Sensores de Nivel: Ultrasónico - PAD

Sensores de Nivel: Ultrasónico
Señal ultrasónica: Señal u onda acústica de frecuencia sobre los 20 kHz
Necesitan un medio de propagación
Para la medición de nivel el medio de propagación es la atmósfera sobre el nivel
a ser medido
Sonido se propaga a una velocidad de 340 m/s en el aire
Vel. de propagación altamente dependiente de la T°, composición y presión de la
atmósfera sobre el nivel
En el vacío sonido no puede propagarse
d
=
c ⋅ t
2
d=distancia recorrida hasta sup. Reflectora
c=velocidad de la luz
Ida y vuelta

Sensores de Nivel: Radar
Generalmente funcionan en el rango de 20KHz a 45
kHz
Buen desempeño en superficies sin agitación
Sensibles a
vapores (sonido es absorbido)
polvo en suspensión
Presión y T°
Modelos compensados en T°, con filtros y
procesamiento electrónico por microprocesador
Más económicos que los de tipo de radar

Sensores de Nivel: Radar
Teoría
Una señal de microonda es transmitida via una
antena
La señal se refleja sobre la superficie del fluido
producto
Eco es recibido después de un intervalo de
tiempo t
La distancia de la capa reflectora (independiente
del método de radar usado) se mide a través del
tiempo t
P.ejm.: 6.7 ns app. Para recorrer ida y vuelta 1 m.

Sensores de Nivel: Radar
Ejemplo señales reflejadas en función de la distancia

Sensores de Nivel: Radar
Tipos
Sin guía de onda: Transmitida libremente al espacio abierto
Dependencia de constante dieléctrica del medio
Diferentes tipos de antena
Cuerno o bocina
Varilla
Plana
Parabólica
Con guía de onda: Señal es transmitida a través de una tubo que actúa como guía de onda
Independiente de constante dieléctrica

Sensores de Nivel: Radar
Métodos de operación de radar para la medición de nivel
Interferómetro:
Mide la distancia en relación a la diferencia de fase entre la señal transmitida y recibida
Señal de alta frecuencia, constante.
Pulso (time of flight method) => Método más utilizado en sensores de radar de contacto
Transmite la señal de radar en pulsos de corta duración
La distancia la mide de los tiempos de tránsito de los pulsos, a través de las señales reflejadas al receptor

Sensores de Nivel: Radar
Métodos de operación de radar para la medición de nivel
Método más utilizado en sensores de radar de espacio abierto
Onda continua de frecuencia modulada (CWFM: continuous wave frequency modulated)
Se envía continuamente una señal de frecuencia modulada
Generalmente en rampas lineales sucesivas
La distancia del objetivo se puede calcular de la señal recibida

Sensores de Nivel: Radar
Carácterísticas
Ángulo de apertura de la onda
Se define como el ángulo del cono en cuyo límite la densidad de potencia de la señal cae en la mitad
Señal se expande con un ángulo que es función de la frecuencia => choque con cuerpos en el zona del
ángulo
A mayor frecuencia menor ángulo
Zona ciega
Región inmediatamente inferior a la antena
No se puede medir distancia
Zona ciega
Angulo

Sensores Radar: No Contacto
Método no invasivo
Normalmente no influida por la atmósfera en que se transmite
Señal es transmitida por la antena al espacio abierto
Pueden requerir un sintonía fina y ajustes en terreno
La elección del tipo de antena debe ser cuidadosa respecto a la aplicación (a
mayor área de la antena, menor es el ángulo de propagación)
Cono: más utilizada, buen compromiso entre tamaño, y capacidad de transmisión,
recepción
Varilla: Puede funcionar en aplicaciones simples, donde existen restricciones de espacio
de instalación. Tienen el mayor ángulo de transmisión, lo cual limita su aplicabilidad.
Parabólicas y planas: Utilizada en aplicaciones de alta exactitud (fiscalización de
inventarios). Son más grandes. Comparativamente ofrecen el menor ángulo de dispersión,
disminuye problemas de rebotes adyacentes.
Problemas
Puede ser afectada por rebotes no deseados en estructuras adyacentes
Puede ser afectado en medición de sólidos de partículas grandes por múltiples rebotes
Cuidado con algunos tipos de vapores y espumas
Problemas en fluidos de baja constante dieléctrica: ε < 1.4
Fluido de baja ε se comporta transparente a la microonda
En la actualidad modelos sofisticados tanto en hardware como en software, que
permiten discriminar y reconocer rebotes múltiples debido a estructuras,
obstáculos, etc.

Sensores Radar: Contacto
Método invasivo
Se utiliza una guía física (a través de todo el largo de
medición) a través de la cual la onda
electromagnética de alta frecuencia se propaga .
Generalmente se utiliza cable coaxial, alambre o un
tubo
Minimiza los efectos de rebotes no deseados
Minimiza efectos de vapores y polvos
Pueden medir interfaces (cuidado con constante
dieléctrica)
Pueden ser afectados por fluidos con muy baja
constante dieléctrica
En estos casos se puede utilizar sistemas de doble
varilla

Sensores de Radar: Ejemplo Aplicación
Tratamiento y bombeo de agua (Radar espacio abierto)

Sensores de Radar: Ejemplo Aplicación
Tratamiento y bombeo de agua (cont.)
Otros rebotes
Señal de la superficie del agua

Sensores de Radar: Ejemplo Aplicación
Torre destilación (Radar de con guía de onda)

Sensores Capacitivos o RF
Mide la capacidad efectiva e entre un electrodo inmerso en el fluido, y una segunda
placa conductora
La segunda placa conductora puede ser la pared del estanque, u otro electrodo
La capacidad equivalente entre los electrodos es función de la cantidad de dieléctrico
entre ambos => depende del nivel
Se inyecta una señal de alta frecuencia, en el circuito capacitivo.
En función de la corriente y voltaje generado se mide la admitancia que es función de la
capacitancia

Sensores Capacitivos o RF
Relación nivelcapacidad:
En el caso de un liquido
conductivo ecuación se
simplifica a:

Sensores Capacitivos o RF
Parámetro más importante: Constante dieléctrica del fluido
A mayor diferencia entre la cte dieléctrica del fluido y del atmósfera sobre él, es mejor la
sensibilidad
Constante dieléctrica de un material puede variar con
T°, humedad, tamaño de partículas
Un tamaño grande de partículas deja mucho espacio abierto entre partículas
disminuyendo la capacidad.
Para disminuir efecto de variaciones de constante dieléctrica se puede mejorarla
longitud de electrodo de prueba
Cuidado con la compatibilidad del o los electrodos del sensor con el fluido
Alguno modelos incluyen compensación de T°

Sensores Capacitivos o RF

Sensores Electromecánico
•Peso se desliza, hasta entrar en
contacto con la superficie
•En ese momento se recoge
•Buena exactitud
•Fundamentalmente en sólidos
grandes

Estudien
Una buena tarea (sin
copia!!)
Suerte!!!
That’s all folks