Quais são os tipos mais comuns de métodos de detecção de nível e como eles se diferenciam?

Os sensores de nível de líquidos estão no mercado há muitos anos, usados em setores industriais como alimentos e bebidas, industrial, médico, impressão, agricultura, automotivo e em produtos de linha branca para detecção de vazamentos ou medição de nível. Mas o que são sensores de nível? Neste blogue, analisamos os principais tipos de sensores de nível de líquido, por vezes referidos como interruptores de nível de líquido, o que são e como diferem.  

O que são sensores de nível de líquido?

Os sensores de nível de líquido são dispositivos utilizados para medir o nível ou a altura de um líquido ou fluido num recipiente. Podem ser utilizados para medir o nível de água num tanque, óleo ou combustíveis num recipiente de armazenamento, ou líquido num recipiente de processo químico. Existem vários tipos de sensores de nível de líquido, que podem ser utilizados para medir o nível de um líquido de diferentes formas. Estes sensores, ou interruptores de nível, podem ser utilizados para controlar e monitorizar o nível de líquido num sistema e podem também ser utilizados para accionar alarmes ou válvulas de corte em caso de nível de líquido alto ou baixo.

Tipos de métodos de detecção de nível de líquido

Por que é que os clientes escolhem uma tecnologia em vez de outra? Às vezes, os fabricantes de equipamentos podem ficar surpresos com a variedade e a inteligência das alternativas de detecção de nível no mercado. Existem vários tipos de métodos de detecção de nível, alguns dos mais comuns incluem:

Sensores de nível ópticos São sensores de nível de ponto único que utilizam uma fonte de luz e um detector para monitorizar o nível de um líquido.

Prós - Compacto, sem partes móveis, alta pressão e capacidade de temperatura, tamanho em miniatura, pode detectar pequenas quantidades de líquidos, ampla gama de opções de compatibilidade de fluidos. Opções de perfil pequeno para uso em tanques de agitação.

Cons - Invasivo, pois o sensor requer contato com o líquido, requer energia, certas substâncias espessas podem causar revestimento no prisma.

Aplicações - medição do nível do tanque, proteção contra secagem e derramamento excessivo, aplicações de detecção de vazamento indicando a presença ou ausência de um líquido.

Existem muitos termos técnicos utilizados para descrever este tipo de tecnologia de detecção de nível, incluindo prisma óptico, electro-óptico, óptico de ponto único e interruptor de nível óptico. Para este efeito, utilizaremos o termo interruptor de nível óptico. O funcionamento do interruptor é muito simples. Um LED e um fototransístor encontram-se no interior da caixa do sensor. Quando a ponta do sensor está no ar, a luz infravermelha dentro da ponta do sensor é reflectida para o detector. Quando em líquido, o líquido infravermelho é refractado para fora da ponta do sensor, fazendo com que menos energia chegue ao detector. Sendo um dispositivo de estado sólido, estes interruptores compactos são ideais para uma vasta gama de aplicações de detecção de nível pontual, especialmente quando a fiabilidade é essencial. Os interruptores ópticos de nível de líquido são adequados para a detecção de nível alto, baixo ou intermédio em praticamente qualquer tamanho de tanque. Também são adequados para a detecção de fugas, evitando danos dispendiosos. A luz refletida, como em um pequeno tanque reflexivo, tanques espelhados, bolhas, leite ou fluidos de revestimento, pode muitas vezes causar problemas com leituras atrasadas.

Leia mais sobre os sensores de nível óptico e para que são utilizados.

Sensores de Nível Vibratório (Garfos Sintonizadores) Estes são sensores de contacto e utilizam um elemento vibratório que muda de frequência à medida que o nível do líquido se altera.

Prós - Compacto, económico.

Cons - Invasivo, o número de usos é limitado.

Aplicações - controlo de nível de líquidos, pós e sólidos de grão fino nas indústrias mineira, de processamento químico e de alimentos e bebidas.

A tecnologia de sensores vibratórios é perfeita para o controlo do nível de sólidos e líquidos, incluindo materiais pegajosos e espuma, bem como pós e sólidos de grão fino. No entanto, os tipos de aplicações que podem usar garfos de ajuste são limitados a aplicações do tipo 'overfill' ou 'run-dry' e não fornecem medição contínua do processo. Eles podem ser usados em conjunto com sistemas de detecção de nível contínuo, atuando como pontos de alarme para excesso de enchimento e vazamentos.

Sensores de Nível Ultrassónicos São sensores sem contacto que utilizam ondas ultra-sónicas para medir a distância à superfície de um líquido.

Prós - Sem partes móveis, compacto, confiável, não afetado pelas propriedades da mídia.

Cons - caro, invasivo, o desempenho pode ser afetado por vários elementos no ambiente. Zona morta típica perto do sensor.

Aplicações - Aplicações sem contacto com sólidos altamente viscosos e a granel. Utilizado em sistemas que requerem monitorização remota.

Os sensores ultra-sónicos funcionam medindo os níveis através do cálculo da duração e da força das ondas sonoras de alta frequência que são reflectidas na superfície do líquido e voltam para o sensor - o tempo necessário é relativo à distância entre o sensor e o líquido. O período de tempo que o sensor demora a reagir é afectado por vários elementos na atmosfera acima do meio, tais como turbulência, espuma, temperatura, etc. É por isso que a posição de montagem é crítica nestes dispositivos.

Interruptor de bóia Estes sensores de contacto medem o nível de um líquido utilizando um flutuador que sobe e desce.

Prós - Não alimentado, indicação direta, relativamente barato, várias saídas.

Cons - Invasivo, peças móveis, tamanho grande, uma quantidade substancial de líquido deve estar presente antes que o flutuador faça contato. Não pode ser usado onde os líquidos estão em movimento (sloshing).

Aplicações - Aplicações de nível de tanque onde água, óleo, fluidos hidráulicos e produtos químicos estão sendo usados.

Os interruptores flutuantes de nível de líquido são uma das tecnologias mais económicas, mas também bem comprovadas, para a detecção do nível de água. Inclui um íman dentro de um flutuador e um interruptor magnético reed contido dentro de uma caixa segura. O flutuador move-se com a alteração do líquido e fará com que o interruptor reed abra ou feche, dependendo se está no ar ou no líquido. Geralmente, há uma variedade de opções de montagem, sendo as mais comuns a montagem horizontal / lateral e a montagem vertical, dependendo do projeto e da construção do tanque ou recipiente.

Sensores de nível de capacitância Estes sensores utilizam a alteração da capacitância entre dois eléctrodos para medir o nível de um líquido.

Prós - Estado sólido, pode ser não-invasivo, compacto, preciso, pode fornecer medições de nível variável.

Cons - Pode exigir calibração, só pode ser usado em certos líquidos.

Aplicações - Monitoramento do nível do tanque nas indústrias química, alimentícia, de tratamento de água, energia e cervejaria.

Os sensores de nível de capacitância funcionam com uma variedade de sólidos, líquidos e materiais mistos. Eles também estão disponíveis em configureções de contacto e sem contacto, o que significa que algumas versões podem ser anexadas fora do recipiente ou tanque. Ao seleccionar um dispositivo, é importante saber que nem todos os sensores de capacitância funcionam com todos os tipos de materiais ou depósitos. Além disso, o sensor tem de ser calibrado para o material específico para compensar as constantes dieléctricas variáveis e as diferenças na concepção do depósito. Uma vez que este tipo de tecnologia se baseia no contacto, a fiabilidade destes sensores pode ser fortemente influenciada pela aderência de fluidos à sonda.

Sensores de nível por radar Um sensor de nível de radar é um tipo de sensor sem contacto que utiliza a tecnologia de radar para medir o nível de um líquido num recipiente ou vaso.

Prós - muito preciso, sem necessidade de calibração, múltiplas opções de saída.

Cons - caro, pode ser afetado pelo ambiente, alcance de detecção limitado.

Aplicações - Ambientes húmidos, vaporosos e poeirentos. Eles também são usados em sistemas nos quais as temperaturas variam.

Ele funciona emitindo um sinal de microondas e medindo o tempo que leva para o sinal ser refletido para o sensor. O tempo que o sinal leva para retornar é usado para calcular a distância até a superfície do líquido, que é então usada para determinar o nível do líquido. Em princípio, o radar funciona de forma semelhante ao ultra-som, a fiabilidade e a repetibilidade podem ser afectadas - mas desta vez pela constante dieléctrica do fluido. No entanto, o radar pode fornecer informações de nível muito precisas e compensar as estruturas fixas dentro do contentor. Esses sensores estão entre as poucas tecnologias que funcionam bem em espuma e substâncias pegajosas.

Sensores de nível de condutividade São sensores de contacto e utilizam a condutividade eléctrica de um líquido para medir o seu nível.

Prós - Sem partes móveis, fácil de usar, baixo custo.

Cons - Invasivo, os líquidos precisam ser condutores, erosão da sonda.

Aplicações - Medição de nível de tanque para água de caldeira, monitoramento de reagentes, líquidos altamente corrosivos.

Os sensores condutivos são utilizados para a detecção de nível pontual de líquidos condutores, como água e líquidos altamente corrosivos. Uma sonda longa transmite uma baixa tensão, uma segunda sonda mais curta é cortada para que a ponta esteja no ponto de comutação. No líquido, a corrente flui através de ambas as sondas para activar o interruptor. Uma das vantagens destes dispositivos é o facto de serem seguros devido às suas baixas tensões e correntes. Eles também são fáceis de usar e instalar, mas verificações regulares de manutenção devem ser realizadas para garantir que não haja acúmulo na sonda, caso contrário, ela não funcionará corretamente.

Como é que os métodos de detecção de nível diferem?

A principal diferença entre estes sensores é a forma como detectam o nível de um líquido. Alguns sensores, como os ultra-sónicos e os de radar, são sem contacto, o que significa que não têm qualquer contacto físico com o líquido que está a ser medido. Outros, como os ópticos, os interruptores de nível de flutuação e os sensores de nível de condutividade, são sensores de contacto e têm uma ligação física com o líquido. Cada método tem as suas próprias vantagens e desvantagens, e o método mais adequado dependerá da aplicação específica e das características do material a ser medido.

A evolução da tecnologia de detecção de nível significou que os processos que normalmente envolvem equipamentos caros podem agora ser alcançados usando tecnologias criativas, inovadoras e inteligentes que são rentáveis, fiáveis, robustas, altamente precisas e simples de instalar. Fluidos que historicamente têm sido extremamente difíceis de detectar, como sabão contendo bolhas / espuma, leite e substâncias pegajosas, como cola e tinta, estão agora provando ser possíveis e mais fáceis de detectar com a variedade de tecnologias de detecção de nível disponíveis.

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