Medição de Nível. Sistema típico

Transcrição

1 Medição de Nível Nível pode ser definido como a altura de preenchimento de um líquido ou de algum tipo de material em um reservatório ou recipiente. A medição normalmente é realizada do fundo do recipiente em relação a superfície ou um ponto de referência do material a ser medido. L= h d Sistema típico

2 Visualisadores Indicação visual, sem saída elétrica

3 Método utilizando bóias Uma bóia móvel é o principal elemento no sistema. Existem sistemas que possuem mais de uma bóia contendo pequenos ímãs que sensibilizam sensores fixados em níveis (alturas conhecidas). Diferentes estratégias de medida podem ser implementadas com estes sistemas.

4 Efeitos de densidade Deslocador: O princípio de funcionamento é a força de empuxo exercida em um flutuador. Essa forma de medição é baseada na lei enunciada por Arquimedes: Todo corpo mergulhado em um fluido sofre a ação de uma força vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do fluido deslocado. A força de empuxo é definida como: F = g. A. ρ. l E líquido submerso

5 Medidores Tipo Hidrostático a) Pressão diferencial b) Hidrostatic Tank Gaging Um terceiro sensor é inserido para compensar eventuais mudanças de densidade os sensores são avaliados por um computador c) Borbulhador: Um tubo injetando um gás. As variações na pressão do tubo são devido à variação de nível.

6 Método capacitivo A variação do nível do material entre duas placas condutoras faz com que a capacitância varie. No caso de placas paralelas: C = ε i d A onde é a permissividade do isolante (reflete a habilidade para armazenar cargas) em e a distância de separação entre as placas do capacitor. A permissividade para um isolante é dada por: εi = εo εr A Figura ao lado ilustra um tanque e o capacitor cilíndrico equivalente, no qual o nível está sendo medido pela variação da capacitância. Pode-se observar um eletrodo de diâmetro, um isolante de diâmetro e um tanque de diâmetro. Desta forma a capacitância do sistema 2πε pode ser definida por: 0 C = L 1 d 2 1 d 3 ln + ln ε1 d1 ε2 d2

7 Método capacitivo

8 Condutividade A substância fecha contato entre dois ou mais eletrodos. Limitada ao número de eletrodos

9 Ultra-som Medidores de nível por sinais ultra-sônicos utilizam freqüências entre 20 e 200 khz. Alguns instrumentos, denominados sônicos utilizam freqüências menores que 10 khz. O princípio de funcionamento deste método é medir o tempo de eco de um sinal enviado por um transdutor piezo-elétrico

10 Ultra-som

11 Por vibração Funciona como uma chave assim que o nível atinge os garfos.

12 Por radar A palavra RADAR é a sigla de Radio Detection and ranging. O radar foi primeiramente utilizado em aplicações militares com a intenção de detectar aeronaves ainda na década de O RADAR transmite uma onda eletromagnética em uma faixa de freqüência de 3 a 30 GHz. O tempo de eco do sinal é relacionado com a distância percorrida pelo sinal. O RADAR por freqüência modulada transmite um sinal contínuo de freqüência variável. Quando o sinal alcança a superfície do material, o mesmo é refletido em direção ao emissor. Ao invés de analisar o tempo de deslocamento, o receptor avalia a diferença de freqüência entre o sinal transmitido e o sinal refletido.

13 Radar

14 Atenuação de radiação Quando a radiação tipo gama passa por determinado meio, a mesma é atenuada. Esta atenuação depende apenas da fonte, do caminho de absorção e da densidade do meio. Uma vez que a fonte e a distância percorrida pelo feixe é constante, a medida é afetada apenas pela densidade do meio

15 Efeito Magnetostrictivo Um pulso de corrente é aplicado no guia de ondas e um contador de tempo eletrônico é disparado. - Devido ao efeito Wiedemann uma força de torção surge no local da posição do ímã permanente. Esta força produz uma onda de deformação, que trafega pelo material com a velocidade do som neste guia de ondas. - Quando a onda de deformação ou o pulso de retorno alcança o cabeçote do sensor, o mesmo é detectado e o contador de tempo é parado.

16 Laser Faz parte do grupo de medidores de nível (ou distância) que utiliza o tempo de propagação, ou o atraso do feixe refletido. Funcionamento semelhante ao ultra-som

17 Medição de pressão A pressão é geralmente definida como força normal por unidade de área e é geralmente representada por unidades como psi (libras/polegada quadrada), bar, atmosfera, Pascal e mm de Hg. No sistema internacional (SI), onde a força é expressa em N e a área em m2, a unidade é o Pa.

18 Altímetro

19 Aneróides Cápsulas, seladas com um gás com pressão conhecida. Se a pressão externa muda, muda a forma do aneróide, produzindo um movimento mecânico.

20 Medidores mecânicos Tubos de vidro P2 P1 = ρglsenθ Barômetro onde é g a gravidade local, ρ a densidade do fluído e, p1 e p2 as pressões nas extremidades do tubo. h = p p ρg 1 2

21 Medidores mecânicos Elementos de deformação Tubos de Bourdon, Diafragmas e Foles. Tubo de Bourdon tipo C.

22 Sensores de Pressão Microfabricados em Si Capacitivos

23 Sensores de Pressão Microfabricados em Si Piezo-resistivo Possui sensores implantados no Si em ponte de Wheatstone

24 Sensores de Pressão Microfabricados em Si Piezoelétricos Utilizam pastilhas feitas com material que ao ser deformado, produz uma tensão elétrica (o efeito é reversível) Este material é extensamente utilizado em sensores de ultra-som, buzzers, etc Piezoelétricos Principal desvantagem: Sua saída é dependente da variação do estímulo no tempo. Uma carga estática gera uma saída de 0V. No entanto freqüência muito baixas são alcançadas.

25 Efeito Piezoelétrico e aplicações diversas Piezoelétricos Este efeito pode ser utilizado para medir força e suas grandezas secundárias. Também é utilizado em acelerômetros para medir vibração, velocidade e etc. Como transdutor é utilizado em sistemas emissor e receptor de ultra-som. Como atuador é utilizado em banhos de limpeza via ultrasom, buzzers, transdutores de micro-deslocamento, entre outros