Sensores de nivel de tipo ultrasónico

La figura siguiente muestra el principio de operación de un sensor de nivel de tipo ultrasónico no intrusivo para aplicaciones de nivel continuo. En estos sensores, se mide el tiempo empleado por el sonido en su trayecto desde un emisor hasta un receptor. El instrumento tiene un emisor que proporciona breves impulsos sónicos. Estos impulsos son reflejados por la superficie del material en el recipiente y llegan de nuevo al emisor, que actúa ahora como receptor. El tiempo transcurrido es una medida de la distancia entre el material y el emisor-receptor. Un convertidor electrónico proporciona la medida del nivel. El instrumento puede incluir un sensor de temperatura para compensar los cambios en la temperatura del aire.

Figura - Principio de operación de un sensor de nivel ultrasónico

Para aplicaciones de nivel puntual (control ON-OFF, alarma), se utilizan interruptores de tipo intrusivo, el principio de operación de estos interruptores es transmitir una onda ultrasónica desde un cristal piezoeléctrico a través de un espacio (gap), de aproximadamente ½” hasta un cristal receptor. Cuando este espacio del sensor se llena con el líquido, la señal se transmite. Cuando el espacio está lleno de aire o de un vapor, la serial no se transmite. Cuando la señal transmitida se recibe, el circuito se completa y el amplificador entra en oscilación.

Para aplicaciones de alto nivel se utiliza un sensor especial que oscila mientras está seco. Este sensor utiliza la misma técnica de dos cristales, pero la diferencia consiste en que cuando el líquido comienza a cubrir el sensor, la energía ultrasónica es absorbida por el líquido y la oscilación del sensor cesa.

Ventajas y desventajas: algunas de las ventajas y desventajas en la aplicación de sensores ultrasónicos son los siguientes:

Ventajas:

• Disponibilidad de sensores no intrusivos para evitar problemas de corrosión y contaminación.
• Medición continua y puntual.
• No posee partes móviles. Menor mantenimiento.
• Se utiliza para líquidos y sólidos, conductivos y no conductivos.

Desventajas:

• La medición puede ser afectada por el movimiento del material en el tanque.
• La espuma del líquido puede absorber la señal transmitida.
• La presencia de partículas o vapor en el aire puede interferir la señal de los sensores de tipo no intrusivo.

Sensores de nivel de tipo fotoeléctrico

La detección del nivel está basada en el cambio de refracción que ocurre cuando el extremo cónico de un conductor lumínico de cuarzo es sumergido en el líquido. La luz infrarroja desde un diodo emisor de luz (L) pasa a través de un conductor de luz (Q) y es reflectado por su extremo cónico si está rodeado de aire, gas, o vapor. La luz reflectada es detectada por un fototransistor (P).

Cuando el conductor de luz es sumergido en el líquido, la refracción en el extremo cambia y la luz es dispersada en el líquido. De esta forma, el fotorreceptor P, no recibe luz produciéndose un cambio en la resistencia del circuito, la cual es utilizada para dar una señal del nivel.

Estos sensores son capaces de operar en casi todos los líquidos. La medición no es afectada por cambios en la viscosidad, densidad, conductividad o color. Se utilizan en tanques de almacenamiento a baja presión, tanques de buques con petróleo, químicos, gases licuados, tanques de combustible, etc.

Sensores de nivel de tipo radioactivo

En este tipo de sensores, una fuente radioactiva emite un haz de rayos (gamma, alfa, etc.) que viaja a través del tanque y de su contenido, hasta un detector ubicado en el lado opuesto. En el detector existe un contador Geiger que produce un impulso eléctrico en respuesta a cada fotón que llega al detector. Estos pulsos son integrados y transformados en una señal de corriente directa proporcional a la radiación recibida en el contador. Si el nivel del material en el envase está por debajo del haz de rayos, la radiación recibida en el contador es mayor que cuando el material está en la trayectoria del rayo.

Los sensores de nivel de tipo radioactivo pueden ser utilizados para medir niveles límites o nivel continuo. Pueden ser utilizados para detectar el nivel de casi cualquier líquido, sólido o material viscoso almacenado en un recipiente. Todos los elementos del sensor son externos al recipiente; de modo que la presión, el vacío, la temperatura, o materiales altamente viscosos, corrosivos, abrasivos o muy pesados; no afectan al sistema de medición.

El material radioactivo del sensor está contenido en una doble cápsula de acero inoxidable soldada, de modo que en ningún caso hay peligro de que pueda escapar dicho material. Debido a que el material radioactivo irradia en todas las direcciones, se le coloca en el interior de un cabezal protector que permite la salida de radiación por un solo lado, precisamente sólo en la dirección donde esta situado el detector.

Sensores de nivel de tipo microondas (radar)

Un sensor de nivel de tipo microondas es un sensor no intrusivo. El sistema de medición está formado principalmente por un módulo electrónico de microondas, una antena, sensores adicionales (principalmente sensores de temperatura), y una unidad local o remota de indicación. El principio de operación está basado en el cambio de frecuencia de la señal de radar emitida hacia la superficie del líquido. La señal reflectada por la superficie del líquido en el recipiente tiene una frecuencia diferente a la de la señal transmitida. Esta diferencia de frecuencia es proporcional a la distancia que existe entre el transmisor y la superficie del líquido.

La señal de microondas es emitida por una antena la cual direcciona la señal perpendicularmente hacia la superficie del líquido. Existen dos tipos principales de antena: la antena parabólica y la antena tipo corneta.

Algunas aplicaciones incluyen: medición de nivel de productos de hidrocarburos / petróleo, asfalto, químicos, gas natural licuado (GNL), también se puede medir el nivel de sólidos. Una aplicación muy común es la medición de nivel en tanques de techo fijo y tanques de techo flotante, en la industria petrolera y petroquímica.

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