Traductoare pentru măsurarea nivelului

Nivelul unui lichid sau nivelul de interfaţă dintre două lichide nemiscibile poate fi determinat prin urmărirea suprafeţei de separaţie dintre faze, prin măsurarea presiunii hidrostatice, exercitate de coloana de lichid sau prin metode indirecte.

Traductoare bazate pe urmărirea nivelului

Acestea pot fi de tipul cu plutitor și de tipul cu imersor. Cele cu plutitor pot măsura nivele până la 20 m, pe când cele cu imersor pot măsura nivele până la 2-3 m.

Traductoare cu plutitor

Acestea măsoară nivelul prin intermediul unui plutitor care se deplasează odată cu suprafața de separatie dintre faze (lichid-vapori/aer sau lichid-lichid) și transmite în afara vasului poziția sa prin diverse mijloace: articulații, pârghii, angrenaje ș.a. În fig. 1.a este prezentat un traductor cu plutitor pentru o variaţie relativ mică a nivelului, iar în fig.1.b un traductor pentru măsurarea nivelului în rezervoare înalte.

a. b.

Fig. 1

Principala problemă a acestor traductoare o constituie transmiterea în afară a poziţiei plutitorului fără frecări, cu asigurarea etanşietăţii mediului din vas. În acest scop, se preferă transformarea deplăsării liniare a plutitorului în mişcare unghiulară, care poate fi transmisă în afară cu frecări minime.

1.2 Traductoare cu imersor

Spre deosebire de plutitor, adâncimea de scufundare a imersorului este variabilă, iar poziţia sa este determinată de echilibrul dintre greutatea proprie, forţa arhimedică şi reacţiunea din elementul de suspensie. În cele mai multe cazuri, ca element de suspensie se foloseşte un braţ solidar cu un tub de torsiune, care serveşte şi ca element de transmitere în afara vasului a poziţiei imersorului, deci a nivelului, fără a fi nevoie de elemente de etanşare (figura 2). Unghiul de torsiune Δα al capătului interior al tubului de torsiune constituie o măsură a cuplului reactiv de torsiune şi, implicit, o măsură a nivelului din interior.

Fig. 2

Când nivelul se află sub cota h0, toată greutatea imersorului este echilibrată de reacţiunea din tubul de torsiune pe baza relaţiei:

G=(C∙α_M)/r (1)

unde α_M este unghiul maxim de torsiune, C este o constantă de rigiditate a tubului de torsiune, iar r este braţul cuplului. Când nivelul depăşeşte cota h0, imersorul se deplasează în sus pe inălţimea h1 şi, în acelaşi timp, se scufundă în lichid pe adâncimea h2, astfel încât greutatea să fie echilibrată de reacţiunea din tubul de torsiune şi de forţa arhimedică. În condiţii de echilibru static avem:

G-ρSh_2=C/r (α_M-∆α)=C/r(α_M-h_1/r) (2)

unde ρ este masa specifică a lichidului, iar S este secţiunea transversală a imersorului. Din ultimile două relaţii obţinem o relaţie între deplasarea h2 a imersorului şi adâncimea de scufundare a acestuia: