Los sensores de nivel de líquido en el tanque le permiten realizar la medición actual de la cantidad de líquido llenado e informar sobre el logro de sus valores límite. Dichos dispositivos consisten en un sensor sensible que responde a ciertos parámetros físicos y circuitos de medición, control e indicación. Dependiendo de la aplicación, se utilizan dispositivos que difieren en el principio de su funcionamiento.
La información presentada en el artículo lo ayudará a conocer los principios de funcionamiento de los diferentes tipos de sensores y sus áreas de aplicación. Se realizará un breve repaso de sus ventajas y desventajas, se indicarán los principales fabricantes que han demostrado su valía en el mercado.
Clasificación de electrodomésticos
Los sensores de nivel de líquido en el tanque pueden ser indicadores de nivel o dispositivos de señalización. Los primeros de ellos están diseñados para la medición continua del nivel de líquido en el momento actual.tiempo. Utilizan sensores que funcionan con diferentes principios físicos. El procesamiento posterior de las señales que provienen de ellos se lleva a cabo mediante circuitos electrónicos analógicos o digitales que forman parte de los indicadores de nivel. Los indicadores obtenidos se muestran en los elementos de visualización.
Los dispositivos de señalización avisan de que se alcanza un determinado valor de nivel de líquido en el depósito, preestablecido por los elementos de ajuste. Su otro nombre es sensores de nivel de agua en el tanque para cerrar su suministro adicional. Su señal de salida es discreta. La advertencia puede emitirse en forma de alarma luminosa o sonora. En este caso, el funcionamiento de los sistemas de llenado o vaciado se bloquea automáticamente.
Métodos de medición de nivel
Dependiendo de las propiedades del líquido a medir en el tanque, se utilizan los siguientes métodos de medición:
- contacto, en el que el sensor de nivel de líquido en el tanque o parte de él interactúa directamente con el medio medido;
- sin contacto, evitando la interacción directa del sensor con el líquido (debido a sus propiedades agresivas o alta viscosidad).
Los dispositivos de contacto están ubicados en el tanque directamente en la superficie del líquido medido (flotadores), en su profundidad (manómetros hidrostáticos), o en la pared del tanque a cierta altura (capacitores de placa). Para medidores sin contacto (radar, ultrasónico) es necesario proporcionar una zona de visibilidad directa de la superficie del líquido medido y la ausencia de contacto directo conella.
Principios de funcionamiento
Tanto los indicadores de nivel como los dispositivos de señalización utilizan diferentes principios operativos para realizar sus funciones. Los siguientes tipos de dispositivos son los más utilizados:
- sensores de flotador para nivel de líquido en el depósito;
- capacitivo;
- sensores hidrostáticos de nivel de líquido;
- dispositivos tipo radar;
- sensores ultrasónicos.
Float, a su vez, puede ser mecánico, discreto y magnetostrictivo. Los tres primeros grupos de sensores incluyen dispositivos que utilizan el método de medición por contacto, los otros dos son dispositivos sin contacto.
Interruptores de flotador mecánicos
Un flotador ligero, constantemente sobre la superficie del líquido en el tanque, está conectado por un sistema de palancas mecánicas a la terminal central del potenciómetro, que es el brazo del puente de resistencia. Con una cantidad mínima de líquido en el tanque, el puente se considera equilibrado. No hay tensión en su diagonal de medida.
A medida que se llena el tanque, el flotador controla la posición del nivel de líquido moviendo el contacto móvil del potenciómetro a través del sistema de palanca. Cambiar la resistencia del potenciómetro conduce a una violación del estado equilibrado del puente. El voltaje que aparece en su diagonal de medida es utilizado por el circuito electrónico del sistema de visualización. Sus lecturas analógicas o digitales corresponden a la cantidad de líquido en el tanque en el momento actual.
Interruptores de flotador discretos
Señal discreta en forma de circuitoo la apertura de los contactos del interruptor de láminas es utilizada por el circuito electrónico de indicación y señalización para notificar que el nivel de líquido en el tanque ha alcanzado un valor determinado. Los contactos metálicos, que están hechos de un material con una baja resistencia de contacto cuando están cerrados, se colocan en un bulbo de vidrio aislado hueco.
El sensor de nivel de agua en el depósito con salida discreta incorpora una guía en forma de tubo hueco por el que no entra líquido procedente del depósito. Los contactos de uno o más relés de láminas están fijados en el interior de la guía. Su ubicación depende del caso en el que sea necesario recibir una alarma cuando el nivel del líquido alcance el valor establecido.
El flotador del sensor con un pequeño imán permanente incorporado se mueve a lo largo de la guía cuando cambia el nivel de líquido en el tanque. El funcionamiento del grupo de contacto se produce en el momento en que entra en el campo magnético del imán permanente del flotador. La señal a través de los cables conectados a los contactos del sensor de nivel de agua en el tanque del interruptor de láminas va al circuito de alarma.
Sensores de flotador magnetoestrictivos
Los sensores de este tipo proporcionan una señal constante en función del nivel de líquido en el depósito. El elemento principal, como en el caso anterior, es un flotador con un imán permanente en su interior, que toma su posición en la superficie del líquido y se desplaza en un plano vertical a lo largo de la guía.
La cavidad interior de la guía, aislada del líquido, está ocupada por una guía de ondas. Está hecho de magnetostrictivomaterial. En la parte inferior del elemento hay una fuente de pulsos de corriente que se propagan a lo largo de él.
Cuando el pulso irradiado alcanza la ubicación del flotador con el imán, dos campos magnéticos interactúan. El resultado de esta interacción es la aparición de vibraciones mecánicas que se propagan a lo largo de la guía de ondas.
Al lado del generador de impulsos se fija un elemento piezoeléctrico que capta las vibraciones mecánicas. Un circuito electrónico externo analiza el tiempo de retardo entre los pulsos emitidos y recibidos y calcula la distancia al flotador, que se encuentra constantemente en la superficie del líquido. El circuito de indicación informa constantemente del nivel de líquido en el tanque.
Sensores capacitivos
El funcionamiento de sensores de este tipo se basa en las propiedades de un capacitor para cambiar su capacitancia eléctrica cuando cambia la constante dieléctrica del material que llena el espacio entre sus placas. Se utilizan condensadores coaxiales, que son un par de cilindros metálicos huecos coaxiales de diferentes diámetros.
Estos últimos son placas de condensador, entre las cuales el líquido puede penetrar libremente. Las constantes dieléctricas del aire y del medio líquido tienen valores diferentes. Llenar el tanque provoca un cambio en el valor de la constante dieléctrica total del capacitor coaxial y, en consecuencia, su capacitancia eléctrica.
Frecuencia del circuito oscilatorio, enel circuito al cual está conectado el capacitor cambia en proporción al cambio en su capacitancia. El convertidor electrónico de frecuencia/voltaje monitoriza este cambio y muestra un valor proporcional al grado de llenado del depósito.
Sensores hidrostáticos
Otro nombre para dicho dispositivo es detector o transductor de presión. Pueden ser estacionarios, fijos en el fondo del tanque lleno de líquido o portátiles. En este último caso, los transductores de presión están equipados con un cable de considerable longitud. Esto les permite ser utilizados para tanques de diferentes tamaños geométricos.
El elemento sensible de un sensor hidrostático es una membrana que percibe la presión de una columna de líquido sobre ella. Su ajuste se realiza de tal manera que la presión atmosférica no provoque la deformación de la membrana. La presión en el punto de medición se puede utilizar para determinar la altura de la columna de líquido o el grado de llenado del tanque.
La cantidad de deformación de la membrana se convierte en un valor proporcional eléctrico, que luego se usa para mostrar el nivel de líquido en el tanque. Se aplican correcciones que tienen en cuenta la densidad del medio medido y la aceleración de la gravedad en el punto de medición.
Sensores tipo radar
El sensor de nivel de líquido del tanque utiliza un método de medición sin contacto basado en las propiedades de este medio de cualquier densidady viscosidad para reflejar la señal eléctrica. La frecuencia de la señal emitida por un radar ubicado sobre la superficie del nivel de líquido medido cambia según una ley lineal.
Reflejada desde la superficie, llega al dispositivo receptor con un retraso determinado por la longitud del camino recorrido. Por lo tanto, hay una diferencia entre las frecuencias de las dos señales. Por la magnitud del cambio de frecuencia, el dispositivo de análisis del localizador determina la ruta recorrida por la señal o el nivel del líquido reflectante en relación con la ubicación del radar.
Sensores de nivel ultrasónicos
El esquema de medida utilizado para sensores de este tipo corresponde al comentado en el apartado anterior del artículo. El método de ubicación de medición se aplica en el rango de longitud de onda ultrasónica.
Los datos recibidos determinan la diferencia de tiempo entre el transmisor emitido y las señales recibidas por el receptor. Usando datos sobre la velocidad de propagación del ultrasonido en el espacio sobre la superficie del líquido, el dispositivo de análisis determina la distancia recorrida por la señal, o el nivel del líquido en el tanque.
Resumen breve de los fabricantes
Los sensores de nivel de líquido en el tanque "ARIES" le permiten realizar las mediciones necesarias a un nivel alto. La publicidad de sus productos se puede encontrar en muchos sitios extranjeros.
Merecen atención los productos del desarrollador y fabricante nacional L-CARD, incluidos en el Registro Estatal de Instrumentos de Medida. Alta Group, presente en el mercado ruso desde hace más de 10 años, hacomentarios positivos bien merecidos.
Conclusión
Los sensores de nivel de líquido en el tanque deben seleccionarse según las condiciones de su uso, las propiedades de los líquidos, los indicadores requeridos de precisión de medición. Las lecturas más precisas se pueden obtener usando sensores tipo radar, medidores magnetoestrictivos.
Debe recordarse que la precisión absoluta requiere mayores costos de material. Los sensores de flotador y los dispositivos de señalización son los dispositivos más simples, pero su uso está limitado por las condiciones de vibración debido a la formación de espuma del líquido, su viscosidad y la agresividad del medio.
La solución óptima, basada en la relación calidad/precio, es el uso de sensores hidrostáticos y capacitivos, sujeto a las restricciones impuestas a las propiedades del fluido medido.
