Un indicador de nivel es un dispositivo diseñado para determinar el nivel de contenido en recipientes , tanques , depósitos y otros contenedores abiertos y cerrados. El contenido se refiere a varios tipos de líquidos, incluidos los formadores de gases, así como a granel y otros materiales. Los indicadores de nivel también se denominan sensores de nivel /dispositivos de señalización, convertidores de nivel. La principal diferencia entre un indicador de nivel y un detector de nivel es la capacidad de medir continuamente el nivel (graduaciones de nivel), y no solo sus valores límite en puntos.
En la producción industrial, actualmente existe una diversa gama de medios técnicos que resuelven el problema de la medida y control de nivel. Los instrumentos de medición de nivel implementan varios métodos basados en varios principios físicos. Los métodos de medición de nivel más comunes que le permiten convertir el valor de nivel en una cantidad eléctrica y transferir su valor a los sistemas APCS incluyen:
Con el desarrollo de la tecnología de medición, cada método adquiere un conjunto característico de sus implementaciones técnicas, que en cada caso específico presentan tanto ventajas como desventajas.
La aplicabilidad de una u otra herramienta de medición de nivel está determinada por la precisión requerida y los requisitos de un proceso en particular: las condiciones dentro del depósito controlado, los detalles de la tarea de medición (presión y temperatura del proceso, densidad variable del medio, agresividad del medio, posibilidad de pegado, espesamiento, etc.). En objetos de mayor peligro de incendio, los indicadores de nivel deben tener características que aseguren el funcionamiento normal del equipo en lugares donde existe el peligro de explosiones de gas o polvo : el nivel adecuado de protección contra explosiones . Algunos indicadores de nivel deben tener autodiagnósticos incorporados, verificaciones de software y protección de configuraciones, generalmente para transferencia de custodia o seguridad de procesos.
La medición continua de nivel por principio de radar se basa en la teoría de la propagación de ondas electromagnéticas del físico británico James Maxwell , creada por él en 1865. Sugirió que las líneas de fuerza de un campo magnético cambiante están rodeadas por líneas circulares de fuerza de un campo eléctrico, incluso en ausencia de conductores eléctricos. Inspirándose en esta teoría, el físico alemán Christian Hülsmeier desarrolló el telemobiloscopio en Düsseldorf en 1904 y patentó este primer instrumento de radar. Gracias a este dispositivo, se hizo conocido como el inventor del primer radar.
Principio de mediciónLa señal emitida se refleja en la superficie del medio medido y la antena la recibe con un pequeño retardo t. El principio de radar utilizado se denomina FMCW (onda continua modulada en frecuencia). Las mediciones de radar FMCW utilizan una señal de alta frecuencia cuya frecuencia de emisión aumenta linealmente durante la medición (el llamado barrido de frecuencia). La señal emitida se refleja desde la superficie del medio medido y se recibe con un pequeño retraso de tiempo t. El tiempo de retardo se calcula mediante la fórmula t=2d/c, donde d es la distancia a la superficie del producto y c es la velocidad de la luz en el gas sobre la superficie del medio. En función de la frecuencia de las señales enviadas y recibidas, la diferencia Δf se calcula y se utiliza en el procesamiento posterior de la señal. La diferencia de frecuencia es directamente proporcional a la distancia. A mayor diferencia entre frecuencias corresponde mayor distancia, y viceversa. La diferencia de frecuencia Δf se transforma en un espectro de frecuencia utilizando una transformada discreta de Fourier (DFT), a partir de la cual se calcula la distancia. El nivel se calcula como la diferencia entre la altura del tanque y la distancia resultante.
Los transmisores de nivel ultrasónicos se utilizan para la medición de nivel continua de líquidos y sólidos en casi todas las industrias.
Principio de mediciónEl sensor emite pulsos ultrasónicos cortos en el rango de 18 a 70 kHz en la dirección del medio medido, reflejados desde su superficie y capturados nuevamente por el sensor. Los pulsos se propagan a la velocidad del sonido, mientras que el tiempo entre el momento de emisión y recepción de la señal depende del nivel de llenado del tanque. La última tecnología de microprocesadores y el software probado garantizan una detección de eco de nivel confiable incluso en presencia de ecos falsos reflejados desde estructuras internas, y un cálculo altamente preciso de la distancia a la superficie del medio que se está midiendo. Para compensar la influencia del tiempo de tránsito de la señal acústica, el sensor de temperatura incorporado detecta la temperatura en el tanque.
Simplemente ingresando las dimensiones del recipiente y la distancia medida, se calcula una señal proporcional al nivel. Por lo tanto, no es necesario llenar el contenedor para realizar un ajuste fino.
El método de medición continua de nivel por ultrasonidos ha demostrado ser eficaz. Los transmisores de nivel por ultrasonidos son adecuados para medir aguas pluviales, aguas residuales, líquidos con niveles bajos o altos de contaminación, que contengan sólidos o lodos. No hace falta decir que cuando se trabaja con sólidos, se imponen diferentes requisitos al instrumento de medición que cuando se trabaja con líquidos. Después de todo, la superficie del producto medido es irregular y, a menudo, representa un cono a granel. Muchas sustancias provocan una intensa formación de polvo. Además, muchos tanques de sólidos a granel son mucho más altos que los tanques de líquidos.
El principio de medición del medidor de nivel TDR de radar reflejo se basa en la tecnología de reflectometría en el dominio del tiempo (TDR - "Reflectometría en el dominio del tiempo"). A menudo, estos dispositivos también se denominan indicadores de nivel con onda guiada, tipo contacto (GWR - "radar de onda guiada") [1] . Con este método de medición, los pulsos electromagnéticos de baja potencia y una duración de aproximadamente 1 nanosegundo se propagan a lo largo de la guía de ondas (la mayoría de las veces una varilla o varias varillas, un cable, una estructura coaxial). Los pulsos se mueven a una velocidad determinada por las características del medio de propagación, la geometría de la guía de ondas, como estructura para la propagación de la radiación electromagnética. En el caso de propagación en el aire en condiciones normales, la velocidad de propagación se considera igual a la velocidad de la luz. La velocidad de propagación es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la permitividad del medio de propagación [2] . En el caso de propagación de pulsos a través de una capa de un medio cuya constante dieléctrica sea cercana a 2 (casi todos los derivados del petróleo), la velocidad de propagación disminuirá por un factor de 1,414. Habiendo llegado a la superficie del producto controlado, los pulsos se reflejan desde la interfaz entre los medios, y la intensidad de la reflexión también depende de la constante dieléctrica del producto εr (por ejemplo, hasta el 80 % del nivel del pulso inicial se refleja desde la superficie del agua, para productos de petróleo ligero - alrededor del 17%). El dispositivo mide el intervalo de tiempo entre los momentos de emisión y reflexión de pulsos. La mitad de este tiempo corresponde a la distancia entre el punto de referencia (a menudo denominado superficie de sellado de la brida) y la superficie del medio que se está midiendo. Este valor de tiempo se convierte en una señal de salida del tipo requerido, por ejemplo, 4...20 mA y/o señales discretas, o se almacena en un formato legible/accesible mediante interfaces/protocolos digitales (por ejemplo, RS-485, Modbus RTU , HART, etc.). .P.). Una característica de los dispositivos de este tipo es la capacidad de medir el nivel interfacial simultáneamente con la medición del nivel del producto principal, sin el uso de partes móviles. Los dispositivos individuales de este tipo combinan convenientemente la medición de nivel y temperatura del producto. El polvo, la espuma, los humos, las superficies inquietas, los líquidos hirviendo, las fluctuaciones de presión y temperatura, la densidad prácticamente no afectan el funcionamiento del dispositivo.
El indicador de nivel de derivación magnética funciona según el principio de los vasos comunicantes . La cámara de medición se instala cerca del tanque de tal manera que las condiciones en la cámara de medición y en el tanque sean las mismas. El flotador está equipado con un sistema de imanes permanentes diseñado para transmitir valores medidos a un indicador local. El sistema de imán flotante activa las placas magnéticas (indicador de bandera) de acuerdo con el nivel de líquido o mueve el puntero magnético en el indicador, según el método de indicación seleccionado. La indicación de nivel se lleva a cabo cambiando la posición de un grupo de banderas magnéticas ubicadas verticalmente o en función de la posición del indicador magnético.
El indicador de nivel funciona según el principio de desplazamiento. Según este principio, la longitud de un cuerpo sumergido en un líquido corresponde al rango de medida del nivel. Una varilla de desplazamiento suspendida de un resorte de medición se sumerge en un líquido y, de acuerdo con la ley de Arquímedes, se ve afectada por una fuerza de flotación proporcional a la masa del líquido desplazado por el cuerpo. El cambio de flotabilidad corresponde exactamente al cambio de longitud del resorte, lo que permite medir el nivel. El cambio en la longitud del resorte se convierte mediante un sistema magnético en un cambio de nivel y se transmite al indicador.
Esquema de liquidaciónEl desplazador está fijado sobre una suspensión elástica con rigidez c que actúa sobre el desplazador con cierta fuerza. Al aumentar el nivel en H desde la posición cero 00, aumentamos la fuerza de flotación, lo que hace que el desplazador suba en x, y cuando sube, aumenta el calado, es decir x <h. En este caso, la fuerza con la que la suspensión actúa sobre el desplazador cambia, y el cambio es igual al cambio en la fuerza de flotación causada por el aumento en el desplazamiento del desplazador por (h - x): - rigidez de la suspensión; ρ l, ρ g son la densidad del líquido y el gas; F es el área de la sección transversal del desplazador. A partir de aquí es fácil obtener una expresión para la característica estática del indicador de nivel del desplazador: x = h/(1 + c(ρ w - ρ g)gF). Por lo tanto, la característica estática del desplazador es lineal y su sensibilidad se puede cambiar aumentando F o reduciendo la rigidez de la suspensión c. Con una alta rigidez de la suspensión, la boya no se moverá, sin embargo, cuando cambie el nivel, cambiará la fuerza con la que actúa sobre la suspensión. En este caso, con un aumento en el nivel de h, el cambio en la fuerza es igual a hF(ρ w - ρ g)g. Este principio se utiliza, por ejemplo, en medidores de nivel de boya de los tipos Sapfir-22DU, UB-E, PIUP (anteriormente UB-P). Los indicadores de nivel más recientes están equipados con transductores de potencia compensada (UB-E) con una señal de salida de corriente unificada, UB-P y PIUP con una señal de salida neumática unificada).
El principio básico de funcionamiento de estos indicadores de nivel es medir la presión hidrostática que ejerce un líquido. Hay tres tipos principales de transmisores de nivel hidrostáticos: sumergibles, embutidos y con bridas, que se distinguen por el tipo de conexión al proceso. Además, dado que este factor provoca requisitos especiales para los materiales con los que está fabricado el dispositivo, tiene sentido seleccionar indicadores de nivel hidrostático según el tipo de medio medido: no corrosivo para el acero inoxidable, agresivo para el acero inoxidable, pulposo, grueso y medios abrasivos. Al elegir un método de medición de nivel, debe tenerse en cuenta que las mediciones correctas con sensores hidrostáticos solo son posibles en medios con una densidad constante, ya que la presión hidrostática depende de la densidad del líquido y el nivel. Si es necesario resolver el problema de la medición de nivel en medios con densidad variable, es posible instalar dos sensores de nivel. Un dispositivo está instalado en el contenedor de muestra. Se proporciona un nivel constante en el tanque y el indicador de nivel mide la densidad, y los datos del segundo (el indicador de nivel en sí) se recalculan en el controlador, teniendo en cuenta la densidad actual del medio, de la cual la señal ya corregida entra en el nivel superior.
ventajas:
Defectos: