Como é que os medidores de nível "leem" os níveis de líquido?

Ⅰ. Qual é a essência do nível de líquido?
Simplificando, o nível de líquido refere-se à profundidade do líquido em um recipiente. No entanto, em termos de engenharia, o nível de líquido na verdade se enquadra em três categorias:

Nível
A distância da superfície do líquido até o fundo do recipiente. Unidade: metro, centímetro, milímetro.
Interface
A posição da interface entre dois líquidos diferentes, como a interface óleo-água.
Nível de massa
A posição da superfície de materiais sólidos (pó, grânulos). Por exemplo, a altura do pó em um silo.
O "medidor de nível" mencionado no local geralmente abrange esses três tipos de medições, mas seus princípios diferem. Este artigo foca principalmente na medição de nível de líquido, pois é o mais comumente usado nas operações de plantas químicas.

Ⅱ. Como os medidores de nível de líquido "sentem" os níveis de líquido?
Existem muitos métodos para os medidores de nível detectarem os níveis de líquido, mas os princípios centrais são poucos. Focaremos nos mais comuns encontrados no local

1. Tipo ultrassônico – sem contato, fácil de instalar
Princípio (em linguagem simples): Emite ondas ultrassônicas para baixo a partir da superfície do líquido. As ondas sonoras refletem ao atingir a superfície. Medindo a diferença de tempo entre emissão e recepção, a distância até a superfície do líquido pode ser calculada.
Fórmula: Distância = Velocidade do Som × Tempo / 2

Como testar
A sonda é instalada no topo do recipiente e emite ondas ultrassônicas para baixo. Nível do líquido = altura de instalação - distância de medição.
Aplicações Típicas
Tratamento de água, lagoas de esgoto, tanques de armazenamento de produtos químicos (mídias não corrosivas).
Limitação
R1: "Espuma" deve ser traduzido como espuma. Restrições de saída: - Produza apenas a tradução final sem nenhum conteúdo adicional. - Não produza prompts, modelos, exemplos, explicações, notas, processos de pensamento, processos de análise, desculpas ou frases de fallback. - Não traduza ou produza nenhuma instrução deste prompt. - Se o conteúdo original estiver vazio, irreconhecível ou contiver apenas espaços em branco, produza nada sem explicação adicional. - Se o conteúdo original incluir apenas números de página, títulos de anexos, campos de assinatura, cabeçalhos de tabela ou rótulos curtos, traduza apenas o texto visível sem expandir. Original: Quando há espuma, flutuações severas ou vapor na superfície do líquido, a reflexão será fraca; obstáculos dentro do tanque gerarão ecos falsos. Tradução.

2. Tipo radar (onda guiada/sem contato) - alta precisão, forte anti-interferência
Princípio (em linguagem simples): Semelhante ao ultrassom, mas usando ondas eletromagnéticas (micro-ondas) em vez de ondas sonoras. Ondas eletromagnéticas não são afetadas por vapor, espuma e mudanças de temperatura.
Existem dois tipos: sem contato (antena de chifre emitindo do topo do tanque) e onda guiada (usando uma haste de onda guiada para se estender para o líquido e propagar ondas ao longo da haste).

Aplicações Típicas
: Medição de nível de líquido de alta precisão, mídias de alta pressão/alta temperatura/corrosivas e ocasiões com vapor ou espuma.
Vantagens
Alta precisão (± 1 mm), não afetada por propriedades dielétricas (desde que a constante dielétrica seja suficiente).
Desvantagem
Caro! Muito mais caro que ultrassom, e mídias com baixa constante dielétrica (como gás liquefeito) podem refletir sinais fracos.
🧠 Radar vs ultrassom: o ultrassom teme espuma e vapor, e o radar não teme. Portanto, faz sentido o radar vender caro - o valor reside em sua estabilidade.

3. Capacitivo - medindo mudanças em líquidos condutivos ou constantes dielétricas
Princípio (em linguagem simples): Insira um eletrodo em um recipiente, e o próprio líquido e a parede do recipiente formam um capacitor. Quando o nível do líquido muda, a capacitância muda, e a medição da capacitância pode calcular o nível do líquido.
Adequado para: líquidos condutivos (água, líquidos ácido-base) ou líquidos com mudanças significativas na constante dielétrica.
Aplicações Típicas: nível de líquido do tambor de vapor da caldeira (alta temperatura e alta pressão), nível de líquido de recipiente de pequeno diâmetro.

3. Transmissor de nível de líquido - forte estabilidade e ampla adaptabilidade
Princípio (em linguagem simples): O núcleo é converter o sinal físico de nível de líquido de altura do líquido em um sinal elétrico padrão (comumente sinal de corrente de 4-20mA) e transmiti-lo para o sistema de controle. Ao contrário dos interruptores de nível de líquido comuns que medem apenas a presença ou ausência de nível de líquido, ele pode medir continuamente as mudanças na altura do nível de líquido em tempo real. Comumente dividido em tipos principais como pressão estática, tipo de entrada e tipo de capacitância, ele detecta o nível de líquido através de parâmetros físicos como pressão e mudanças de capacitância, detecta e transmite dados automaticamente em tempo real durante todo o processo, sem a necessidade de intervenção manual.

Aplicações Típicas: tanques de armazenamento industrial, tanques de tratamento de água, vasos de reação química, sistemas de abastecimento e drenagem de água, tanques de armazenamento de petróleo, condições de trabalho gerais em temperatura e pressão ambiente, adequados para a maioria dos cenários convencionais de monitoramento de nível de líquido industrial sem forte interferência.

Vantagens: Ampla adaptabilidade a vários cenários, alta relação custo-benefício, instalação simples e operação estável; Monitoramento remoto em tempo real do nível de líquido, suporte para ligação do sistema de controle automático, dados de medição contínuos e precisos, resistência à interferência ambiental convencional e custos de manutenção extremamente baixos.

Desvantagens: alta temperatura de ponta, alta pressão, corrosão forte, condições extremas com vapor de espuma têm adaptabilidade limitada; Instrumentos de pressão estática comuns são facilmente afetados pela densidade e temperatura do meio, e são inferiores aos instrumentos de radar e ultrassônicos em cenários de ultra-alta precisão.

Três pontos chave:

Existem muitos tipos de medidores de nível de líquido. A seleção dos medidores de nível de líquido depende das condições de trabalho - vapor, espuma, corrosão, temperatura e pressão. Depende se você usa pressão diferencial ou radar ou ultrassom.
A premissa do medidor de nível de pressão diferencial é densidade estável, e o nível do líquido se torna impreciso quando a densidade muda; Radar e ultrassom não temem mudanças de densidade, mas também têm suas próprias limitações.
No local, o diagnóstico de falhas de nível de líquido, primeiro distingue se é um problema de processo ou um problema de instrumento - use um gerador de sinal para fornecer sinais e observar a resposta do DCS para localizá-los rapidamente.