Control de nivel en sistemas de automatización industrial
Muchos sistemas de automatización requieren medición de nivel. Y hay muchas industrias donde se necesita la medición de nivel. Hoy en día existen muchos sensores de nivel que le permiten medir muchas cantidades físicas relacionadas con la cantidad en el tanque de un determinado material.
Los primeros sensores de nivel uno solo funcionaban con líquidos, pero ahora, gracias a los avances, hay sensores para materiales a granel. Los medidores de nivel y los interruptores de nivel le permiten monitorear continuamente el nivel y controlar si el material alcanza el nivel especificado. En este artículo nos centraremos en los tipos de medidores de nivel modernos.
Hoy en día, los sensores de nivel pueden trabajar tanto con líquidos como con materiales a granel e incluso con gases, y el material puede ubicarse tanto en el contenedor como en la tubería. Los sensores se dividen en de contacto y sin contacto y, según el método de instalación, pueden diseñarse para instalarse en el cuerpo de una tubería o contenedor con el material medido, o sobre el material medido.
Los sensores de primer nivel funcionaban según el principio simple de un flotador y utilizaban un método de cierre de contactos con el material. Ahora los sensores han experimentado mejoras, contienen circuitos en su diseño que brindan una serie de funciones adicionales, como medir el volumen, el caudal, señalar cuando se alcanza el límite, etc. Los resultados de la medición se pueden procesar y almacenar.
Ya sea que la industria manipule materiales líquidos, viscosos, gaseosos, de flujo libre, pegajosos o pastosos, siempre existe el sensor de nivel adecuado para el entorno adecuado. Agua, solución, álcali, ácido, aceite, combustibles y lubricantes, gránulos de plástico: el ámbito de aplicación es muy amplio y los sensores basados en diferentes principios físicos le permiten elegir el adecuado para condiciones específicas y para casi cualquier tarea.
El hardware del sensor consta de dos partes: el propio sensor y la herramienta de visualización de datos. Sensores de contacto y sin contacto, cambios constantes y seguimiento de fronteras: la gama de capacidades de los sensores en la actualidad es bastante amplia.
El tipo de sensor que elija está determinado por las características específicas del proceso industrial y el entorno en el que funcionará el sensor. Con herramientas de visualización, el proceso de medición puede generar gráficos para analizar información a nivel de producto, lo que facilita enormemente la automatización.
Los medidores de nivel se utilizan para el control continuo del nivel de materiales a granel o líquidos en depósitos naturales y artificiales. Miden el nivel con una resolución de unos pocos milisegundos a decenas de segundos.
Se utilizan para controlar el nivel de soluciones acuosas, ácidos, bases, alcoholes, etc., así como materiales a granel.Son de contacto y de no contacto, y según los principios físicos son completamente diversos. Veamos cada tipo con más detalle.
Medidores de nivel de radar de microondas
Se utilizan para el control continuo del nivel, son universales. El trabajo utiliza el fenómeno de reflexión de una onda electromagnética desde la interfaz entre dos medios. La frecuencia de las ondas es de 6 a 95 GHz, y cuanto mayor es, menor es la constante dielectrica material medido, por ejemplo para productos derivados del petróleo, la frecuencia de las ondas debe ser máxima. Pero la constante dieléctrica no debe ser superior a 1,6.
Dado que el sensor funciona como un radar, no teme las interferencias y la alta frecuencia de las ondas minimiza la influencia parásita de la presión y la temperatura en el recipiente. Los sensores de radar con frecuencias operativas tan altas son inmunes al polvo, el vapor y la espuma.
Dependiendo del tipo y tamaño de la antena del sensor, la precisión del dispositivo puede variar. Cuanto más grande y ancha sea la antena, más fuerte y precisa será la señal, cuanto mayor sea el alcance, mejor será la resolución. La precisión de los sensores de radar de microondas es de 1 mm, pueden funcionar a temperaturas de hasta +250 ºС y medir el nivel hasta 50 m.
Los medidores de nivel por radar se utilizan en muchas industrias en las que se manipulan materiales a granel: en la construcción, la carpintería, la industria química, la industria alimentaria, la producción de plástico, vidrio y cerámica. También son aplicables para medir el nivel de líquidos.
Instrumentos de medida acústicos
Se utilizan ondas acústicas que, al ser reflejadas por la sustancia observada, son recibidas y procesadas.El software filtra la señal deseada detectando ecos espurios.
La señal se transmite con un pulso potente, por lo que las pérdidas y la atenuación son mínimas. Dependiendo de la temperatura, la señal se compensa y la precisión se mantiene alta, dentro de un cuarto de uno por ciento. El sensor se monta verticalmente o en ángulo. El nivel de cambio puede ser de hasta 60 metros. Temperatura de funcionamiento hasta +150 ºС. A prueba de explosiones.
Los manómetros acústicos se utilizan en muchas industrias, desde sistemas de automatización de carga de grúas y sistemas de monitoreo de nivel de aguas residuales en tanques sépticos hasta la fabricación de chocolate.
Medidores de nivel ultrasónicos
Se reciben las vibraciones ultrasónicas reflejadas desde la interfaz entre los dos medios y se mide el intervalo de tiempo entre el momento en que se envía y se recibe la señal. La discreción es de unos pocos segundos, esto se debe a la velocidad finita del sonido en el aire. El nivel máximo de medición alcanza los 25 metros.
El software le permite preconfigurar el sensor para que se apague durante el período en que algún mecanismo pasa por debajo, por ejemplo, una pala agitadora. Es posible controlar el sensor desde una computadora. Instalado verticalmente sobre el material o en ángulo. Precisión dentro de un cuarto de un por ciento. Temperatura de funcionamiento hasta +90 ºС. A prueba de explosiones.
Los medidores de nivel ultrasónicos se utilizan para monitorear el nivel de materiales a granel en muchas áreas, desde plantas de cemento hasta industrias químicas y alimentarias.
Indicadores de nivel hidrostático
Mida la presión del líquido en el fondo del recipiente. La deformación del elemento sensible se convierte en una señal eléctrica. Al medir la presión diferencial, es necesaria una conexión con la atmósfera.Apto para trabajar con agua y otros líquidos no agresivos, para pastas, etc. Puede trabajar tanto en recintos abiertos como cerrados, en piscinas, pozos, etc.
La cantidad de presión depende de la densidad del líquido y su volumen en el tanque, de la altura de la columna de líquido. El indicador de nivel puede ser sumergible o normal: se quita un tubo capilar para que entre en contacto con la atmósfera o se corta el transmisor directamente en el fondo del tanque.
Durante la instalación, es necesario excluir la fijación falsa de la presión del flujo de líquido cuando se bombea al tanque. Precisión dentro de un cuarto de un por ciento. Temperatura de funcionamiento hasta +125 ºС.
Los medidores de nivel hidrostáticos son muy utilizados en la industria química en depósitos, en viviendas y servicios comunales en pozos, en la industria alimentaria se equipan con recipientes con productos líquidos, en la metalurgia, en la industria farmacéutica, en la industria petrolera, etc.
Medidores de nivel capacitivos
La sonda del sensor y la pared conductora del tanque forman un placas de condensador… En lugar de una pared conductora, se puede usar un tubo especial para montar la sonda de sonda o una segunda sonda conectada a tierra por separado. La sustancia entre las placas sirve como dieléctrico del condensador: aire o material cuyo nivel se controla.
Obviamente, cuando el tanque esté lleno, la capacidad eléctrica del capacitor cambiará gradualmente. Con un tanque vacío, la capacidad eléctrica tendrá un valor determinado y, en el proceso de desplazamiento del aire, cambiará. Aumentar el producto en el tanque cambia la capacitancia del capacitor formado por el sensor y el tanque.
La electrónica del sensor convierte el cambio de capacitancia en un cambio de nivel.Si la forma del tanque es inusual, se usa una segunda sonda, ya que las placas del capacitor formado deben ubicarse verticalmente. El nivel máximo alcanza los 30 metros. La precisión no es inferior a un tercio de un porcentaje. Temperatura de funcionamiento hasta +800 ºС, según modelo. El tiempo de retardo es ajustable.
Los sensores de nivel capacitivos se utilizan principalmente para monitorear el nivel de líquidos en muchas áreas donde es necesario mantener un cierto nivel del producto: en la producción de bebidas, productos químicos domésticos, en plantas de producción de agua, en agricultura, etc.
Indicadores de nivel magnéticos
Hay un flotador de imán permanente en el controlador. Los interruptores magnéticamente sensibles están instalados dentro del controlador. La operación secuencial de los interruptores al llenar o vaciar el tanque hace que la corriente cambie en partes individuales.
El principio es tan simple que estos medidores de nivel no requieren ajuste y, por lo tanto, son baratos y populares. Las restricciones son introducidas solo por la densidad del líquido. Temperatura de funcionamiento hasta +120 ºС. El límite de desplazamiento es de 6 metros.
El manómetro magnético es una solución rentable para la medición del nivel de líquido en muchas industrias.
Medidores de reflejos de microondas
A diferencia de los dispositivos de medición por radar, aquí la onda no se propaga al aire libre, sino a lo largo de la sonda del dispositivo, que puede ser una cuerda o un palo. El pulso de onda se refleja en la interfaz entre dos medios con diferentes constantes dieléctricas y regresa, y el tiempo entre el momento de transmisión y el momento de recepción es fijado por la electrónica y convertido en un valor de nivel.
El uso de una guía de ondas evita el efecto parásito del polvo, la espuma, la ebullición, así como la influencia de la temperatura ambiente. La constante dieléctrica del medio medido no debe ser inferior a 1,3e.
Los medidores de nivel de reflector se pueden usar donde el radar no puede funcionar debido al patrón de radiación, por ejemplo, en tanques altos y estrechos. Límite de medida 30 metros. Temperatura de funcionamiento hasta +200 ºС. Precisión dentro de 5 mm.
Los transmisores de nivel de microondas réflex se pueden utilizar para monitorear continuamente el nivel de líquidos y sólidos conductores y no conductores, así como para medir su masa y volumen. Aplicable en muchas industrias.
Transmisores de nivel de derivación
Una columna de medición se encuentra en el costado del recipiente. El líquido llena el tubo y se mide su nivel. El principio de la comunicación entre buques. Un imán flota en la superficie del líquido en el tubo y cerca del tubo flota un sensor magnetoestrictivo que convierte la distancia al imán en una señal de corriente.
El tubo tiene placas indicadoras de diferentes colores que cambian de posición bajo la influencia del campo magnético del imán. Debido al hecho de que no hay contacto del líquido con el entorno externo, los transmisores de derivación son aplicables en las industrias alimentaria y farmacéutica. Limitación del nivel de medida a 3,5 metros. Precisión dentro de 0,5 mm. Temperatura de funcionamiento hasta +250 ºС.
Los dispositivos de medición de derivación son aplicables cuando se requiere un control visual del nivel del líquido: en la industria térmica, en la industria química, en el sector residencial, en la industria eléctrica, en la industria alimentaria y en la industria del petróleo y el gas.
Transmisores de nivel magnetoestrictivos
La guía flexible o rígida contiene un flotador con un imán incorporado. A lo largo del conductor se encuentra una guía de ondas, alrededor de la cual los pulsos de corriente a través de la bobina excitan un campo magnético radial. Cuando este campo magnético choca con el campo magnético del imán permanente del flotador, la guía de onda magnetostrictiva sufre una deformación plástica altamente dinámica.
Como resultado de esta deformación, la onda ultrasónica se propaga a lo largo de la guía de ondas y es fijada por un transductor electrónico en un extremo. La comparación durante el instante del pulso de disparo y el tiempo de ocurrencia del pulso de deformación determina la ubicación del flotador. El límite del nivel de medición alcanza los 15 metros. Precisión dentro de 1 mm. Temperatura de funcionamiento hasta +200 ºС.
Los manómetros magnetoestrictivos se utilizan en la industria química para controlar el nivel de líquidos espumosos, en la industria alimentaria y en la metalurgia para controlar el nivel de alimentos líquidos y combustibles.
Un montón de indicadores de nivel
Una carga está unida a un cable o cinta enrollada en un tambor. Al instalar el sensor en la tapa del tanque, es posible reducir la carga en el tanque. El motor eléctrico hace girar el tambor y la carga desciende por el cable. Cuando el peso toca la superficie del material a medir, la tensión en la cuerda se libera y esto indica el nivel del material. La cuerda se enrolla alrededor del tambor nuevamente, levantando la carga nuevamente.
La electrónica calcula el nivel en función del número de revoluciones del tambor. Para la detección de sustancias con una densidad de 20 kg por m3, este sensor es adecuado. Limitación del nivel de medida a 40 metros.Precisión de 1 a 10 cm, dependiendo de la modificación. El intervalo de medición lo establece el usuario y puede ser de 6 minutos a 100 horas. Temperatura de funcionamiento hasta +250 ºС.
Los medidores de lotes múltiples se utilizan en varias industrias para controlar el nivel de materiales a granel en sistemas automatizados.