Merenje nivoa

Savremena merenja i regulacija-osnovni kurs 

Merenje nivoa 

Uvod 

N 

ivo je visina tečnog ili usitnjenog (sipkastog, praškastog) materijala u 

posudi. Nivo radnog medija je tehnološki parametar, pa je informacija o 

njemu neophodna za kontrolu rada tehnoloških aparata, a u nizu slučajeva i 

za upravljanje tehnoIoškim procesima. 

Osnovni pojmovi i veličine u merenju nivoa 

U suštini, nivo predstavlja graničnu površinu između dve sredine različite 

gustine u odnosu na neku horizontalnu površinu uzetu kao referentnu. 

Granična površina je obično između tečne i gasne faze, a ređe između dve 

tečne faze (Slika 1.). Senzori za merenje nivoa nazivaju se nivometrima. 

Gasna 

faza 

Tečna 

faza 

Referent 

na površ 

3.1 

Sipkasti 

materijal 

(a) (b) 

Slika1. Nivo: a-tečnosti, b-usitnjenog materijala 

Jedinica nivoa. Iz definicije nivoa proizilazi da je merenje nivoa, zapravo, 

merenje rastojanja, odnosno debljine. Shodno tome, nivo se izražava u 

jedinicama dužine. 

Merenje nivoa usitnjenog materijala, kao što je ugalj, brašno, žito, cement i 

drugo, sa tehničkog aspekta značajno se razlikuje od merenja nivoa tečnosti 

jer nivo takvih materijala najčešće nije horizontalan (Slika 1.). Za tačno 

merenje neophodno je poznavanje načina kretanja materijala, veličine i 

oblika zrna, načina punjenja i pražnjenja, kao i oblika rezervoara.


Merenje količine (zapremine) tečnog i usitnjenog materijala u rezervoaru 

vrši se na osnovu informacija o nivou. Zbog promenljivog poprečnog preseka 

rezervoara zapremina je data integralnom jednačinom 

V 

= 

h 

∫ 

0 

S( 

h) 

dh 

Promena poprečnog preseka zavisno od nivoa S(h) poznata je za dati 

rezervoar. Digitalni nivometar sa algoritmom, pored informacije o tekućoj 

vrednosti nivoa, daje i informaciju o zapremini materijala u rezervoaru. 

Opseg. Prema veličini opsega, razlikuju se nivometri širokog opsega (0.5 -25 

m), namenjeni pretežno za merenje količine i nivometri sa uskim opsegom 

(od 0 do ±100 mm, odnosno od 0 do ±450 mm), koji se primenjuju u 

sistemima automatskog upravljanja. 

Metode merenja nivoa mogu se podeliti u dve grupe. 

U prvu grupu spadaju metode detekcije nivoa; 

U drugu grupu spadaju kontinualne metode merenja. 

Detektori nivoa markiraju kritične vrednosti nivoa, kao što su minimalna ili 

maksimalna vrednost. Senzori koji rade na ovom principu služe za 

signalizaciju alarma (prepunjen ili prazan rezervoar): 

Plovne kruške, 

Konduktivni detektori, 

Detektori nivoa na principu plovka ili ronila, 

Vibracione viljuške, 

Vibracione šipke. 

Izbor kontinualnih metoda praćenja nivoa zavisi od vrste medija, od toga da li 

je rezervoar otvoren ili zatvoren, te od toga da Ii je zatvoreni rezervoar pod 

natpritiskom ili potpritiskom. U zavisnosti od ovih karakteristika, postoji veliki 

broj različitih metoda u tehnici merenja nivoa. U automatizaciji tehnoloških 

procesa za kontinualno merenje nivoa najviše se upotrebljavaju: 

Hidrostatski senzori, 

Senzori na principu plovka, 

Kapacitivni senzori, 

Otpornički senzori nivoa, 

Ultrazvučni senzori. 

3.2


Plovne kruške 

Princip rada plovnih kruški 

P 

lovak plovne kruške je loptastog oblika, prečnika 80 -120 mm. Pluta na 

površini tečnosti čiji se nivo meri. Različit položaj plovka utiče na kretanje 

magnetne kuglice u plovku, čije granične položaje registruje read relej. 

Praktična realizacija plovnih kruški 

Plovne kruške su u potpunosti hermetički zatvorene i izrađene su od 

netoksičnih materijala (za detekciju položaja plovka se više ne primenjuje 

živa nego magnetna kuglica i read relej), tako da imaju veliku primenu u 

merenju nivoa pijaće vode. 

Teg 

Slika 2. Plovna kruška 

Način ugradnje plovnih kruški 

Ugradnja je vrlo jednostavna i vrši se samo polaganjem plovka na površinu 

tečnosti čiji nivo se meri. Podešavanje histerezisa uključenja/isključenja vrši 

se regulisanjem rastojanja između tega i plovka plovne kruške, pri čemu ono 

ne može biti manje od 150 mm (Slika 2.). 

Praktična primena plovnih kruški je pri detekciji nivoa od pijaće vode do 

kanalizacije, zaštita pumpi od rada na suvo kao i kontrola rada pumpi pri 

procesu punjenja odnosno pražnjenja rezervoara. Plovne kruške imaju 

mogućnost direktne kontrole pumpi snage do 1.1KW. 

(a) Kontrola pražnjenja (b) Zaštita pumpe (c) Kontrola punjenja 

Slika 3. Praktična primena plovne kruške 

3.3 

Plovak


Na Slici 3b. prikazan je primer instalacije plovne kruške u cilju zaštite rada 

pumpe na suvo. Plovna kruška registruje opadanje nivoa tečnosti ispod 

kritične vrednosti i isključuje pumpu. U slučaju kontrole pražnjenja (Slika 3a) 

plovna kruška registruje minimalan nivo i isključuje ventil pražnjenja. Pri 

kontroli punjenja plovna kruška registruje maksimalan nivo i isključuje rad 

pumpe (Slika 3c.) 

3.4


Konduktivni detektori nivoa 

Princip rada konduktivnih detektora nivoa 

K 

onduktivni detektor nivoa baziran je na principu detekcije provodnosti. 

Naime, detektuje se provodnost između dva ili više provodnika zaronjena 

u tečnost. Sa obzirom na sam princip rada mogu se primenjivati samo kod 

tečnosti sa minimalnom provodnošću od 2x10 -5 S/cm. 

Praktična realizacija konduktivnih detektora nivoa 

Izrađuju se u dve verzije: 

kompaktna izvedba sa dva nezavisna prekidača (Slika 4a.) i 

sa odvojenom sondom i kontrolerom sa prekidačima (Slika 4b.). 

(a) (b) 

Slika 4. Senzori nivoa sa plovkom 

Svi potopljeni delovi izrađeni su od nerđajućeg čelika. Konduktivni detektori 

nivoa se izrađuju u verzijama sa graničnim ili diferencijalnim prekidačima. 

Način ugradnje konduktivnih detektora nivoa 

Pri procesu ugradnje konduktivnih detektora nivoa potrebno je obratiti pažnju 

na provodnost zida rezervoara tečnosti čiji nivo se detektuje. U slučaju 

konduktivnih detektora kod rezervoara sa provodnim zidom, jedna sonda se 

kratko spaja sa zidom rezervoara. Kod rezervoara sa neprovodnim zidom 

obe sonde se zaranjaju u tečnost čiji se nivo detektuje (Slika 5.). 

E1 E3 E1 E3 E1 E3 E1 E3 

nizak nivo visok nivo 

3.5 

nizak nivo visok nivo 

Slika 5. Ugradnja konduktivnih detektora nivoa


Detektori nivoa na principu plovka 

Princip rada detektora nivoa sa plovkom 

P 

lovak je loptastog oblika, prečnika 80 -200 mm. Pliva na površini tečnosti 

čiji se nivo meri. Mehaničkom vezom položaj plovka prenosi se na 

kazaljku ili senzor ugaonog pomeraja (read relej). 

Praktična realizacija detektora nivoa sa plovkom 

Plovak je smešten uz zid rezervoara ili u posebnoj komori sa spoljašnje 

strane rezervoara (Slika 6.). Minimalni opseg za ove senzore je od 0 do ±10 

mm, maksimalni od 0 do ±200 mm, a tipična tačnost je ±1.5% merenog 

opsega. 

Slika 6. Senzori nivoa sa plovkom 

Za veće opsege na plovak se privezuje protivteg. Konstrukcioni parametri 

plovka proračunavaju se tako da se obezbedi ravnotežno stanje na 

određenoj dubini 

F = Fp – Sh1ρtg 

gde su F i Fp težine protivtega i plovka [N], S površina poprečnog preseka 

plovka [m 2 ], h1 dubina do koje je potopljen plovak [m], ρt gustina tečnosti čiji 

se nivo meri [kg/m 3 ]. Sa porastom nivoa tečnosti u rezervoaru na plovak 

deluje dodatna sila uzgona, pa se protivteg kreće naniže sve dok se ponovo 

ne uspostavi ravnotežno stanje, definisano uronjenošću plovka na dubinu h1. 

3.6


Ova dubina određuje ujedno i minimalnu vrednost merenog nivoa. 

Karakteristično je za senzore nivoa sa plovkom da se pomeranje plovka 

pretvara u linearni ili ugaoni pomeraj. Ovaj pomeraj pretvara se u električni 

signal, najčešće pomoću potenciometarskog, kapacitivnog senzora ili read 

releja. Svi potopljeni delovi izrađeni su od nerđajućeg čelika. 

Detektori nivoa sa plovkom koji imaju mogućnost detekcije više nivoa 

nazivaju se višepoložajni detektori sa plovkom. Kretanje plovka duž 

šipke, posredstvom magneta koji se nalazi u plovku, 

aktivira/deaktivira read releje. 

Način ugradnje detektora sa plovkom 

Postoje izvedbe detektora sa plovkom za montažu sa strane ili od 

gore. U oba slučaja postoji mogućnost fiksnog ili podesivog histerezisa, pri 

čemu je potrebno voditi računa o minimalnom 

histerezisu koji u slučaju detektora sa 

plovkom mora da postoji. Pričvršćivanje 

detektora sa plovkom je moguće primenom kvadratnih, 

standardnih prirubnica ili 2’ navoja. 

Detektori sa plovkom imaju veliku primenu u elektranama, 

hemijskoj i petrohemijskoj industriji. Takođe postoji posebna 

izvedba za ugradnju u rezervoare za balans na brodovima. 

3.7


Detektori nivoa na principu ronila 

Princip rada detektora nivoa sa ronilom 

D 

etektori nivoa sa ronilom rade na principu sile uzgona, tj. Arhimedovog 

zakona. Ronilo je obično štap cilindričnog oblika i na gornjem kraju 

pričvrćeno je za senzor sile. 

Praktična realizacija detektora nivoa sa ronilom 

Ronilo je napravljeno od materijala gustine ρ, koja je veća nego što je gustina 

tečnosti ρt, ima dužinu L približno jednaku mernom opsegu (Slika 7.). 

H 

Senzor 

sile 

Fg 

Fu 

F 

3.8 

L 

Izlaz 

h0 

Slika 7. Senzor nivoa sa ronilom 

Zbog sile uzgona Fu, težina ronila Fg se smanjuje, pa senzor sile 

detektuje 

F=Fg-Fu = ρgSL—ρtgS(h—ho). 

odakle proizilazi da je mereni nivo proporcionalan sili F: 

h = ρL/ρt+h0-F/ρtgS=k1-k2F. 

Negativni predznak koeficijenta k2 ukazuje da prilikom porasta nivoa dolazi


do smanjivanja detektovane sile F i obrnuto. Maksimalna vrednost sile F je 

pri h=h0 i tada je F=k1/k2=Fg. Da ronilo ne bi dodirivalo dno, h0>0. 

Prenos informacije o nivou na daljinu 

Karakteristično je za senzore nivoa sa ronilom da se nivo 

pretvara u silu, koja se meri odgovarajućim senzorom sile: 

induktivnim, kapacitivnim ili pijezoelektričnim. Merni opseg 

senzora nivoa sa ronilom u kombinaciji sa senzorom sile je 

od 0 – 0.02 m do 0 - 16 m (tipična klasa tačnosti je ±1.5%). 

Njihova primena moguća je za radne medije na 

temperaturi od -40 o C do 400 o C i na pritisku do 16 MPa. 

3.9


Vibracione viljuške i šipke 

Princip rada vibracionih viljuški i šipki 

S 

padaju u grupu najjednostavnijih senzora merenja nivoa. Vibracione 

viljuške i šipke rade na principu praćenja promene rezonantnih 

karakteristika senzora. 

Praktična realizacija vibracionih viljuški i šipki 

Vibracija viljuške ili šipke dovodi do komešanja medija čiji se nivo 

meri. Očitavanjem rezonantnih karakterisitika viljuške dolazi se do 

informacije da li je viljuška zaronjena ili ne. Izrađene su bez 

pokretnih delova, sa mogućnošću samoprečišćavanja u gotovo 

svim sredinama. Postoji mogućnost podešavanja trenutka 

aktiviranja, pri maksimalnom ili minimalnom nivou. Sonde su 

izrađene od nerđajućeg čelika, pri čemu u slučaju vibracionih šipki 

postoji mogućnost čvrstog ili savitljivog produžetka do 20 m, a 

kod vibracionih viljuški postoji samo čvrsti produžetak do 3 m. 

Način ugradnje vibracionih viljuški i šipki 

Na Slici 8. prikazan je primer instalacija vibracionih viljušaka u proizvoljnom 

tehnološkom pogonu. Moguće ih je primenjivati kod većine tečnosti 

maksimalne viskoznosti 10000 mm 2 /s, kao i kod korozivnih, gustih 

turbulentnih tečnosti. Takođe ih je moguće primenjivati i kod detektovanja 

nivoa praškastih i sitnozrnastih materijala minimalne gustine 0.05 kg/dm 3 . 

Slika 8. Primer instalacija vibracionih viljušaka 

3.10


Pri postupku ugrađivanja vibracionih viljuški kod tečnosti potrebno je obratiti 

pažnju da rezonantna viljuška bude dovoljno uronjena u tečnost, kao i da 

procep u viljušci bude tako postavljen da obezbeđuje nesmetan protok 

tečnosti (Slika 9.). 

Slika 9. Pravila pri ugradnji vibracionih viljuški kod tečnosti 

Kada se mere praškasti i sitnozrnasti materijali, vibracione viljuške se ne 

ugrađuju u delovima rezervoara gde zaostaje materijal (Slika 10.). 

Slika 10. Pravila pri ugradnji vibracionih viljuški kod praškastih materijala 

Vibracione šipke se primenjuju kod gotovo svih zrnastih i praškastih 

materijala sa minimalnom specifičnom težinom od 0.05 kg/dm 3 , pre svega 

kod žita, brašna, cementa, pepela itd. 

3.11 

x>5mm


Hidrostatski senzori nivoa 

Princip rada hidrostatskih senzora nivoa 

P 

rincip rada ovih senzora zasniva se na primeni Paskalovog zakona, 

pomoću kojeg se izračunava vrednost pritiska p u mirnom i homogenom 

fluidu gustine ρ, na dubini h: 

p = ρgh. 

Praktična realizacija hidrostatskih senzora nivoa 

Postoje tri tipa hidrostatskih senzora. Prvi tip izrađuje se kao senzor 

relativnog pritiska koji meri pritisak stuba tečnosti na dnu rezervoara (Slika 

11a.). Drugi tip se pravi kao senzor diferencijalnog pritiska, što je pogodno za 

zatvorene rezervoare, kod kojih se iznad tečne faze nalazi gasna faza pod 

pritiskom (Slika 11b.), mada može biti izveden i u varijanti merenja 

diferencijalnog pritiska između stuba tečnosti u rezervoaru i atmosferskog 

pritiska. Kod trećeg tipa hidrostatskog senzora ubacuje se vazduh pod 

pritiskom. Kada se pritisak vazduha izjednači sa hidrostatskim pritiskom, na 

dnu rezervoara izlaze mehurići. Višak vazduha odlazi u okolinu, a vazduh u 

povratnom impulsnom vodu ima pritisak proporcionalan merenom nivou. Na 

kraju voda postavljen je senzor relativnog pritiska (Slika 11c.). Pneumatski 

tip senzora za zatvoreni rezervoar ima i treći, tzv. kompenzacioni vod i 

diferencijalni senzor pritiska. 

(a) 

P/I 

∆P/I 

(b) (c) 

Slika 11. Hidrostatski senzori 

Drugi tip hidrostatskih senzora nivoa (Slika 11b.) izvodi se najčešće u dve 

varijante: 

hidrostatičko utopni senzor nivoa i 

hidrostatički senzor nivoa. 

3.12 

P/I 

Izvor vazduha


Hidrostatičko utopni senzor nivoa je konstruisan pre svega zbog 

potrebe merenja nivoa u cevima i rezervoarima malog prečnika. 

Kućište senzora je izrađeno od nerđajućeg čelika, pri čemu je opseg 

merenja do 200 m dubine tečnosti. Atmosferski pritisak se 

kapilarnom cevčicom dovodi do samog senzora. Diferencijalni 

pritisak se meri između pritiska tečnosti u rezervoaru i atmosferskog 

pritisaka iz kapilarne cevčice. 

Konstrukcijska razlika između hidrostatičko 

utopnog i hidrostatičkog senzora je pre svega u 

tome što se hidrostatički utapa u potpunosti u 

tečnost čiji nivo se meri, dok se hidrostatički senzor 

nivoa ugrađuje na rezervoar tečnosti čiji nivo se meri. 

Diferencijalni pritisak se meri između pritiska tečnosti u rezervoaru i 

atmosferskog pritiska na keramičkoj membrani hidrostatičkog senzora sa 

spoljašnje strane rezervoara. 

Osobine hidrostatskih senzora su jednostavnost načina rada, nepostojanje 

pokretnih delova kao kod senzora sa ronilom ili plovkom, te mogućnost 

primene za otvorene i zatvorene rezervoare sa zapaljivim ili hemijski 

agresivnim tečnostima. Tipični opsezi su od 0 -10 m do 0-200 m, tačnost ± 

0.15 –1.5% za puni opseg, odnosno ±0.4 - 0.4% za 25%-tnu promenu 

opsega merenog nivoa. Dužina impulsnih vodova je do 300 m. 

Način ugradnje hidrostatičkih senzora 

Hidrostatičko utopni senzori nivoa se primenjuju pre svega kod merenja 

nivoa u cevima ili rezervoarima malog prečnika. 

Hidrostatički senzori se primenjuju za merenje nivoa većine fluida u 

rezervoarima i tankovima, kod hemikalija sa gustim isparenjima ili gasom 

iznad površine, kod penušavih tečnosti, viskoznih ili korozivnih maretijala. Na 

Slici 12. prikazan je primer instalacije hidrostatičkih senzora nivoa. 

Slika 12. Primer ugradnje hidrostatičkih senzora 

3.13


Senzori na principu plovka 

Princip rada senzora nivoa sa plovkom 

P 

lovak je valjkastog oblika, prečnika 80 -200 mm, postavljen da klizi po 

fiksnoj sondi. Promenom nivoa tečnosti menja se i položaj plovka na 

fiksiranoj sondi. Promena položaja plovka se registuje na različite načine. 

Tačnost senzora zavisi od načina registracije položaja plovka. 

Praktična realizacija senzora nivoa sa plovkom 

U zavisnosti od načina registrovanja položaja plovka na fiksiranoj sondi 

razlikujemo dva osnova tipa senzora: 

Senzori nivoa kod kojih kretanje plovka utiče na promenu 

otpornosti kontrolnog provodnika u fiksiranoj sondi. U plovku se 

nalazi magnet čije kretanje duž fiksirane sonde registruju read 

releji raspoređeni unutar sonde i menjaju otpornost kontrolnog 

provodnika. Svi potopni delovi su izrađeni od nerđajućeg čelika. 

Rezolucija ovih senzora je 5 mm, pri čemu se dimenzije sonde 

kreću do 3 m. Primenjuju se kod tečnosti minimalne gustine 0.5 

kg/dm 3 , kao i kod zapaljivih i penušavih tečnosti. 

Senzori nivoa kod kojih kretanje plovka utiče na promenu 

rezonantnih karakteristika unutar fiksirane sonde. Ovakve senzore 

nazivamo magnetostriktivnim senzorima nivoa. Svi potopljeni delovi su 

izrađeni od nerđajućeg čelika, pri čemu je maksimalna dužina sonde 3.7 

m. Rezolucija magnetostriktivnog senzora je 1 mm. Primenjuju se kod 

tečnosti minimalne gustine 0.5 kg/dm 3 , kao i kod zapaljivih, penušavih 

tečnosti i hemikalija. 

Način ugradnje senzora nivoa sa plovkom 

Senzori nivoa sa plovkom ugrađuju se kod normalnih i zapaljivih tečnosti gde 

se ne mogu primeniti kapacitivni i ultrazvučni senzori zbog gustih isparenja i 

pena. 

3.14


Kapacitivni senzori nivoa 

Princip rada kapacitivnih senzora nivoa 

P 

rave se kao pločasti ili cilindrični kondenzatori, između kojih se nalazi 

tečnost čiji se nivo meri. Tečnost može biti provodna ili neprovodna. 

Neprovodne tečnosti imaju specifičnu provodnost manju od 10 -6 S/cm 2 . 

Praktična realizacija kapacitivnih senzora nivoa 

Metalne elektrode kapacitivne sonde fiksirane su pomoću 

zaptivača od izolatorskog materijala i potopljene u tečnost do 

visine h, a ostatak prostora između elektroda H-h ispunjen je gasnom 

fazom (Slika 13.). Sonda je najčešće cilindrična (koaksijalna), pri 

čemu kao vanjska elektroda može da posluži i zid rezervoara. Za 

neprovodne tečnosti, kao što su nafta i njeni derivati, otpor R između 

elektroda je beskonačan, pa je ekvivalentni kapacitet 

C0 = C1+C2+C3, 

gde su: C1 kapacitet između elektroda na segmentu gde je između njih 

izolator, C3 kapacitet između elektroda u tečnoj fazi i C2 kapacitet u gasnoj 

fazi. Na osnovu relacije za kapacitet cilindričnog kondenzatora, dobija se da 

je ekvivalentni kapacitet linearno proporcionalan sa merenim nivoom h: 

C 

e 

= C 

1 

2πε 

2 ( ) 

0ε 

h πε 0ε 

g H − h 

t + + 

= k 

D 

D 

ln( ) ln( ) 

d 

d 

3.15 

1 

+ k h. 

U proračunima statičke karakteristike kapacitivnog senzora za neprovodne 

tečnosti uzima se da je C1 konstanta i da je dielektrična konstanta εg gasa ili 

pare približno jednaka jedinici. 

2


εg 

εt 

d 

Ce 

D 

(a) 

C1 

C2 

C3 

R 

Slika 13. Kapacitivni senzori nivoa 

Za merenje nivoa provodnih tečnosti, tj. tečnosti sa specifičnom provodnošću 

većom od 10 -4 S/cm 2 , unutrašnja elektroda presvučena je slojem kvalitetnog 

čvrstog izolacionog materijala, obično plastikom ili teflonom (Slika 13b.). 

Zbog izolacije, otpor tečnosti nema uticaja na merenje i takva sonda 

primenljiva je i za provodne i neprovodne tečnosti. Ekvivalentni kapacitet 

proporcionalan je merenom nivou 

C2C2 

C3C3 

Ce = C1 

+ + = k3 

+ k4h 

' 

' 

C + C C + C 

2 

' 

2 

Praktični problemi nastaju kada se na oblogu unutrašnje elektrode natalože 

provodljive nečistoće. Sa opadanjem nivoa, vlažni deo elektrode spaja se na 

masu, pa izlaz postaje proporcionalan ne aktuelnoj, već staroj vrednosti 

nivoa. Uzemljenje može da se ostvari i zbog prodora vodene pare na mestu 

gde je priključen kabl ili zbog kondenzacije. 

Tačnost kapacitivnih senzora je ±0.5 –2.5%, opseg im je od 0 – 0.4 m do 0 - 

20 m, mogućnost primene u radnom mediju na temperaturi do 300 o C i 

pritisku do 10 kPa. Poželjno je da sonda ima što veću promenu kapaciteta na 

mernom opsegu, a obično je ∆C>10 pF. Kao što se vidi iz jednačina, 

kapacitet izolatora (zaptivača) i kapacitet priključnih vodova smanjuju 

osetljivost. Kao mera dobre konstrukcije senzora uzima se da odnos između 

maksimalne promene kapaciteta sonde ∆C i kapaciteta C0 kada je rezervoar 

prazan bude 0.25


veća promena kapaciteta pri malim promenama nivoa. Ako su elektrode blizu 

jedna drugoj, senzor radi u prekidačkom režimu. Ovakvi signalizatori nivoa 

rade sa tačnošću od ±10 mm. Za kontinualno praćenje pomeranja kontaktne 

površine, tj. nivoa, jedna elektroda je fiksirana u horizontalnom položaju, a 

druga elektroda je materijal čiji se nivo meri. Pri tome materijal mora biti 

provodan, a takvim se mogu smatrati svi materijali koji imaju sadržaj vlage 

veći od 15%. 

Dobre osobine kapacitivnih senzora su: jednostavnost konstrukcije, nemaju 

pokretnih delova, otporni su na koroziju, a loše osobine su zavisnost tačnosti 

od promena koje utiču na dielektričnu konstantu materijala i pojava provodne 

obloge na sondi. Na kraju treba istaći da su kapacitivni senzori nivoa skuplji 

od ranije razmotrenih. 

Način ugradnje kapacitivnih senzora 

Pri ugradnji kapacitivnih senzora potrebno je pre svega obratiti pažnju na 

mesto postavljanja senzora. Naime, senzor ne sme biti izložen mehaničkim 

udarima. Uzastopne vibracije senzora mogu dovesti do greške pri merenju. 

Na Slici 14. prikazan je primer ugradnje kapacitivnih senzora. 

Slika 14. Primer ugradnje kapacitivnih senzora 

3.17


Otpornički senzori nivoa 

Princip rada otporničkih senzora nivoa 

O 

tpornički senzori nivoa rade na principu promene otpornosti provodnika 

sa promenom njegovih dimenzija. 

Praktična realizacija otporničkog senzora nivoa 

Sastoje se od zategnute metalne trake i otporničke žice (Slika 15.). Ispod 

površine provodne tečnosti ili sipkastog materijala, traka i žica su u kratkom 

spoju. 

Metalna traka 

3.18 

Izolator 

Otpornik 

Slika 15. Otpornički senzor nivoa 

Otpor u petlji iznad površine proporcionalan je merenom nivou 

R = ( H − h) 

A 

ρ 

gde su A poprečni presek otpornika i ρ specifični otpor materijala od kojeg je 

napravljen otpornik. 

Za neprovodne tečnosti upotrebljava se isti senzor, pri čemu su traka i 

otpornik obavijeni elastičnom folijom, koja služi kao dobra izolacija od 

hemijske agresije tečnosti, ali i kao membrana koja detektuje hidrostatski 

pritisak. Membrana se projektuje tako da bude osetljiva na mali bočni 

pritisak. Čim je pritisak veći od 100 Pa, traka i otpornik su u kratkom spoju. 

Otpor u petlji iznad površine proporcionalan je merenom nivou. Pritisak za 

aktiviranje membrane određuje se prema njenim karakteristikama i vrsti 

tečnosti. Na primer: za vodu iznosi oko 100 Pa -a za tečnost sa manjom 

gustinom do nekoliko stotina paskala. Praktično to znači da do kratkog spoja


neće doći na samoj površini, već na dubini koja odgovara pritisku za 

aktiviranje membrane. Sistematska greška koja se time čini lako se otklanja u 

mernoj šemi za očitanje nivoa. 

Otpornički senzori primenjuju se za nivoe do 60 m. Njihova tačnost je ±20 - 

100 mm. To su jednostavni i relativno jeftini senzori. Najbolji rezultati ovim 

senzorima postižu se u kontinualnom merenju nivoa suvih granulastih 

materijala u silosima. 

Prethodno navedeni otpornički senzor nivoa obezbeđuje kontinualno 

praćenje promene nivoa. Otpornički senzori mogu takođe biti realizovani u 

vidu signalizatora krajnjih vrednosti nivoa, maksimalnog ili minimalnog. 

3.19


Ultrazvučni senzori nivoa 

Princip rada ultrazvučnih senzora nivoa 

O 

dbijanje zvučnih, ultrazvučnih i mikrotalasnih zračenja od razdelne 

površine između dva fluida efikasno se primenjuje u tehnici merenja 

nivoa. Nivo je proporcionalan vremenu T za koje talas pređe od izvora do 

prijemnika zračenja (Slika 16a.): 

ν 

h = T 

2 

gde je ν brzina zvučnih talasa u mernom mediju. 

Praktična realizacija ultrazvučnih senzora nivoa 

Kao izvor ultrazvuka uzima se kvarcni ili keramički pijezoelement, koji se 

pobuđuje električnim impulsima frekvencije oko 30 KHz (Slika 16a.). Vreme 

prelaza impulsa u mernom kanalu je: 

2h 

T 

1 = 

Vreme odbijanja impulsa od razdelne površine medija čiji se nivo meri 

proporcionalno je rastojanju razdelne površine od senzora (Slika 17.). 

Ultrazvučnim senzorom moguće je meriti i udaljenost razdelne površine 

između dva fluida koji se ne mešaju (Slika 16b.). 

(a) 

Ulrazvučni 

predajnik/ 

prijemnik 

3.20 

ν 

(b) 

Slika 16. Ultrazvučni senzori nivoa


Amplituda 

impulsa 

Slika 17. Veza vremena prostiranja impulsa i rastojanja senzora od razdelne površine 

Na slabljenje impulsa tokom prostiranja utiče više faktora (Slika 18.). 

11. . Snaga emitovanog ultrazvučnog 

signala 

22. . Gubitak snage usled vlaženja 

33. . Snaga ultrazvučnog signala na 

razdelnoj površini 

44. . Gubitak snage usled upijanja od 

strane razdelne površine 

55. . Snaga ultrazvučnog signala 

reflektovanog o razdelnu površinu 

66. . Gubitak snage usled vlaženja 

77. . Snaga ultrazvučnog signala na 

prijemniku senzora 

Slika 18. Slabljenje ultrazvučnog impulsa tokom prostiranja 

Osnovne odlike ultrazvučnih senzora su: tipični opseg od 0.6 do 70 m, 

tačnost ±0.1%, napon napajanja 24 V, 110 V, 220 V frekvencije 50 do 60 Hz, 

ili 24 V jednosmerne struje, te mogućnost rada pri temperaturi od -30 do +75 

o C i pritisku od 0.03 do 0.3 MPa. Za pravilan rad ultrazvučnog senzora 

neophodna je mirna površina i odsustvo lažnih refleksa sa bočnih zidova ili 

sa gornjeg zida rezervoara. 

3.21 

Emitovani 

impuls 

Primljeni 

impulsa 

Vremenska 

osa 

2 

4 

1 7 

6 

3 

5


Način ugradnje ultrazvučnih senzora 

Pri ugradnji ultrazvučnih senzora kod tečnosti i sitnozrnastih materijala 

potrebno je obraditi pažnju da senzor registruje nivo najmirnijeg dela 

razdelne površine, kao i pravilno usmeravanje ultrazvučnog snopa (Slika 

19.). 

Slika 19. Položaj ultrazvučnih senzora pri ugradnji 

Ultrazvučni senzori nivoa mogu se primeniti i za merenje protoka na 

otvorenom kanalu, pri čemu se profil kanala mora precizno definisati (Slika 

20.). 

Slika 20. Merenje protoka na otvorenom kanalu 

3.22

Merenje nivoa

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?