Controle de nível em sistemas de automação industrial

Muitos sistemas de automação requerem medição de nível. E há muitas indústrias onde a medição de nível é necessária. Hoje existem muitos sensores de nível que permitem medir muitas grandezas físicas relacionadas à quantidade no tanque de um determinado material.

Os sensores de primeiro nível funcionavam apenas com líquidos, mas agora, graças aos avanços, existem sensores para materiais a granel. Medidores de nível e interruptores de nível permitem monitorar continuamente o nível e controlar se o material atinge o nível especificado. Neste artigo, vamos nos concentrar nos tipos de medidores de nível modernos.

Hoje, os sensores de nível podem trabalhar tanto com líquidos quanto com materiais a granel e até com gases, e o material pode estar localizado tanto no contêiner quanto na tubulação. Os sensores são divididos em contato e sem contato e, de acordo com o método de instalação, podem ser projetados para instalação no corpo de uma tubulação ou contêiner com o material medido ou acima do material medido.

Os sensores de primeiro nível trabalharam com o princípio simples de um flutuador e usaram um método de fechamento de contatos com o material. Agora os sensores passaram por melhorias, eles contêm circuitos em seu design que fornecem uma série de funções adicionais, como medição de volume, vazão, sinalização quando o limite é atingido, etc. Os resultados da medição podem ser processados ​​e armazenados.

Quer a indústria lide com materiais líquidos, viscosos, gasosos, de fluxo livre, pegajosos e pastosos, sempre existe o sensor de nível certo para o ambiente certo. Água, solução, álcali, ácido, óleo, óleo, combustíveis e lubrificantes, grânulos de plástico - o escopo de aplicação é muito amplo e os sensores baseados em diferentes princípios físicos permitem que você escolha aquele adequado para condições específicas e para quase todas as tarefas.

O hardware do sensor consiste em duas partes: o próprio sensor e a ferramenta de visualização de dados. Sensores de contato e sem contato, mudança constante e rastreamento de borda - a gama de recursos do sensor hoje é bastante rica.

O tipo de sensor escolhido é determinado pelas especificidades do processo industrial e do ambiente em que o sensor irá operar. Com ferramentas de visualização, o processo de medição pode gerar gráficos para analisar informações em nível de produto, facilitando muito a automação.

Os medidores de nível são usados ​​para monitoramento contínuo do nível de materiais a granel ou líquidos em reservatórios naturais e artificiais. Eles medem o nível com uma resolução de alguns milissegundos a dezenas de segundos.

Eles são usados ​​para monitorar o nível de soluções aquosas, ácidos, bases, álcoois, etc., bem como materiais a granel.Eles são contato e não contato e, de acordo com os princípios físicos, são completamente diversos. Vejamos cada tipo com mais detalhes.

Medidores de nível de radar de microondas

Eles são usados ​​para monitoramento contínuo do nível, são universais. A obra utiliza o fenômeno da reflexão de uma onda eletromagnética a partir da interface entre dois meios. A frequência das ondas é de 6 a 95 GHz, e quanto maior, menor é a constante dielétrica material medido, por exemplo, para produtos petrolíferos, a frequência das ondas deve ser máxima. Mas a constante dielétrica não deve ser superior a 1,6.

Como o sensor funciona como um radar, ele não tem medo de interferências e a alta frequência das ondas minimiza a influência parasita da pressão e da temperatura na embarcação. Sensores de radar com frequências operacionais tão altas são imunes a poeira, vapor e espuma.

Dependendo do tipo e tamanho da antena do sensor, a precisão do dispositivo pode variar. Quanto maior e mais larga a antena, mais forte e preciso será o sinal, quanto maior o alcance, melhor a resolução. A precisão dos sensores de radar de microondas é de 1 mm, eles podem trabalhar em temperaturas de até +250 ºС e medir o nível de até 50 m.

Os medidores de nível por radar são usados ​​em muitas indústrias onde materiais a granel são manuseados: na construção, marcenaria, na indústria química, na indústria alimentícia, na produção de plásticos, vidro e cerâmica. Eles também são aplicáveis ​​para medir o nível de líquidos.

Instrumentos de medição acústica

São utilizadas ondas acústicas que, ao serem refletidas pela substância observada, são recebidas e processadas.O software filtra o sinal desejado detectando ecos espúrios.

O sinal é transmitido com um pulso poderoso, então as perdas e atenuações são mínimas. Dependendo da temperatura, o sinal é compensado e a precisão permanece alta, dentro de um quarto de por cento. O sensor é montado verticalmente ou em ângulo. O nível de mudança pode ser de até 60 metros. Temperatura de operação de até +150 ºС. A prova de explosão.

Os manômetros acústicos são usados ​​em muitas indústrias, desde sistemas de automação de carregamento de guindastes e sistemas de monitoramento de nível de esgoto em fossas sépticas até a fabricação de chocolate.

Medidores de nível ultrassônicos

As vibrações ultrassônicas refletidas na interface entre os dois meios são recebidas e o intervalo de tempo entre o momento em que o sinal é enviado e recebido é medido. A discrição é de alguns segundos, isso se deve à velocidade finita do som no ar. O nível máximo de medição atinge 25 metros.

O software permite pré-configurar o sensor para desligar durante o período em que algum mecanismo passar sob ele, por exemplo, uma lâmina de mexer. É possível controlar o sensor a partir de um computador. Instalado verticalmente acima do material ou em ângulo. Precisão dentro de um quarto de um por cento. Temperatura de operação de até +90 ºС. A prova de explosão.

Os medidores de nível ultrassônicos são usados ​​para monitorar o nível de materiais a granel em muitas áreas, desde fábricas de cimento até indústrias químicas e alimentícias.

Medidores de nível hidrostático

Meça a pressão do líquido no fundo do recipiente. A deformação do elemento sensível é convertida em um sinal elétrico. Ao medir a pressão diferencial, é necessária uma conexão com a atmosfera.Adequado para trabalhar com água e outros líquidos não agressivos, para pastas, etc. Pode trabalhar tanto em ambientes abertos como fechados, em piscinas, poços, etc.

A quantidade de pressão depende da densidade do líquido e seu volume no tanque, da altura da coluna de líquido. O medidor de nível pode ser submersível ou regular - um tubo capilar é removido para contato com a atmosfera ou o transmissor é cortado diretamente no fundo do tanque.

Durante a instalação, é necessário excluir a falsa fixação da pressão do fluxo do líquido quando ele é bombeado para o tanque. Precisão dentro de um quarto de um por cento. Temperatura de operação de até +125 ºС.

Os medidores de nível hidrostático são amplamente utilizados na indústria química em tanques, em habitações e serviços comunitários em poços, na indústria alimentar são equipados com recipientes com produtos líquidos, na metalurgia, na indústria farmacêutica, na indústria petrolífera, etc.

Medidores de nível capacitivo

A sonda do sensor e a parede condutora do tanque formam uma placas de capacitores… Em vez de uma parede condutiva, um tubo especial pode ser usado para montar a sonda da sonda ou uma segunda sonda aterrada separada. A substância entre as placas serve como dielétrico do capacitor - ar ou material cujo nível é monitorado.

Obviamente, quando o tanque estiver cheio, a capacidade elétrica do capacitor mudará gradualmente. Com o tanque vazio, a capacidade elétrica terá um determinado valor e, no processo de deslocamento do ar, mudará. Aumentar o produto no tanque altera a capacitância do capacitor formado pelo sensor e pelo tanque.

A eletrônica do sensor converte a mudança na capacitância em uma mudança no nível.Se o formato do tanque for incomum, uma segunda sonda é usada, pois as placas do capacitor formado devem estar localizadas verticalmente. O nível máximo chega a 30 metros. A precisão não é inferior a um terço de um por cento. Temperatura de operação de até +800 ºС, dependendo do modelo. O tempo de atraso é ajustável.

Os sensores de nível capacitivos são usados ​​principalmente para monitorar o nível de líquidos em muitas áreas onde é necessário manter um certo nível do produto: na produção de bebidas, produtos químicos domésticos, em plantas de produção de água, na agricultura, etc.

Medidores de nível magnético

Há um flutuador de imã permanente no driver. Interruptores magneticamente sensíveis são instalados dentro do driver. A operação sequencial dos interruptores ao encher ou esvaziar o tanque faz com que a corrente mude em partes individuais.

O princípio é tão simples que esses medidores de nível não requerem ajuste e, portanto, são baratos e populares. As restrições são introduzidas apenas pela densidade do líquido. Temperatura de operação de até +120 ºС. O limite de deslocamento é de 6 metros.

O manômetro magnético é uma solução econômica para medição de nível de líquido em muitas indústrias.

Medidores de reflexo de microondas

Ao contrário dos aparelhos de medição por radar, aqui a onda não se propaga ao ar livre, mas ao longo da sonda do aparelho, que pode ser uma corda ou um bastão. O pulso de onda sofre reflexão da interface entre dois meios com diferentes constantes dielétricas e retorna, e o tempo entre o momento de transmissão e o momento de recepção é fixado pela eletrônica e convertido em um valor de nível.

O uso de um guia de ondas evita o efeito parasita de poeira, espuma, ebulição, bem como a influência da temperatura ambiente. A constante dielétrica do meio medido não deve ser inferior a 1,3e.

Os medidores de nível do refletor podem ser usados ​​onde o radar não pode funcionar devido ao padrão de radiação, por exemplo, em tanques altos e estreitos. Limite de medição 30 metros. Temperatura de operação de até +200 ºС. Precisão dentro de 5 mm.

Os transmissores de nível de micro-ondas Reflex podem ser usados ​​para monitorar continuamente o nível de líquidos e sólidos não condutores e condutores, bem como para medir sua massa e volume. Aplicável em muitas indústrias.

Transmissores de nível de desvio

Uma coluna de medição está localizada na lateral do recipiente. O líquido enche o tubo e seu nível é medido. O princípio da comunicação do navio. Um ímã flutua na superfície do líquido no tubo, e perto do tubo flutua um sensor magnetostritivo que converte a distância ao ímã em um sinal de corrente.

O tubo possui placas indicadoras de cores diferentes que mudam de posição sob a influência do campo magnético do imã. Devido ao fato de não haver contato do líquido com o meio externo, os transmissores bypass são aplicáveis ​​nas indústrias alimentícia e farmacêutica. Limitação do nível de medição a 3,5 metros. Precisão dentro de 0,5 mm. Temperatura de operação de até +250 ºС.

Os dispositivos de medição de bypass são aplicáveis ​​quando o controle visual do nível do líquido é necessário: na indústria de energia térmica, na indústria química, no setor residencial, na indústria elétrica, na indústria alimentícia e na indústria de petróleo e gás.

Transmissores de nível magnetostrictivos

A guia flexível ou rígida contém uma bóia com imã embutido. Um guia de ondas está localizado ao longo do condutor, em torno do qual um campo magnético radial é excitado por pulsos de corrente através da bobina. Quando este campo magnético colide com o campo magnético do imã permanente do flutuador, o guia de onda magnetostrictivo sofre deformação plástica altamente dinâmica.

Como resultado dessa deformação, a onda ultrassônica se propaga ao longo do guia de ondas e é fixada por um transdutor eletrônico em uma das extremidades. A comparação durante o instante do pulso de disparo e o tempo de ocorrência do pulso de deformação determina a localização do flutuador. O limite do nível de medição atinge 15 metros. Precisão dentro de 1 mm. Temperatura de operação de até +200 ºС.

Os manômetros magnetostrictivos são usados ​​na indústria química para monitorar o nível de líquidos espumantes, na indústria alimentícia e na metalurgia para monitorar o nível de alimentos líquidos e combustíveis.

Muitos medidores de nível

Uma carga é presa a um cabo ou fita enrolada em um tambor. Ao instalar o sensor na tampa do tanque, é possível reduzir a carga no tanque. O motor elétrico gira o tambor e a carga desce pelo cabo. Quando o peso toca a superfície do material a ser medido, a tensão na corda é liberada e isso sinaliza o nível do material. A corda se enrola no tambor novamente, levantando a carga de volta.

A eletrônica calcula o nível com base no número de rotações do tambor. Para a detecção de substâncias com densidade de 20 kg por m3, esse sensor é adequado. Limitação do nível de medição a 40 metros.Precisão de 1 a 10 cm, dependendo da modificação. O intervalo de medição é definido pelo usuário e pode ser de 6 minutos a 100 horas. Temperatura de operação de até +250 ºС.

Medidores de lotes múltiplos são usados ​​em vários setores para controlar o nível de materiais a granel em sistemas automatizados.