Análisis en profundidad del principio de funcionamiento del indicador de nivel de flotador.

Principio de funcionamiento del sensor de nivel de flotador:

Sensor de nivel de flotador Utilizar el principio de Arquímedes para observar el nivel del líquido midiendo continuamente la carga sobre una varilla flotante sumergida en el líquido del proceso.

El desplazador tiene forma cilíndrica, una sección transversal continua y se fabrica con la longitud deseada. Su altura habitual oscila entre catorce y ciento veinte pulgadas.

A medida que aumenta el nivel, la varilla del flotador se ve sometida a una mayor flotabilidad, lo que hace que el instrumento de detección parezca más ligero, y el instrumento de detección interpreta la pérdida de peso como un aumento del nivel y transmite una señal O/P proporcional.

A medida que disminuye el nivel, la fuerza de flotación sobre la varilla de desplazamiento disminuye con el correspondiente aumento de peso, lo que se interpreta como que el detector de nivel está bajando el nivel y, a continuación, proporcionando una señal de salida proporcional.

A continuación se muestra una instalación típica de un detector de nivel de flotador:

Si bien los principios básicos de funcionamiento se han descrito para un nivel superior al del práctico sensor de nivel de flotador, la estructura está diseñada para lograr un objetivo de medición específico mediante circuitos electrónicos complejos.

En este tipo de sensores de nivel de flotador, el flotador está conectado a un resorte que restringe el movimiento con cada incremento de flotabilidad (es decir, cambio de nivel).

Se utiliza un transmisor que incorpora un transformador diferencial variable lineal (LVDT) para monitorizar el aumento y la disminución de la barra de desplazamiento a medida que cambia el nivel. Posteriormente, un sistema electrónico complejo procesa la señal de voltaje del LVDT y la convierte en una señal de salida de 4-20 mA.

Principio de Arquímedes aplicado a los desplazadores

Según el principio de Arquímedes, la fuerza de flotación sobre un objeto sumergido suele ser igual a la carga ejercida sobre el volumen de fluido desplazado por el objeto.

Supongamos que en un sensor de nivel de flotador magnético Tenemos una varilla flotante cilíndrica con densidad ρ, radio r, longitud L y densidad del fluido del método У. Durante la instalación, la longitud de la varilla desplazadora es proporcional al nivel medido:

El volumen de la barra de desplazamiento, V = πr2L

El sensor de nivel del desplazador que se muestra en la figura está montado sobre el recipiente, y una vez que el recipiente está lleno, la varilla del desplazador está completamente sumergida en el fluido del método, por lo que el volumen de fluido del método descargado es V = πr²L. Una vez que el recipiente está vacío o en su nivel más bajo, el volumen de fluido del método descargado V = cero.

Por lo tanto:

La fuerza de flotación sobre la varilla del flotador cuando el buque está lleno viene dada por la siguiente ecuación:

Flotabilidad = peso del fluido descargado

= πr²LУg (g = aceleración de la gravedad)

Peso real del desplazador = πr²Lρg

Una vez que el recipiente está lleno, el peso neto del desplazador, detectado por el LVDT, el transmisor y la electrónica asociada, es:

= πr2Lρg - πr2LУg = πr2Lg(ρ-У) = Vg(ρ-У)

De lo anterior se puede observar que el peso neto detectado por el LVDT es proporcional a la diferencia de densidad entre la varilla desplazadora (ρ) y el fluido del método (У).

Por lo tanto, la densidad relativa de la varilla de desplazamiento debe ser menor que la densidad del nivel medido y se debe forzar que se indique la gravedad específica del fluido.

Las densidades relativas típicas de los líquidos oscilan entre 0,25 y 1,5, independientemente del sensor de nivel por desplazamiento utilizado. Cabe mencionar también que el rango del indicador de nivel por desplazamiento depende únicamente de la longitud (L) de la varilla del sensor especificada para cada aplicación.

Cuando el recipiente está vacío o el nivel está en su punto más bajo,

Flotabilidad en el flotador = 0

Por lo tanto, el LVDT detecta un peso de = πr2Lρg

El LVDT registra una señal de voltaje al nivel mínimo del recipiente y emite la señal correspondiente. La longitud del desplazador se determina por el rango de trabajo nominal, la densidad del fluido, la presión y la temperatura. Los diámetros y las unidades de peso-área calculados de fábrica garantizan un funcionamiento correcto y proporcionan una salida precisa de 4-20 mA.