Cap 4 - Masurarea Nivelului

M`surarea m`rimilor neelectrice 94

4. M~SURAREA NIVELULUI 4.1. Generalit`\i

4.1.1. Defini\ii Prin nivel se [n\elege [n`l\imea geometric` dintre suprafa\a de separare a dou` faze (lichid/gaz, solid/gaz, lichide cu densit`\i diferite etc.) ]i un plan de referin\`. Planul de referin\` se alege conven\ional: la baza rezervorului, la cota zero a instala\iei, la nivelul din rezervor determinat de func\ionarea normal` etc. Aparatul de m`sur` al nivelului se nume]te nivelmetru. Exist` c@teva cazuri particulare pentru care modalitatea de determinare a nivelului nu este at@t de evident`:

1. Dac` suprafa\a de separare dintre cele dou` faze nu este foarte evident` (exist` o zon` de interfa\` cu valuri sau [n care fazele se [ntrep`trund)

2. La solide nivelul nu este [ntotdeauna orizontal, denivelarea fiind definit` printr-un unghi de talaj.

In aceste cazuri se consider` valori medii ale nivelului. 4.1.2. Unit`\i de m`sur` Nivelul se m`soar` [n unit`\i de lungime. In Sistemul Interna\ional de Unit`\i de M`sur` (SI), unitatea de m`sur` a lungimii este metrul, notat m.

Alte unit`\i de m`sur` ale lungimii sunt: picior (foot) [ft] 1 ft = 0.3048 m inch [in] 1 in = 0.0254 m yard [yd] 1 yd = 0.9144 m

4.1.3. Tipuri de aparate de m`sur`

Exist` dou` grupe principale de procedee de m`surare (tabelul 4.1):

- directe: prin m`surarea direct` a nivelului - indirecte: prin intermediul altui parametru care se m`soar`.

Pentru fiecare procedeu de m`sur` pot exista mai multe metode de m`sur`. Mai mult, pentru fiecare metod` de m`surare pot exista mai multe variante constructive ale aparatelor de m`sur`.

α – unghi de talaj

Fig.4.1 Definirea unghiului de talaj

M`surarea nivelului

95

Tabelul4.1 Procedee directe de m`surare a nivelului

M`rime m`surat` Nivelmetru Variante constructive nivel - tija de nivel - cablu cu greutate - robinet de control - sticla de nivel

- pentru rezervor deschis / [nchis - pentru temperaturi ]i presiuni sc`zute/ridicate

- cu reflexie for\` arhimedic` - cu plutitor - cu plutitor ]i flotor

- cu plutitor ]i greutate - cu plutitor ]i leg`tur` magnetic`

- cu imersor - cu imersor ]i tij` - cu imersor ]i arc

presiune - cu pres. hidrostatic` - pentru rezervor deschis - cu pres. diferen\ial` - cu referin\` liber` (rezervor deschis)

- cu referin\` uscat` (rezervor [nchis) - cu referin\` umed` (rezervor [nchis)

- cu barbotare capacitate - m`sur` continu`

- m`sur` punctual` - pentru lichide (solide) neconductive - pentru lichide (solide) conductive

impedan\` sau admitan\`

- m`sur` continu` - pentru lichide (solide) neconductive - pentru lichide (solide) conductive

rezisten\` - m`sur` continu` - m`sur` punctual`

- cu band` elastic`

conductivitate - cu sond` simpl` - pentru lichide (solide) conductive - cu sond` dubl` microunde - radar (microunde) - cu unde continue modulate [n frecven\`

- cu impulsuri - cu unde ghidate - prin reflexia - prin [ntreruperea fasciculului

unde ultrasonice sau sonice

- cu unde ultrasonice - cu unde sonice

- emi\`torul/receptorul separat sau nu - [n partea inf./sup. a rezervorului - [n interiorul/exeteriorul rezervorului - cu unde ghidate

Lumin` (din domeniul vizibil, infraro]u, laser)

- optic - cu transmisie - cu reflexie - cu refrac\ie

radia\ii radioactive - m`sur` continu` - m`sur` punctual`

termice - cu un senzor temp. - cu doi senzori temp.

cu vibra\ii prin c@nt`rire


4.2. Nivelmetre manuale

Caracteristici generale:

metod` direct` de m`sur` utilizare: lichide ]i solide (sub form` de pulbere sau granule) aflate [n

rezervoare deschise sau [nchise cu varia\ii mici ale nivelului [n timp tipul m`sur`torii: discontinu` [n timp indica\ia: local` aparate simple ]i ieftine precizie ridicat`

4.2.1. Tija de nivel

Principiul de func\ionare este cel utilizat pentru verificarea nivelului de ulei la ma]ini (fig.4.2). Tija gradat` se introduce [n rezervor p@n` la un nivel de referin\` (ex: fundul rezervorului). Nivelul se cite]te local (dac` este posibil) sau sco\@nd tija din rezervor ]i citind grada\ia p@n` la care se vede urma lichidului.

Fig. 4.2 Tija de nivel

Tija trebuie introdus` perfect vertical. Aceasta trebuie s` fie perfect rigid` (s` nu se flambaze datorit` greut`\ii proprii sau curen\ilor laterali).

4.2.2. Cablul cu greutate Cablul cu greutate se uilizeaz` [n mod special pentru rezervoarele [nalte, la care tija de nivel este greu de m@nuit. Principiul de func\ionare este asem`n`tor cu cel al tijei de nivel. Diferen\a const` [n aceea c` [n locul tijei rigide se utilizeaz` o greutate legat` de un cablu (fig.4.3). Greutatea este cobor@t` [n fluid p@n` la punctul fix, iar nivelul rezult` din lungimea de cablu desf`]urat`.

Fig. 4.3 Cablu cu greutate

tija de nivel (gradat`)

M`surarea nivelului

97

4.2.3. Robinetul de control Metoda const` [n montarea unor robinete de evacuare a fluidului din rezervor la anumite [n`l\imi prestabilite (fig. 4.4)

Fig. 4.4 Robinet de control

Func\ionarea const` [n deschiderea robinetului din dreptul nivelului verificat. Dac` fluidul a atins nivelul respectiv, prin robinet va curge fluid. Dac` nivelul nu a fost atins, nu exist` scurgeri din rezervor. Robinetul de control se folose]te pentru verificarea atingerii unor valori limit`, [n cazul lichidelor cu modific`ri mici ale nivelului [n timp.

4.3. Sticla de nivel Caracteristici generale:

metod` direct` de m`sur` a nivelului utilizare: numai pentru lichide aflate [n rezervoare deschise sau [nchise tipul m`sur`torii: continu` indica\ia: local` sau la distan\` (mai dificil).

Principiul de func\ionare:

Avantaje ]i limit`ri:

aparat simplu ]i relativ ieftin precizie ridicat` indica\ia este local`, dar poate fi preluat` ]i transmis` la distan\` valoarea m`surat` este influen\at` de meniscul datorat tensiunii

superficiale a fluidului necesit` mentenan\`: sticla trebuie cur`\at` din timp [n timp.

robinete de control

Func\ionarea se bazeaz` pe principiul vaselor comunicante. Rezervorul este pus [n leg`tur` cu un tub transparent, vertical. Dac` presiunea este aceea]i deasupra fluidului din rezervor ]i din tub, fluidul se ridic` p@n` la acela]i nivel. Acesta poate fi citit direct prin plasarea unei sc`ri gradate [n dreptul tubului transparent.


4.3.1. Sticla de nivel pentru temperaturi ]i presiuni sc`zute Sticla de nivel const` dintr-un tub transparent, vertical, racordat la rezervorul al c`rui nivel se m`soar` (figura 4.5). Pe baza principiului vaselor comunicante, lichidul urc` [n tub la acela]i nivel ca ]i [n rezervorul de care este legat. Valoarea acestuia se cite]te direct [n unit`\i de lungime, pe o scal` gradat` montat` [n spatele sticlei de nivel. Pentru temperaturi ]i presiuni relativ sc`zute, sticla de nivel se construie]te din sticl` sau din plastic. Pe racordurile sticlei de nivel cu rezervorul se monteaz` robinete de izolare pentru a permite izolarea acesteia de restul instala\iei.

(a) rezervor deschis (b) rezervor [nchis

Fig. 4.5 Sticla de nivel pentru temperaturi ]i presiuni sc`zute

Cazul rezervorului deschis (fig. 4.5-a): lichidul se afl` la temperatura ]i presiunea atmosferic`. In acest caz, sticla de nivel poate fi legat` de rezervor numai [n partea inferioar`. Totu]i, [n practic` aceasta se racordeaz` la rezervor ]i [n partea superioar` (fig. 4.5-b), pentru a evita p`trunderea murd`riei [n tub. Cazul rezervorului [nchis (figura 4.5-b): racord [n partea inferioar` ]i superioar` a rezervorului, pentru a asigura aceea]i presiune a vaporilor.

4.3.2. Sticla de nivel pentru temperaturi ]i presiuni ridicate Pentru temperaturi ]i presiuni ridicate se utilizeaz` un alt tip de sticl` de nivel (fig. 4.6), construit` din metal. Exist` numai dou` fante transparente, [nguste, fabricate din cuar\. Aceste fante sunt prinse [ntre doi pere\i metalici ]i fixate cu ]uruburi. Intre peretele metalic ]i fant` se introduc garnituri de etan]are.

Fig. 4.6 Sticla de nivel pentru temperaturi ]i presiuni ridicate

]urub

perete metalic

perete metalic

fant` (cuar\)

interiorul sticlei de nivel

garnitur`

scal` gradat`

robinet de izolare

sticla de nivel

M`surarea nivelului

99

4.3.3. Sticla de nivel cu reflexie Principiul de func\ionare al sticlei de nivel cu reflexie se bazeaz` pe proprietatea de reflexie/refrac\ie a luminii la trecerea dintr-un material [n altul.

Valoarea unghiului critic depinde de tipul celor dou` medii ce sunt [n

contact: 42º - pentru aer/sticl` ; 62° - pentru fluid/sticl`. Sticla de nivel cu reflexie are o singur` fa\` din sticl`, sub form` de prism` (figura 4.7). Aceasta este fabricat` astfel [nc@t s` aibe pe toat` lungimea striuri [nclinate la un unghi de 45º. Datorit` striurilor, razele de lumin` lovesc suprafa\a exterioar` a sticlei sub un unghi de 90º ]i o traverseaz` sub un unghi de 45º. In continuare, razele sunt reflectate spre exterior sau sunt refractate spre interior, [n func\ie de prezen\a sau de absen\a lichidului [n interior.

Fig. 4.7 Sticla de nivel cu reflexie

Dac` [n sticla de nivel nu se afl` lichid, razele de lumin` sunt reflectate [napoi spre suprafa\a exterioar` a sticlei. In acest caz raza incident` cade sub un unghi mai mare dec@t cel critic pentru interfa\a aer/sticl` (42º). Sticla de nivel se vede [n aceast` zon` ca av@nd o culoare alb-argintie. In por\iunea [n care se afl` lichid, lumina este refractat` prin prisme [n [nc`pere. Razele nu mai sunt reflectate [n exterior deoarece raza incident` cade sub un unghi mai mic dec@t cel critic pentru interfa\a fluid/sticl` (62º). Sticla de nivel are [n aceast` zon` culoarea pere\ilor metalici, vopsi\i de obicei [n negru. In felul acesta, nivelul poate fi urm`rit foarte u]or prin culoarea sticlei de nivel: neagr` [n zona cu lichid ]i alb–argintie [n zona f`r` lichid.

Raza de lumin` este refractat` dac` love]te suprafa\a de separa\ie dintre dou` medii sub un unghi mai mic dec@t un unghi critic ]i este reflectat` dac` unghiul de inciden\` este mai mare dec@t cel critic.

]urub

prisme capac

sticl`

interiorul sticlei de nivel

garnitur` metalic`

unghi

critic


4.4. Nivelmetre bazate pe for\a arhimedic` Caracteristici generale:

reprezint` o metod` indirect` de m`sur`, prin intermediul for\ei arhimedice se utilizeaz` numai pentru m`surarea nivelului lichidelor aflate [n

rezervoare deschise sau [nchise; varianta cu plutitor se poate utiliza ]i pentru solide sub form` de pulberi sau granule

tipul m`sur`torii: continu` sau punctual` indica\ia: local sau la distan\`.

Teoria aplicat`: Metoda se bazeaz` pe principiul lui Arhimede: for\a ascendent` (arhimedic`) care ac\ioneaz` asupra unui corp introdus [ntr-un lichid este egal` cu greutatea lichidului dislocuit.

Pe acest pincipiu exist` nivelmetre cu plutitor (corp care plute]te la suprafa\a lichidului) ]i cu imersor (corp imersat total sau par\ial [n lichid). Acestea sunt legate la un aparat indicator printr-un mijloc de transmisie a mi]c`rii.

4.4.1. Nivelmetre cu plutitor Principiul de func\ionare

Plutitorul se poate construi [n diferite forme (figura 4.8) ]i utiliz@nd diferite materiale (plastic, o\el inox, teflon etc.). Acesta trebuie s` aibe densitatea mai mic` dec@t a fluidului ]i s` reziste la condi\iile de lucru din proces (din punct de vedere al parametrilor de func\ionare ]i al agresivit`\ii fluidului). Nivelmetrul cu plutitor poate fi utilizat pentru o m`sur` continu` sau punctual` a nivelului fluidelor: curate, lini]tite, f`r` spum`

FA = ρf Vp

g

G = ρp Vp

g

sferic cilindric cilindru gùrit alte formesferic cilindric cilindru gùrit alte formesferic cilindric cilindru gùrit alte forme

• Dac` FA < G: corpul cade la fund • Dac` FA = G: corpul r`m@ne [n echilibru [n orice punct • Dac` FA > G: corpul se ridic` la suprafa\a lichidului.

La suprafa\`: este [ndeplinit` condi\ia de plutire: o parte din corp iese din lichid, iar for\a arhimedic` scade p@n` c@nd egaleaz` greutatea corpului.

Aparatul de m`sur` const` dintr-un corp u]or, numit plutitor sau flotor, care plute]te pe suprafa\a liber` a lichidului ]i urc` sau coboar` odat` cu modificarea nivelului.

Fig. 4.8 Forme constructive ale plutitorului (flotorului)

M`surarea nivelului

101

Variante constructive:

Nivelmetru cu plutitor ]i tij` Transmisia indica\iei de la plutitor la aparatul indicator se face printr-o tij` de leg`tur` ]i printr-un ax rotitor (figura 4.9). La modificarea nivelului, plutitorul urc` sau coboar`, modific@nd [n mod corespunz`tor pozi\ia acului indicator. Indica\ia de nivel poate fi transmis` la distan\` pe cale electric`, prin legarea acului indicator la un traductor poten\iometric.

Fig. 4.9 Nivelmettru cu plutitor ]i tij`

Din proiectare, cursa flotorului este limitat` pe vertical` la 30º (acest interval asigur` cele mai bune performan\e). In consecin\`, domeniul de m`sur` al aparatului este dat de lungimea tijei de leg`tur`: cu c@t tija este mai lung`, cu at@t se pot m`sura diferen\e de nivel mai mari.

Nivelmetru cu plutitor ]i greutate Principiul de func\ionare este acela]i cu cel al nivelmetrului cu plutitor ]i tij`, singura diferen\` const@nd [n metoda de ac\ionare a acului indicator. Plutitorul este legat printr-un lan\ ce trece peste un element rotitor la o contragreutate (figura 4.10). Contragreutatea are rolul de a p`stra lan\ul [ntins. La modificarea nivelului, plutitorul urc` sau coboar` iar acul indicator se deplaseaz` prin intermediul lan\ului ]i al elementului rotitor.

Fig. 4.10 Nivelmetru cu plutitor ]i greutate

Tij` de leg`tur` Ax

Scal` gradat`

Ac indicator

Plutitor

Scal` gradat`

Plutitor

Greutate


Nivelmetru cu plutitor ]i magnet Acest tip de nivelmetru este utilizat [n centralele nucleare, pentru a elimina posibilitatea apari\iei sc`p`rilor de fluide radioactive. Aparatul const` dintr-un flotor magnetic care urc` ]i coboar` odat` cu modificarea nivelului (figura 4.11). Plutitorul se deplaseaz` [n exteriorul unui tub fabricat dintr-un material nemagnetic. Tubul con\ine un al doilea magnet, care este conectat la un ac indicator. Atunci c@nd flotorul urc` sau coboar`, magnetul exterior va atrage magnetul din interior, care la r@ndul lui va modifica pozi\ia acului indicator.

Fig. 4.11 Nivelmetru cu plutitor ]i leg`tur` magnetic`

4.4.2. Nivelmetre cu imersor


Spre deosebire de plutitor, care este [ntotdeauna la suprafa\a fluidului, imerserorul se afl` par\ial sau total [n interiorul fluidului. Principiul de func\ionare se bazeaz` pe modificarea greut`\ii aparente a unui corp imersat [n lichid [n func\ie de cantitatea de lichid dislocuit (figura 4.12).

Fig. 4.12 Imersor Greutatea aparent` a imersorului este dat` de diferen\a dintre greutatea acestuia ]i for\a arhimedic`. Aceasta din urm` depinde de cantitatea de lichid dislocuit, fiind propor\ional` cu [n`l\imea p@n` la care corpul este imersat (x). Imersorul poate controla nivelul [ntre punctul [n care se afl` deasupra lichidului ]i cel [n care este complet acoperit de fluid (figura 4.13). Cu c@t are o [n`l\ime mai mare, cu at@t poate detecta o diferen\` de nivel mai mare.

Indica\ie

Plutitor magnetic (exterior)

Magnet interior

Tub (nemagnetic)

FA

G

( ) gxVF ifA ⋅⋅= ρ (4.1)

gVG iii ⋅⋅= ρ (4.2)

Aiaparent FGG −= (4.3) x

M`surarea nivelului

103

Fig. 4.13 Pozi\iile extreme ale imersorului care permit urm`rirea varia\iei nivelului

Imersorul se poate construi [n diferite forme (asem`n`tor plutitorului), dar densitatea acestuia trebuie s` fie mai mare dec@t cea a fluidului. Nivelmetrul cu imersor poate fi utilizat pentru o m`sur` continu` sau punctual` a nivelului. Aparatul se utilizeaz` pentru fluide curate (cu densitate constant`), turbulente, cu spum` la suprafa\`, cu v@scozitate redus` (astfel [nc@t s` nu apar` depuneri pe imersor, care s`-i modifice greutatea ]i implicit for\a arhimedic`, introduc@nd erori de m`sur`). Valoarea m`surat` este influen\at` de parametrii fluidului (temperatur`, presiune): varia\ia temperaturii duce la varia\ia densit`\ii, a for\ei arhimedice ]i introduce erori de m`sur`. De aceea, trebuie compensat` varia\ia temperaturii. Variante constructive:

Nivelmetru cu imersor ]i tij` Aparatul din figura 4.14 este utilizat pentru o m`sur` continu` a nivelului. Deplasarea imersorului este transmis` c`tre un ac indicator printr-o tij` de leg`tur` ]i un ax rotitor. Pentru transmisia la distan\`, axul rotitor se poate lega la un traductor (de exemplu poten\iometric).

Fig. 4.14 Nivelmetru cu imersor ]i tij`

Nivelmetru cu imersor ]i arc

In figua 4.15 se prezint` un nivelmetru cu imersor ]i arc utilizat pentru verificarea atingerii nivelului minim ]i maxim (m`sur` punctual`).

tij` de leg`tur`

ax rotitor

indica\ie

imersor

0=AF

gVG iii ⋅⋅= ρ

gVG iiaparent ⋅⋅= ρ

gVF ifA ⋅⋅= ρ

gVG iii ⋅⋅= ρ

( ) VG ifiaparent ⋅⋅−= ρρ


Varia\ia nivelului duce la modificarea greut`\ii aparente a imersorului. Atunci c@nd greutatea aparent` scade sub valoarea de pretensionare a arcului, imersorul se ridic` ]i ac\ioneaz` un comutator.

Fig. 4.15 Nivelmetru cu imersor ]i arc

4.5. Nivelmetre prin presiune Caracteristici generale:

metod` indirect`: bazat` pe dependen\a dintre nivel ]i presiune utilizare: lichide, fluide v@scoase, solide (sub form` de pulberi sau cu

granula\ie mic`) din rezervoare deschise sau [nchise tipul m`sur`torii: continu` sau punctual` indica\ia: local` sau la distan\` m`sur`toarea este influen\at` de temperatura ]i presiunea fluidului.


comutator

arc

imersor

Farc > Gaparent` Farc < Gaparent`

Farc Gaparent`

Nivelul se determin` prin m`surarea presiunii hidrostatice (a diferen\ei de presiune [ntre suprafa\a lichidului ]i baza rezervorului):

gHp ρ=∆ (4.4) H

patm

gHp ρ=∆

M`surarea nivelului

105

4.5.1. Nivelmetre prin presiune hidrostatic` Metoda poate fi utilizat` numai [n cazul rezervoarelor deschise, la care deasupra lichidului este presiune atmosferic`. Pentru determinarea nivelului, se m`soar` presiunea lichidului la baza rezervorului (fig. 4.16). Nivelul rezult` din:

atmpgHp += ρ (4.5)

Presiunea atmosferic` poate fi neglijat` sau compensat` prin calcule. Nivelulmetrul prin presiune hidrostatic` poate fi: cu priz` de presiune la baza rezervorului ]i senzor exterior (fig. 4.16-a) cu senzor de presiune imersat la baza rezervorului (fig. 4.16-b)

(a) cu senzor exterior (b) cu senzor imersat

Fig. 4.16 M`surarea nivelului prin presiune hidrostatic`

Nivelmetrul cu senzor imersat are avantajul c`: - elimin` cheltuielile suplimentare legate de conductele de leg`tur` - permite m`surarea lichidelor murdare (care [nfund` conductele de leg`tur`) - se introduce/scoate u]or din rezervor.

4.5.2. Nivelmetre prin presiune diferen\ial`

Cu ajutorul unui manometru diferen\ial, se m`soar` diferen\a de presiune [ntre dou` puncte de leg`tur` cu procesul: - o leg`tur` de [nalt` presiune: m`soar` presiunea la baza rezervorului (pIP) - o leg`tur` de joas` presiune (de referin\`): m`soar` presiunea vaporilor (pJP) Nivelul se ob\ine din presiunea diferen\ial` ∆p (m`surat`).

Manometru H

Aparat m`sur` H

Senzor de presiune

H

atmJP pp = gHppp JPIP ρ=−=∆

atmIP pgHp += ρ (4.6)



Nivelmetru prin presiune diferen\ial` cu referin\` liber` Nivelmetrul cu presiune diferen\ial` ]i referin\` liber` se poate utiliza numai pentru rezervoare deschise (figura 4.17). Deoarece deasupra lichidului presiunea este atmosferic`, leg`tura de joas` presiune a manometrului diferen\ial (JP) se las` liber`, [n contact direct cu mediul exterior.

Fig. 4.17 Nivelmetru cu presiune diferen\ial` ]i referin\` liber` (rezervor deschis)

Nivelmetru prin presiune diferen\ial` cu referin\` uscat` La rezervoarelor [nchise, presiunea fluidului la baza rezervorului este influen\at` de presiunea valorilor afla\i deasupra acestuia. Leg`tura de joas` presiune (de referin\`) se racordeaz` la partea superioar` a rezervorului (fig. 4.18).

Fig. 4.18 Nivelmetru cu presiune diferen\ial` ]i referin\` uscat` Dac` nu exist` lichid [n rezervor, presiunea m`surat` la cele dou` leg`turi este egal`, deci diferen\a de presiune este nul`. Cu c@t nivelul din rezervor cre]te, cre]te ]i presiunea [n partea inferioar` a rezervorului ]i implicit cre]te diferen\a de presiune m`surat`. Diferen\a de presiune variaz` direct propor\ional cu nivelul.

H JP IP

patm

H Hmax

JP IP

p0

atmIP pgHp += ρ (4.7)

atmJP pp = (4.8)

gHppp JPIP ρ=−=∆ (4.9)

0pgHp IP += ρ (4.10)

0ppJP = (4.11)

gHppp JPIP ρ=−=∆ (4.12)

M`surarea nivelului

107

0max pgHpJP += ρ (4.13)

0pgHp IP += ρ (4.14)

( )maxHHgppp JPIP −=−=∆ ρ (4.15)

Nivelmetru prin presiune diferen\ial` cu referin\` umed` Pentru eliminarea riscului ca vaporii s` condenseze [n leg`tura de joas` presiune, aceasta este umplut` cu acela]i fluid ca cel din rezervor. Presiunea hidrostatic` din leg`tura de joas` presiune este men\inut` constant` cu ajutorul unei oale de condens (figura 4.19).

Fig. 4.19 Nivelmetru cu presiune diferen\ial` ]i referin\` umed`

Leg`tura de joas` presiune (de referin\`) este umplut` cu fluid p@na la nivelul maxim ce poate fi m`surat. Dac` nivelul [n rezervor este maxim, presiunea m`surat` la cele dou` leg`turi este egal`, deci diferen\a de presiune este nul`. Cu c@t nivelul din rezervor scade, presiunea [n leg`tura de [nalt` presiune scade ]i deci diferen\a de presiune cre]te (nivelul variaz` invers propor\ional cu presiunea).

4.5.3. Nivelmetre cu barbotare

Avantaje ]i limit`ri: - metod` simpl`, ieftin`, dar mai pu\in precis` (are erori de 1–2 %) - utilizat` la rezervoare deschise (nu se acumuleaz` gazul eliminat) - lichidul m`surat nu intr` [n contact direct cu manometrul (recomandat pentru

lichide agresive, radioactive) - aerul/gazul insuflat poate influen\a procesul.

Surs` de aer/gaz Senzor de presiune Printr-un tub, se introduce la baza rezervorului

un debit constant de aer (sau gaz intermediar) –fig. 4.20. Dac` rezervorul este gol, aerul/gazul intermediar iese liber din tub. Cu c@t nivelul din rezervor este mai ridicat, presiunea la baza acestuia cre]te, iar bulele de aer/gaz au nevoie de o presiune mai mare pentru a putea ie]i din tub. Aceast` presiune este m`surat` cu un senzor de presiune ]i transformat` [n indica\ie de nivel.

Fig. 4.20 Nivelmetru prin barbotare


4.6. Nivelmetre rezistive Caracteristici generale:

metod` indirect` bazat` pe dependen\a dinre nivel ]i rezisten\` utilizare: lichide ]i solide conductive din punct de vedere electric tipul m`sur`torii: continu` sau punctual` indica\ia: local` sau la distan\` metod` intruziv`: senzorul intr` [n contact direct cu mediul m`surat.

Principiul de m`sur`:

Se bazeaz` pe m`surarea rezisten\ei unui circuit de curent continuu.

4.6.1. Nivelmetre rezistive pentru m`sur` continu` In rezervor se introduce o rezisten\` vertical` (fig.4.21). Circuitul electric se [nchide prin legarea rezisten\ei de fundul rezervorului (dac` acesta este metalic), de o plac` metalic` la baza rezervorului (dac` nu este metalic) sau printr-un cablu electric (nivelul de referin\` se afl` la extremitatea inferioar` a rezisten\ei). Circuitul este alimentat de la o surs` constant` de tensiune, iar curentul se m`soar` cu ajutorul unui ampermetru. Pe m`sur` ce nivelul cre]te [n rezervor, o parte a rezisten\ei este ]untat`, iar rezisten\a total` a circuitului se reduce.

Fig. 4.21 Nivelmetru rezistiv (m`sur` continu`)

R1

R2

U

I1

R1

R2

U

I12

R1

R2 h

21 RRRt += (4.18)

Rt – rezisten\a total` [Ω]

R1 – rezisten\a deasupra materialului conductor [Ω] R2 – rezisten\a imersat` (]untat`) [Ω]

Fie un circuit electric compus dintr-o surs` de tensiune constant`, un ampermetru ]i dou` rezisten\e legate [n serie. Curentul m`surat de ampermetru este:

21

12RR

UI

+= (4.16)

Dac` [n circuitul anterior se ]unteaz` rezisten\a R2, curentul m`surat:

12

1

1 IR

UI <= (4.17)

M`surarea nivelului

109

Principalul dezavantaj al metodei rezistive este acela c` valoarea m`surat` depinde de conductivitatea materialului al c`rui nivel se m`soar`, care la r@ndul ei este influen\at` de natura ]i de temperatura acestuia. Influen\a se poate elimina prin compensare electronic` sau prin utilizarea unei alte variante constructive:

Nivelmetru rezistiv cu band` elastic`

Fig. 4.22 Nivelmetru rezistiv cu band` elastic` (m`sur` continu`)

4.6.2. Nivelmetre rezistive pentru m`sur` punctual`

Fig. 4.23 Nivelmetru rezistiv (m`sur` punctual`)

Variant` constructiv`:

Nivelmetru rezistiv cu band` elastic`

Fig. 4.24 Nivelmetru rezistiv cu band` (m`sur` punctual`)

R

Rezisten\a se afl` [ntr-o teac` confec\ionat` dintr-un material deformabil, [n lungul unei benzi elastice conductoare electric (fig.4.22). Sub ac\iunea presiunii, teaca [mpreun` cu banda elastic` se deformeaz`, scurtcircuit@nd o parte a rezisten\ei. Avantajul solu\iei este c` rezisten\a nu intr` [n contact direct cu mediul m`surat.

In rezervor se introduce o rezisten\` orizontal`, la nivelul verificat (fig. 4.23). Dac` rezisten\a se afl` deasupra nivelului, prin circuit va trece un curent corespunz`tor acesteia. Dac` rezisten\a se afl` sub nivel, atunci ea este ]untat` ]i curentul cre]te.


4.7. Nivelmetre capacitive Caracteristici generale:

metod` indirect` bazat` pe dependen\a dintre nivel ]i capacitate utilizare: lichide (inclusiv la cele corozive sau cu temperaturi ridicate),

solide (sub form` de pudr` sau granule) din rezervoare deschise sau [nchise ; mai ales pentru medii neconductive electric, dar este aplicabil` ]i pentru cele conductive

metod` intruziv`: senzorul intr` [n contact direct cu mediul m`surat tipul m`sur`torii: continu` sau punctual` indica\ia: local` sau la distan\`.

Teoria aplicat`: Se m`soar` capacitatea electric` ce apare [ntre doi conductori desp`r\i\i de un mediu izolator (dielectric). Capacitatea rezult` din rela\ia:

4.7.1. Nivelmetre capacitive pentru m`surare continu` (pentru medii neconductive electric)

In rezervor (fig.4.25) se introduce o sond` metalic` protejat` de o teac` de protec\ie dintr-un material conductor (Nylon, Ryton, ceramic`). Aceasta formeaz` primul conductor al capacit`\ii. Al doilea conductor este peretele rezervorului (metalic) sau dintr-o plac` metalic` la baza rezervorului (dac` acesta nu e metalic).

Fig. 4.25 Nivelmetru capacitiv cu sond` vertical` (pentru m`sur` continu`)

d

kAC = (4.19)

C – capacitatea [pF] (picofarazi) k – constanta dielectric` a materialului izolator A – aria conductorilor d – distan\a dintre conductoare

d

C

Conductori

-

-

-

+

+

+

Sond` metalic` Teac` de protec\ie

Rezervor

Izolator electric

km

ka

M`surarea nivelului

111

Dac` rezervorul este gol, dielectricul dintre cei doi conductori (sonda ]i rezervorul) este aerul. Odat` cu cre]terea nivelului, sonda [ncepe s` se acopere cu material (fluid). Modificarea dielectricului (respectiv a constantei sale dielectrice) are ca efect varia\ia capacit`\ii dintre sond` ]i rezervor. Astfel, la o [n`l\ime oarecare, capacitatea total` este format` din dou` capacit`\i legate [n paralel. Varia\ia capacit`\ii totale este propor\ional` cu nivelul.

Avantaje ]i limit`ri:

metod` intruziv`: senzorul intr` [n contact direct cu mediul m`surat principala surs` de erori de m`sur`: varia\ia constantei dielectrice [n func\ie de

temperatur` (varia\ie ce trebuie compensat`).

4.7.2. Nivelmetre capacitive pentru m`sur` punctual` (pentru medii neconductive electric)

Sonda metalic` se monteaz` orizontal, [n punctele critice care trebuie verificate (fig.4.26). Principiul de m`sur` este acela]i ca pentru m`sur` continu`: modificarea capacit`\ii [n func\ie de dielectric (materialul m`surat sau aer) .

Fig. 4.26 Nivelmetru capacitiv cu sond` orizontal` (pentru m`sur` punctual`)

4.7.3. Nivelmetre capacitive pentru medii conductive electric Dac` materialul din proces este conductiv, sonda metalic` se introduce [ntr-o teac` confec\ionat` dintr-un material izolator (Teflon sau Kynar) - figura 4.27. Primul conductor este format din sonda metalic` izolat`, al doilea conductor este chiar materialul din proces, iar dielectricul capacit`\ii este format din teaca izolatoare din jurul electrodului senzor.

Ca

Cm

h

a

aa

m

mmamt

d

Ak

d

AkCCC +=+= (4.20)

unde: km , ka – constanta dielectric` pentru mediul m`surat / aer Am , Aa– aria total` a capacit`\ii din mediul m`surat / aer dm , da – distan\a minim` dintre sond` ]i perete pentru capacitatea format` [n mediul m`surat / aer

Spre aparatul de m`sur` electronic

Sond` metalic`

Teac` de protec\ie

Rezervor

Izolator electric


4.7.4. Condi\ii de montare a sondelor capacitive

• s` fie [n afara curentului principal: impactul sondei cu fluxul de material

intrat/ie]it din rezervor poate deteriora sonda sau poate genera erori de m`sur` • s` nu ating` rezervorul, c`ci dispar cele dou` discuri ale capacit`\ii • s` fie instalat [ntr-o zon` [n care s` nu se acumuleze material deasupra (sau

acesta s` cad` cu u]urin\`), pentru a nu modifica valoarea capacit`\ii • senzorii s` nu fie prea aproapia\i unul de cel`lalt, ca s` nu interfereze c@mpul lor

magnetic (distan\a minim` este de 50 cm) • pentru sondele orizontale care nu pot prelua greutatea materialului, se monteaz`

deasupra un acoper`m@nt de protec\ie (figura 4.28).

4.8. Nivelmetre prin impedan\` sau admitan\` Caracteristici generale:

metod` indirect` bazat` pe dependen\a dintre nivel ]i impedan\` sau admitan\` utilizare: lichide, solide (pudr` sau granule); [n general se utilizeaz` pentru

medii neconductive electric, dar poate fi folosit` ]i pentru cele conductive metod` intruziv`: senzorul intr` [n contact direct cu mediul m`surat tipul m`sur`torii: continu` sau punctual` indica\ia: local` sau la distan\`


Acela]i ca la metoda prin capacitate. Diferen\a const` [n faptul c` [n locul capacit`\ii, se utilizeaz` alte caracteristici electrice: impedan\a sau admitan\a.

Impedan\a: Cf

RZπ12

1

−+= [Ω] (4.21)

unde: R – rezisten\a [Ω] f – frecven\a de m`sur` C – capacitatea [pF]

Admitan\a: Z

A1

= [1/Ω] (4.22)

Fig. 4.28 Acoper`m@nt de protec\ie pentru sondele orizontale

Teac` izolatoare (dielectricul)

Sond` metalic`

Fig. 4.27 Sond` metalic` cu teac` din material izolator

M`surarea nivelului

113

In plus fa\` de metoda capacitiv`, apare un circuit electronic suplimentar care m`soar` rezisten\a. Acesta rezolv` ]i rela\ia de calcul a impedan\ei/admitan\ei, astfel [nc@t curentul de ie]ire s` fie propor\ional cu nivelul din proces. Metoda elimin` erorile datorate depunerilor de material (murd`rie) de pe sond`, deoarece m`rimile apar ]i la num`r`tor ]i la numitor. 4.9. Nivelmetre conductive


metod` indirect` bazat` pe dependen\a dintre nivel ]i conductivitatea electric` utilizare: lichide, solide (pudr` sau granule) din rezervoare [nchise sau deschise se utilizeaz` numai pentru medii conductive din punct de vedere electric metod` intruziv`: senzorul intr` [n contact direct cu mediul m`surat tipul m`sur`torii: punctual` indica\ia: local` sau la distan\` metod` simpl` ]i relativ ieftin`.


Pentru m`surarea nivelului se formeaz` o baie galvanic` cu doi electrozi care se introduc [n rezervor. Dac` rezervorul este: - gol: [ntre electrozi se afl` aer (izolator) – nu se genereaz` curent electric - plin: [ntre electrozi se afl` fluidul (conductiv) – se genereaz` curent electric In func\ie de amplasarea electrozilor, se poate detecta prezen\a sau absen\a fluidului la un anumit nivel.


Nivelmetru conductiv cu sond` simpl`

Un electrod este format din rezervor (sau o baz` metalic`), iar al doilea dintr-o sond` metalic` (orizontal` sau vertical`). Sonda (v@rful ei) este amplasat` la [n`l\imea urm`rit`. Atunci c@nd fluidul atinge sonda, apare un curent electric.

Nivelmetru conductiv cu sond` dubl`

Sonda con\ine doi electrozi paraleli, apropia\i unul de cel`lalt. Atunci c@nd lichidul atinge sonda, circuitul electric se [nchide prin cei doi electrozi. Se elimin` astfel necesitatea unei baze metalice pentru rezervoare nemetalice.

4.10. Nivelmetre cu radar (microunde)


metod` indirect`: bazat` pe utilizarea microundelor utilizare: lichide, solide (pudr` sau granule) din rezervoare deschise sau [nchise metod` cu sau f`r` contact


tipul m`sur`torii: continu` sau punctual` indica\ia: local` sau la distan\`. Principiul de func\ionare: Se bazeaz` pe comportamentul diferit al materialelor fa\` de microunde: cele conductoare reflect` microundele, iar cele neconductoare le absorb. Fig. 4.29 M`surarea nivelului cu radar Transmiterea ]i receptarea semnalului se face cu anten` parabolic` (concentreaz` semnalul [ntr-o zon` mai [ngust`) sau conic` (direc\ioneaz` semnalul c`tre o suprafa\` mai mare). Alegerea tipului de anten` \ine seama de caracteristicile rezervorului ]i ale fluidului (obstruc\ii [n rezervor, prezen\a spumei la suprafa\` sau turbulen\e ale lichidului. Antena parabolic` are avantajul c` semnalul este mai bine focalizat (se elimin` interferen\ele nedorite de la alte suprafe\e orizontale din rezervor) ]i dezavantajul c` apar reflexii c`tre alte direc\ii (datorit` turbulen\elor, spumei etc.), reflexii care duc la pierderea unei p`r\i din semnal. Antena conic` cre]te probabilitatea ca unda s` fie reflectat` [napoi c`tre detector atunci c@nd avem turbulen\e, spum` etc., dar semnalul este [mpr`]tiat (cre]te probabilitatea de reflexie de alte suprafe\e orizontale din rezervor). Avantaje ]i limit`ri: nu au piese [n mi]care, dar au construc\ie mai complicat` scumpe timp de r`spuns foarte scurt (semnalul se propag` cu viteza luminii) nivelul poate fi detectat f`r` contact direct cu mediul m`surat ([n condi\ii

speciale de lucru: medii corozive, cu temperaturi [nalte, periculoase etc.).

Pentru m`surarea nivelului se utilizeaz` undele electromagnetice, de obicei cele din banda X de 10 GHz. Cu ajutorul unei antene, un generator emite un fascicol de microunde direc\ionate spre suprafa\a fluidului (figura 4.29). La atingerea nivelului (respectiv a interfe\ei dintre dou` fluide cu constant` dielectric` diferit`), o parte a semnalului este reflectat` [napoi c`tre un receptor. Nivelul se calculeaz` pe baza timpului dus-[ntors parcurs de semnal.

anten` conic`

anten` parabolic`

M`surarea nivelului

115

4.10.1. Radar cu unde continue modulate [n frecven\` Reprezint` o metod` f`r` contact, utilizat` pentru m`surarea continu`. Un oscilator emite un semnal de frecven\` variabil` liniar, [ntr-o band` anume ]i pentru o durat` determinat` (fig.4.32). Fig. 4.32 Radar cu unde continue modulate [n frecven\` Unda electromagnetic` rezultat` are o frecven\` joas`, ceea ce face s` nu poat` fi transmis` sub aceast` form` la distan\`. De aceea, pentru transmiterea semnalului se utilizeaz` o und` purt`toare care este modificat` (modulat`) de c`tre semnalul util. Unda purt`toare poate fi modulat` [n: - amplitudine (AM – Amplitude Modulated) - semnalul util modific` amplitudinea - frecven\` (FM – Frequency Modulated) - semnalul util modific` frecven\a. La radarul cu unde continue modulate [n frecven\`, semnalul de ie]ire al senzorului este un semnal modulat [n frecven\` (FM). Avantajul modul`rii [n frecven\` este legat de faptul c` majoritatea zgomotelor din rezervor se afl` [n banda AM ]i nu afecteaz` banda FM. In plus, ca ]i [n cazul undelor radio, transmisia cu FM asigur` o reproducere mai fidel` a semnalului util (permite un spectru mai mare de frecven\`).

4.10.2. Radar cu impulsuri

Reprezint` o metod` f`r` contact, utilizat` pentru m`sur` continu`. Radarul genereaz` un impuls dirijat c`tre suprafa\a fluidului (fig.4.33). De la nivelul fluidului, o parte a semnalului este reflectat` [napoi spre receptor. Timpul de [ntoarcere al acestuia determin` nivelul din rezervor.

frecven\`

timp

nivel

TX – semnal transmis RX – semnal reflectat

La interfa\a cu fluidul, o parte a semnalului este reflectat`. Semnalul radar reflectat se [ntoarce cu o [nt@rziere propor\ional` cu distan\a parcurs`, frecven\a sa fiind diferit` fa\` de cea a semnalului transmis. Cele dou` semnale se amestec` [ntr-unul singur, care are frecven\a propor\ional` cu distan\a, deci cu nivelul.


Fig. 4.33 Radar cu impulsuri Radarul cu impulsuri are o putere mai mic` dec@t cel cu unde continue modulate [n frecven\`. De aceea, m`sur`toarea poate fi afectat` de obstruc\ii [n rezervor, de prezen\a spumei sau de materiale cu coeficient dielectric mic (k < 2).

4.10.3. Radar cu unde ghidate Reprezint` o metod` cu contact utilizat` pentru m`sur` continu`.

Fig. 4.34 Radar cu unde ghidate

4.10.4. Radar cu reflexia fasciculului

Reprezint` o metod` f`r` contact, utilizat` pentru m`sur` punctual`. Aparatul const` dintr-un emi\`tor ]i un receptor de microunde, care este amplasat la nivelul urm`rit (figura 4.35). In dreptul s`u, rezervorul are o fereastr` prin care s` poat` p`trund` microundele [n interior (din sticl`, ceramic` etc.). Atunci c@nd rezervorul este gol, unda este transmis` prin aer sau vapori (cu constant` dielectric` mic`) ]i este reflectat` numai o mic` parte a semnalului. Dac` rezervorul este plin cu un material ce are o constant` dielectric` mare, unda este reflectat` aproape [n totalitate.

2

ctEdEL

⋅−=−= (4.23)

unde: L – nivelul fluidului [m]

E – [n`l\imea la care se afl` aparatul [m]

d – [n`l\imea spa\iului de deasupra (dintre radar ]i suprafa\a fluidului) [m] t – timpul dus – [ntors parcurs de unde [s] c – viteza luminii [m/s]

Microundele sunt ghidate c`tre baza rezervorului printr-un cablu (fig.4.34). La interfa\a cu fluidul, o parte a semnalului este reflectat. Semnaulul ce nu a fost reflectat parcurge cablul p@n` la baza rezervorului, de unde se reflect` ]i genereaz` indica\ia pentru punctul de zero (nivel nul). Nivelul rezult` din timpii de [ntoarcere diferi\i ai celor dou` semnale. Utilizarea cablului minimizeaz` degradarea semnalului pe traseu. In plus, m`sur`toarea nu este afectat` de prezen\a obstruc\iilor, a spumei sau a turbulen\elor. In schimb, cablul poate fi deteriorat (cazul fluidelor corozive etc.).

M`surarea nivelului

117

4.10.5. Radar cu [ntreruperea fasciculului

Aparatul const` dintr-un emi\`tor amplasat la nivelul urm`rit pe o parte a rezervorului ]i dintr-un receptor, amplasat la aceea]i [n`l\ime pe partea opus` a rezervorului (fig.4.36). In dreptul emi\`torului ]i receptorului, rezervorul are ferestre pentru microunde (din sticl`, ceramic` etc.). Se genereaz` un fascicol de microunde care este transmis c`tre receptor. Dac` rezervorul este gol, unda este transmis` prin aer sau vapori (cu constant` dielectric` mic`) ]i este recep\ionat` [n patea opus`. Dac` s-a dep`]it nivelul urm`rit, unda este par\ial reflectat`/absorbit` ]i se recep\ioneaz` cel mult un semnal foarte atenuat.

4.11. Nivelmetre sonice/ultrasonice


metod` indirect`: bazat` pe utilizarea undelor ultrasonice (cu frecven\e [ntre 20 – 200 kHz) sau sonice (cu frecven\e mai mici de 10 kHz)

utilizare: lichide (inclusiv corozive sau cu temperaturi mari), solide (sub form` de granule) ; lichidele/solidele trebuie s` reflecte bine undele utilizate

metod` cu sau f`r` contact tipul m`sur`torii: continu` sau punctual` indica\ia: local` sau la distan\`.


Principiul de m`sur` se bazeaz` pe proprietatea materialelor de a transmite/absorbi, reflecta/refracta undele sonice/ultrasonice.

Generator/ receptor microunde

fereastr` de transmisie Fig. 4.35 Radar prin reflexia fasciculului

(m`sur` punctual`)

unde reflectate

unde absorbite

unde transmise

Generator de unde

Receptor de unde

fereastr` de transmisie

Fig. 4.36 Radar prin [ntreruperea fasciculului (m`sur` punctual`)


4.11.1. Nivelmetru sonic/ultrasonic cu reflexie

Fig. 4.37 Nivelmetru sonic/ultrasonic


Dac` emi\`torul ]i receptorul sunt [n partea superioar` a rezervorului, se m`soar` [n`l\imea spa\iului de vapori, iar nivelul rezult` prin diferen\`. Dac` acestea sunt la baza rezervorului se m`soar` direct [n`l\imea fluidului. Amplasarea aparatul [n exterior are avantajul c` acesta nu intr` [n contact cu fluidul iar accesul pentru [ntre\inere este mai u]or, dar are dezavantajul c` semnalul este mai slab (atenuat de peretelele rezervorului).

4.11.2. Nivelmetru sonic/ultrasonic cu transmisie

Se utilizeaz` pentru verificarea punctual` a nivelului.

Fig. 4.39 Nivelmetru sonic/ultrasonic (m`sur` punctual`)

Emi\`torul transmite un semnal sonic sau ultrasonic c`tre un receptor aflat pe partea opus` a rezervorului, la [n`lţimea urm`rit` (fig.4.39). Dac` rezervorul este gol, semnalul este recep\ionat [n partea opus` a rezervorului. Dac` s-a dep`]it nivelul, semnalul sonor este par\ial reflectat ]i par\ial absorbit, astfel [nc@t se recep\ionneaz` cel mult un semnal foarte atenuat.

emi\`tor receptor

Un cristal piezoelectric amplasat [n partea superioar` a rezervorului (figura 4.37) trimite spre suprafa\a liber` a fluidului semnale sub form` de unde sonice sau ultrasonice cu frecven\` ]i vitez` constante. La interfa\a cu fluidul, undele sunt reflectate. Ecourile lor sunt receptate dup` un timp care este cu at@t mai scurt cu c@t nivelul este mai ridicat. Nivelul fluidului rezult` din timpul scurs de la emitere ]i p@n` la receptarea semnalului.

Amplasat (fig.4.38):

[n partea superioar` sau inferioar` a rezervorului [n exteriorul sau interiorul rezervorului cu emi\`torul ]i receptorul separat sau [mpreun`.

Fig. 4.38. Nivelmetru sonic/ultrasonic – variante

generator şi detector

unde sonore

M`surarea nivelului

119

4.12. Nivelmetre optice Caracteristici generale: metod` indirect`: bazat` pe utilizarea luminii din domeniul vizibil, a razelor

infraro]ii sau laser utilizare: lichide (inclusiv v@scoase), solide (sub form` de pudr` sau granule) metod` cu sau f`r` contact tipul m`sur`torii: punctual` indica\ia: local` sau la distan\`. Principiul de func\ionare: Principiul de func\ionare se bazeaz` pe proprietatea materialelor de a transmite, reflecta sau refracta lumina. 4.12.1. Nivelmetre optice cu transmisie

Observa\ie: este un nivelmetru cu contact. Pentru fluidele aderente, sursa ]i detectorul trebuie sp`late dup` fiecare atingere a nivelului critic. 4.12.2. Nivelmetre optice cu reflexie In partea superioar` a rezervorului se monteaz` o surs` de lumin` (LED) ]i un detector de lumin` (o fotocelul`) - fig. 4.41-a LED-ul transmite un fascicul de lumin` c`tre suprafa\a materialului: • c@nd fasciculul de lumin` ajunge la suprafa\a de separa\ie cu fluidul, se reflect` • fotocelula este amplasat` astfel [nc@t s` detecteze unda reflectat` numai atunci

c@nd se atinge un anumit nivel. Aparatul poate fi utilizat pentru m`surarea discontinu` a nivelului (prin utilizarea mai multor fotocelule calibrate diferit) – fig. 4.41-b

Surs` de

lumin`

Detector

La nivelul verificat se monteaz` o surs` de lumin` (LED). Pe peretele opus LED-ului se monteaz` un detector de lumin` (o fotocelul`) – fig 4.40. LED-ul transmite un fascicul de lumin` c`tre detector. Dac` [ntre led ]i detector se afl` vapori: lumina este transmis` ]i receptat` de detector. Dac` [ntre cele dou` se afl` materialul din proces: lumina este absorbit` ]i nu este receptat`.

Fig. 4.40 Nivelmetru optic cu transmisie


(a) m`sur` punctual` (b) m`sur` discontinu`

Fig. 4.41 Nivelmetru optic cu reflexie

4.12.3. Nivelmetre optice cu refrac\ie In dreptul nivelului verificat se monteaz` o surs` de lumin` (un LED) ]i un detector, ambele incluse [ntr-o prism` (fig. 4.42). LED-ul transmite un fascicul de lumin` c`tre suprafa\a materialului. Fasciculul de lumin` este reflectat sau refractat de prism`, [n func\ie de unghiul critic al materialului [n care se afl` aceasta: • dac` prisma se afl` deasupra, [n spa\iul de vapori: lumina se reflect` de pere\ii

prismei ]i este sesizat` de detector (raza incident` cade sub un unghi mai mare dec@t cel critic pentru interfa\a aer/ sticl` - de 42º).

Observa\ie:Nivelmetrul intr` [n contact cu mediul m`surat. De aceea, [n cazul fluidelor aderente, prisma trebuie sp`lat` dup` fiecare imersare. 4.13. Nivelmetre cu radia\ii radioactive Caracteristici generale: metod` indirect`: bazat` pe utilizarea radia\iilor radioactive utilizare: lichide (inclusiv corozive sau cu temperaturi mari), solide (sub form`

de pudr` sau granule) aflate [n rezervoare deschise sau [nchise metod` cu sau f`r` contact tipul m`sur`torii: continu` sau punctual` indica\ia: local` sau la distan\`.

LED Fotocelule

h1

h3

h1 h2 h3

h2

LED (sursa

de lumin`)

h

h1

Fotocelul` (detecteaz` lumina

reflectat`)

Fig. 4.42 Nivelmetru optic cu

refrac\ie

• dac` prisma se afl` [n fluid: lumina se refract` prin pere\ii prismei ]i nu mai ajunge la detector (raza incident` cade sub un unghi mai mic dec@t cel critic pentru interfa\a fluid/ sticl` - de 62º).

M`surarea nivelului

121

Principiul de m`sur`: Metoda se bazeaz` pe absorb\ia diferit` a radia\iilor radioactive de c`tre lichide ]i solide (pulberi sau granule).

Trebuie avute [n vedere cerin\ele normelor referitoare la protec\ia nuclear` (intensitatea maxim` a radia\ei pentru care nu este necesar` protec\ie este de 5 mr/h). Din punct de vedere al protec\iei nucleare Cesiu 137 are avantajul unei puteri mai mici, dar dezavantajul unui timp de [njum`t`\ire mai scurt (este necesar` [nlocuirea sursei dup` 5 ani). Cobalt 60 are o putere mai mare ]i un timp de [njum`t`\ire mai lung. De obicei, aparatele cu radia\ii radioactive se utilizeaz` numai atunci c@nd nu se pot aplica alte variante - pentru materiale lichide ]i solide periculoase (care au presiune ridicat`, sunt toxice, corozive sau explozive). Acestea au o utilizare din ce [n ce mai redus`, pe m`sur` ce se dezvolt` alte metode mai pu\in periculoase. 4.14. Nivelmetre termice

Caracteristici generale: metod` indirect`: bazat` pe m`surarea temperaturii utilizare: lichide (inclusiv v@scoase), solide (pudr` sau granule) ; lichidul/

solidul ]i mediul de deasupra trebuie s` aibe conductivit`\i termice diferite metod` cu contact tipul m`sur`torii: punctual` indica\ia: local` sau la distan\`.


Se detecteaz` varia\ia conductivit`\ii termice o dat` cu modificarea mediului [n care se afl` senzorul. Din acest motiv, se poate utiliza numai dac` materialul din proces ]i spa\iul de deasupra au conductivit`\i termice diferite.

De la baza rezervorului se emite un fascicol de radia\ii radioactive av@nd o intensitate constant` ]i cunoscut` (fig. 4.43). In partea superioar` se m`soar` intensitatea semnalului recep\ionat. Nivelul se ob\ine din diferen\a de intensitate a celor dou` semnale (transmis ]i recep\ionat). Substan\e radioactive utilizate: - CCeessiiuu 113377:: putere: 0.56 MeV ; timp de

[njum`t`\ire: 5 ani -- CCoobbaalltt 6600:: putere: 1.33 MeV ; timp de

[njum`t`\ire: 33 ani.

Fig. 4.43 Nivelmetru radioactiv

detector


4.14.1. Nivelmetru termic cu un senzor de temperatur` La nivelul verificat se introduce o termorezisten\` [nc`lzit` de la o surs` de c`ldur` constant` (figura 4.44 – a): • dac` senzorul se afl` [n spa\iul de vapori (cu conductivitate termic` redus`): se

m`soar` o temperatur` apropiat` de cea la care este [nc`lzit • dac` senzorul se afl` [n materialul din proces (cu conductivitate termic` mare):

fluidul absoarbe o parte din c`ldur`, deci se m`soar` o temperatur` mai sc`zut` Temperatura se m`soar` cu o punte Wheatstone (figura 4.44 –b)

(a) (b)

Fig. 4.44 Nivelmetru termic cu un senzor (m`sur` punctual`) 4.14.2. Nivelmetru termic cu doi senzori de temperatur` In dreptul nivelului verificat se monteaz` dou` termorezisten\e, dintre care una este [nc`lzit` (figura 4.45 – a): • dac` aparatul se afl` [n spa\iul de vapori (cu conductivitate termic` redus`): cei

doi senzori m`soar` temperaturi de valori diferite • dac` aparatul se afl` [n materialul din proces (cu conductivitate termic` mare):

cei doi senzori m`soar` temperaturi de valori apropiate. Temperatura se m`soar` cu o punte Wheatstone (figura 4.45 –b)

(a) (b)

Fig. 4.45 Nivelmetru termic cu doi senzori (m`sur` punctual`)

senzor

ne[nc`lzit

senzor [nc`lzit

element de [nc`lzire

senzor ne[nc`lzit

senzor [nc`lzit


la m`sur`

alimentare


senzor [nc`lzit

senzor [nc`lzit


la m`sur`

alimentare

M`surarea nivelului

123

4.15. Nivelmetre cu vibra\ii Caracteristici generale: metod` indirect`: bazat` pe m`surarea frecven\ei de vibra\ie a unei pl`cu\e utilizare: lichide (inclusiv v@scoase) ; solide (sub form` de pudr`) metod` cu contact tipul m`sur`torii: punctual` indica\ia: local` sau la distan\`.

Principiul de m`sur`: Se bazeaz` pe vibra\ia diferit` a unei pl`cu\e atunci c@nd se schimb` mediul [n care se afl`. In dreptul nivelului verificat se monteaz` o pl`cu\` care vibreaz` (figura 4.46): - dac` pl`cu\a se afl` deasupra nivelului verificat: vibreaz` la frecven\a imprimat` - dac` pl`cu\` se afl` sub nivelul verificat ([n materialul din proces): vibra\ia pl`cu\ei este atenuat`.

Fig. 4.46 Nivelmetru cu vibra\iii Observa\ie: Deoarece pl`cu\a intr` [n contact direct cu mediul m`surat, [n cazul fluidelor aderente, aceasta trebuie sp`lat` dup` fiecare imersare. Pentru a reduce aderen\a materialelor pe pl`cu\`, poate fi protejat` cu un strat de teflon.

detector vibra\ii

generator vibra\ii pl`cu\`

care vibreaz`

Cap 4 - Masurarea Nivelului

Documents

Transcript of Cap 4 - Masurarea Nivelului