática consiste em uma membrana de medição montada hidraulicamente em um sensor capacitivo. No sensor capacitivo, a pressão na membrana é medida por um condensador. Deve-se levar em consideração que o medidor de nível hidrostático mede massa e portanto medições corretas com sensores hidrostáticos só são possíveis em ambientes fluidos com densidade constante, pois a pressão hidrostática depende de dois fatores do nível do fluido e da sua densidade. Caso seja necessário solucionar o problema de medição de nível em ambientes com variação de densidade, é possível fazê-lo instalando dois sensores de nível. O segundo medidor de nível é instalado em um tanque de amostragem com nível constante e mede a densidade, então os dados do próprio indicador de nível são recalculados no controlador central (levando em consideração a densidade de corrente do meio obtido) a partir disso o sinal já corrigido dá o nível real do fluido.[7]​.

Sensor de nível de microondas ou radar em fluidos

O medidor radar consiste em um sistema composto por um transmissor e receptor combinados na faixa de GHz, por meio do qual é medido o tempo decorrido entre o pulso de micro-ondas transmitido e o refletido pela superfície do fluido. A duração da validade é uma medida direta do nível de fluido no tanque. A velocidade de um micro-ondas independe de variações de pressão, temperatura, umidade, etc., ao contrário do que acontece com o uso de ondas ultrassônicas. É necessário que o produto medido tenha uma constante dielétrica que permita uma diferença de fase entre gás e líquido.[8]​.

Sensor de nível de microondas ou radar em materiais sólidos

A medição de nível em materiais sólidos ou pós até um tamanho de grão de 20 mm é realizada medindo a validade das microondas que circulam através de um cabo. A distância entre o fio e a superfície externa dos pós é medida pelo tempo até que as microondas sejam refletidas devido à mudança na constante dielétrica.

Sensor de nível para medição de radiação gama

Um medidor de radiação gama consiste em um emissor e um receptor, montados um em frente ao outro. O transmissor é um isótopo radioativo (Cobalto 60 ou Cesi0) em uma cápsula hermética. O receptor (numerador Geiger-Muller) também mede uma pequena intensidade de radiação na ausência de um produto. Quando um produto se acumula entre o emissor e o receptor, a intensidade da radiação diminui e o medidor indica um aumento no nível.[9]​.