Según la característica de medición:
Sensores de medición directa
Instrumentos basados en la presión hidrostática
Instrumentos basados en desplazamiento
Instrumentos basados en la emisión de rayos gamma
Sensores de ionización química
Transductores conductor - electrolítico
Transductores potencial – electrolítico Según el tipo de material sensado:
Líquidos
Sólidos
Según el tipo de medición:
De punto fijo
Instrumentación Industrial – Ramón Medina – 10.12.2007 Capítulo 6 – Página 54
Medición de Nivel de Líquidos
Para la medición de nivel de líquidos se emplean sensores de medición directa, basados en presión hidrostática, de desplazamiento, basados en propiedades eléctricas, por ultrasonido y radioactivos.
Sensores de Medición Directa Medidor de Sonda
El medidor de sonda consiste en una varilla o regla graduada de longitud conveniente para ser introducida en el tanque. La determinación del nivel se efectúa por lectura directa de la longitud mojada por el líquido. Otro sistema parecido es el medidor de cinta graduada y plomada siendo usada cuando la regla graduada tenga un difícil acceso al fondo del tanque.
Medidor de Nivel de Tubo de vidrio
Consiste en un tubo de vidrio graduado con sus extremos conectados al tanque, el cual se llena del líquido a ser medido siguiendo el principio de vasos comunicantes.
Figura 6.1- Sensor de Nivel de Tubo de Cristal De Flotante
Estos instrumentos se basan en la utilización de un flotador que va a estar sometido tanto a la fuerza de la gravedad y como a la de oposición del liquido. Un sistema flotante simple usa un brazo rígido que indica el nivel del líquido a través de ángulo, el cual puede ser medido por un transductor de posición (potenciómetro)
Instrumentación Industrial – Ramón Medina – 10.12.2007 Capítulo 6 – Página 55 Figura 6.2 – Sensor de Nivel basado en Flotante
Sensores basados en Presión Hidrostática Medidor Manométrico
El medidor manométrico mide la presión debida a la altura del líquido con respecto al eje del instrumento.
P h aparente (a) (b) P h
Figura 6.3 – Medidor de Presión Manométrica Medidor de Burbujeo
Emplea un tubo sumergido en el líquido a través del cual se hace burbujear aire. La presión del aire en la tubería equivale a la presión hidrostática ejercida por la columna de líquido (nivel del líquido). El manómetro puede colocarse a distancias de hasta 200 metros.
Instrumentación Industrial – Ramón Medina – 10.12.2007 Capítulo 6 – Página 56 Alimentación Tubo de cobre 1/4" OD Nivel Máximo Nivel Minimo Rotámetro con regulador caudal Extremo biselado a) Tanque abierto Al receptor Medición de nivel DPI b) Tanque cerrado Figura 6.4 – Medidor Tipo Burbujeo
Sensor Basado en Desplazamiento
Consisten en un flotador parcialmente sumergido en el líquido, conectado mediante un brazo a un tubo de torsión que está unido rígidamente al tanque. El tubo de torsión se caracteriza fundamentalmente porque el ángulo de rotación de su extremo libre es directamente proporcional a la fuerza aplicada. Esta fuerza está definida por el empuje (E) que ejerce el flotador hacia arriba según el principio de Arquímedes.
h s g
E
Donde E es el empuje
g es el peso específico del líquido
s es la sección del flotador
h es la altura sumergida del flotador
Sensores Basados en Propiedades Eléctricas Medidor de Nivel Conductivo
Consiste en uno o varios electrodos y un relé eléctrico o electrónico, que opera cuando el líquido toca los electrodos. La impedancia mínima es del orden de los 20 MW/cm y la tensión de alimentación es alterna para evitar la oxidación debido a la electrólisis; cuando el líquido toca los electrodos se cierra el circuito electrónico y circula una corriente segura del orden de los 2 mA. Típicamente el relé electrónico dispone de un sistema de retardo, que impide su disparo debido a ondulación en el nivel del líquido o ante cualquier
Instrumentación Industrial – Ramón Medina – 10.12.2007 Capítulo 6 – Página 57
perturbación momentánea. El instrumento se emplea como una alarma de control de nivel de alta o baja.
Figura 6.5 – Medidor de Nivel Conductivo Medidor Capacitivo
Mide la capacitancia del condensador formado por el electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque. La capacitancia del conjunto depende linealmente del nivel. En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y la capacitancia total del sistema se compone del fluido y de las conexiones superiores. En líquidos conductores, el electrodo está aislado usualmente con teflón, interviniendo capacitancias adicionales entre el material aislante y el electrodo.
Instrumentos Basados en Ultrasonido
Se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y el retorno del eco a un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque. Los sensores trabajan típicamente a una frecuencia de 20 KHz. Estas ondas atraviesan con cierto amortiguamiento o reflexión un medio de gases o vapores y se reflejan en la superficie del líquido.
Instrumentación Industrial – Ramón Medina – 10.12.2007 Capítulo 6 – Página 58 Figura 6.6 – Disposición de Detectores por Ultrasonido
En las aplicaciones de alarma, los sensores vibran a una frecuencia determinada, que se amortigua cuando son alcanzados por el líquido. En el caso de indicación continua, la fuente ultrasónica genera impulsos y determina el tiempo que le toma a la onda ir y regresar una vez haya rebotado contra la superficie del líquido.
Figura 6.7 – Sensor Ultrasónico
Sensores Basados en Emisión de Rayos Gamma
Consiste en un emisor de rayos gamma que se monta verticalmente a un lado del tanque y con un contador Geiger que transforma la radiación gamma recibida, en una señal eléctrica de corriente continua. Este sistema se emplea en tanques de difícil o peligroso acceso.