diseño y construccion de un transmisor de nivel capacitivo

Realizar el diseño y construcción de un transmisor continuo de nivel para agua, mediante tecnología capacitiva, con indicador local. Estudie lo último en técnicas de medición continua de nivel de líquidos. Implementar el transmisor de nivel capacitivo con la señal de salida estandarizada de 4 a 20 mA e indicador local.

El transmisor de nivel capacitivo consta de dos partes: la primera parte consta de un sensor que es esencialmente un condensador variable y la segunda parte consta de los circuitos necesarios para recibir y procesar la señal proveniente del sensor. Con la implementación del transmisor de nivel capacitivo es posible medir el nivel de agua en un tanque con una altura máxima de 25 cm. Además, se genera una señal de corriente bajo el estándar de 4 a 20 mA, la cual es proporcional al nivel de agua existente en el tanque en cada momento. En la industria existe una gran variedad de tecnologías que tienen como objetivo medir la variable de nivel en líquidos y sólidos, incluida la tecnología capacitiva. El transmisor de nivel capacitivo es un instrumento de medida con funciones y características determinadas por el tipo de elemento a medir. .

En este proyecto se diseña e implementa un transmisor de nivel capacitivo cuyas funciones son registrar la altura del agua dentro de un tanque, la construcción física del transmisor está diseñada para medir un rango máximo de 20 centímetros de agua, demarcados de 5 centímetros a el fondo del tanque hasta los 25 centímetros de llenado máximo.

VARIABLE PRIMARIA NIVEL

• TIPOS DE MEDIDORES Y UNIDADES DE MEDICION
• APLICACIONES
• Medición de nivel de sólidos
• Medición de nivel de líquidos
• TECNOLOGIAS APLICADAS PARA LA MEDICION DE NIVEL EN
• Medidor de sonda y medidor de cinta métrica
• Medidores de nivel tipo flotador
• Medidor nivel de cristal
• Medidor de presión hidrostática
• Medidor manométrico
• Medidor de nivel tipo burbujeo
• Medidor conductivo
• Medidor de capacidad
• Medidor de Nivel Ultrasónico
• Medidor de Nivel de radiación
• Medidor de nivel láser
• Medidor de nivel de radar
• Medidor radar de onda guiada
• Medidor de diafragma
• Medidor de cono suspendido
• Medidor de varilla flexible
• Medidor de paletas rotativas
• Medidor de nivel de sondeo electromecánico
• Medidor de Nivel de Báscula
• Medidor de diapasón
• ANALISIS COMPARATIVO ENTRE LAS DIFERENTES

La segunda categoría son los medidores de nivel continuo, dentro de estos se encuentran: sonómetro electromecánico o de peso móvil, medidor de nivel de escala, medidor de nivel capacitivo, medidor de nivel de presión diferencial, medidor de nivel ultrasónico y medidor de nivel de radiación. Entre los medidores de nivel de líquidos existen tres categorías, la primera son los instrumentos de medición directa dentro de esta categoría: el medidor de sonda, el medidor de nivel de vidrio y los medidores de tipo flotante. La segunda categoría son los instrumentos que miden la utilización de la presión hidrostática dentro de estos instrumentos: el manómetro manométrico, el manómetro de membrana, el manómetro tipo burbuja y el manómetro diferencial tipo diafragma.

Y la tercera categoría son los instrumentos que aprovechan las características eléctricas del fluido como medidor de resistividad, medidor de conductancia, medidor capacitivo, medidor de radiación, medidor láser y medidor de radar. La cinta métrica, que se muestra en la Figura 1 b, se utiliza cuando a la regla de escala le resulta difícil acceder al fondo del tanque. Tal es el caso de la medición de metal fundido, donde la medición de nivel debe realizarse sin contacto con el líquido y a la mayor distancia posible.

El medidor de membrana tiene la ventaja de ser económico y funcionar bien con materiales de muy diferentes densidades[1]. El instrumento se utiliza en tanques abiertos como alarma de nivel alto y se utiliza para materiales como el carbón[2]. Estos dispositivos son adecuados en tanques abiertos o a baja presión (máximo 10 kg/cm2) y se utilizan preferentemente como detectores de nivel para materiales granulares y carbón.

MEDIDOR DE NIVEL CAPACITIVO

PRINCIPIOS DE OPERACIÓN (TIPOS)

CONSTRUCCION DEL MEDIDOR DE NIVEL CAPACITIVO

• Diseño e implementación del sensor
• Diseño e implementación del Transmisor e indicador de nivel…
• Caracterización del instrumento

Medición de capacitancia en el sensor: Los valores de capacitancia de la tabla 3 se midieron con una platija (figura 25) y los de la tabla 4 se calcularon teóricamente con la ecuación 5 (figura 26). La frecuencia de corte es aquella donde la amplitud de la señal entrante cae al 70,7% de su valor máximo, esto sucede cuando XC = R. Los datos obtenidos para encontrar la capacitancia mediante la ecuación 6 se muestran en la tabla 5.

Los resultados de la medición se muestran a continuación en las Figuras 28 y 29 para el valor más bajo y más alto de capacitancia, respectivamente. Los datos obtenidos para el cálculo de la capacitancia con la constante de tiempo de carga del capacitor se registran en la tabla 6. En la imagen anterior hay dos potenciómetros, el primero es R, a través del cual se puede cambiar la frecuencia de la señal, el segundo es R3, que permite configurar la amplitud de la señal.

Fase de diseño de adquisición de señal: El objetivo de esta fase fue encontrar un método que permitiera capturar el cambio de nivel del agua a través del voltaje en el sensor capacitivo, para ello se realizaron pruebas mediante tres métodos. Otro método utilizado fue el de los osciladores, cuyo objetivo era encontrar el valor del condensador y la variabilidad de su voltaje a través de la frecuencia de oscilación utilizando las ecuaciones apropiadas para cada oscilador. La medida de tensión mediante un filtro RC (Fig. 37) consiste en aplicar una señal sinusoidal a una resistencia conectada en serie con el sensor (un condensador cilíndrico previamente construido). Al cambiar el valor de C, el voltaje en la salida cambia o , que será proporcional al cambio de nivel.

Etapa de diseño de conversión alterna a directa: ver figura 38, en la etapa anterior es posible obtener un valor de voltaje correspondiente al cambio de. La conversión se realiza aplicando dos rectificadores de instrumento de media onda, uno para la parte positiva y otro para la parte negativa, luego se invierte la señal proveniente de la rectificación negativa y finalmente se suman los dos rectificadores para obtener una señal DC que luego se filtrado por un filtro RC de paso bajo. Fase de diseño del programa Matlab para interpolación: los datos de voltaje de salida de la fase anterior corresponden a la altura en centímetros (cm).

El diagrama de flujo del programa desarrollado en Matlab se muestra a continuación en la Figura 41. Fase de diseño del programa con microcontrolador (PIC 16F873A): El microcontrolador utilizado en la fase de procesamiento de señal fue el PIC 16F873A, se programaron cuatro procedimientos debido a la versatilidad de este dispositivo. El primero es la digitalización de la señal de salida del circuito mostrado en la Figura 38 con ayuda del módulo ADC (10 bits de resolución) del microcontrolador, el segundo es el cálculo del valor de nivel en base a la señal previamente digitalizada, por Para ello se debe tener en cuenta el procedimiento descrito en la etapa anterior (la etapa de interpolación en Matlab), y la tercera consiste en realizar una transformación proporcional de valores de nivel a valores de corriente en el rango de 4 a 20 mA, para ello se utiliza un conversor analógico a digital con salida de corriente (DAC 908 de Texas Instruments), en el cuarto y último proceso se implementa un algoritmo para controlar la pantalla alfanumérica, donde se muestra la información correspondiente al nivel. expresado en cm. y se muestra el porcentaje..

El procedimiento descrito en el párrafo anterior se muestra con más detalle en el diagrama de flujo que se muestra en la Figura 42.

MODULO DE PROCESO PARA LA MEDICION DE NIVEL

Diseño del tanque

Diseño del cabezal

Diseño de la fuente

Diseño de tarjetas (PCBs)

Para un funcionamiento óptimo del transmisor de nivel capacitivo, es necesario calibrarlo utilizando el trimmer de calibración, que se encuentra en la parte superior del cabezal. Las condiciones de calibración son las siguientes: primero se debe llenar el tanque a 25 cm, segundo se debe ajustar el cortador de calibración para que en la pantalla indicadora aparezcan los siguientes datos: voltaje en milivoltios 102,53, altura en cm 25 cm y porcentaje de nivel 100%. Mediante dos mediciones indirectas, la primera, medición de la frecuencia de corte en un filtro RC de paso bajo y la segunda, medición del tiempo de carga y descarga del capacitor, se verificó que los valores de capacitancia en el Los sensores son muy altos ya que se usa agua como material dieléctrico; si se usa aire como material dieléctrico, el valor de capacitancia en el capacitor es pequeño.

Al realizar la conversión de alterna a directa de la señal correspondiente a la tensión de salida en el sensor, no es posible utilizar un rectificador de onda completa (puente de diodos) porque la salida sería diferencial, ya que se necesita una única salida. cada media onda debe rectificarse y luego agregarse e invertirse para obtener una salida no diferencial. El sensor debe sumergirse 5 cm en agua, que se considera la zona de nivel muerto del sensor, donde tiene una capacitancia inicial de aprox. 185 uF. Ponga la bomba eléctrica ubicada en el lado derecho del tanque a velocidad media para evitar que salga agua antes de insertar el transmisor de nivel capacitivo.

Para un funcionamiento óptimo del transmisor de nivel capacitivo es necesario calibrarlo utilizando el trímero de calibración, que se encuentra en la parte superior del cabezal. La siguiente tabla de especificaciones del transmisor de nivel capacitivo se basa en el estándar ISA-S20-1981. El transmisor de nivel capacitivo es un instrumento destinado a medir el nivel del agua. El rango de medida es de 5 cm a 25 cm. Su función es indicar el cambio de nivel del agua a través del display y generar una corriente estandarizada de 4 mA a 20 mA DC, proporcional al cambio de nivel.

El elemento sensor del transmisor de nivel capacitivo, como su nombre indica, es un condensador cilíndrico que cambia su valor de capacitancia a medida que cambia el nivel del agua. Si quieres limpiar la superficie exterior de la fuente, primero debes quitar el polvo con un paño seco, luego puedes utilizar un paño húmedo y extenderlo por toda la superficie. Para quitar el polvo del interior de la fuente, puedes utilizar una pequeña aspiradora o una secadora; no es necesario retirar los componentes como en el caso anterior.

El transmisor de nivel capacitivo debe ubicarse en las bases del lado derecho del tanque. Tenga en cuenta que primero es necesario verificar que la bomba eléctrica del lado derecho del tanque esté funcionando a velocidad media y la bomba eléctrica del fondo. El lado izquierdo es la velocidad mínima. Conecte el cable de alimentación entre la salida DC de la fuente y la entrada DC del cabezal. Encienda el cabezal después de enchufar y encender la fuente y conectar el cable de alimentación entre la fuente y el cabezal.

La histéresis y la repetibilidad se encuentran tomando medidas de nivel al vaciar y llenar el tanque.

RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

ANEXOS (manual de fabricante)