Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Level measurement plays a crucial role in a wide range of scientific and industrial
applications, such as agriculture, hydrology, soil science, oil, pharmaceutical and food
industries, among others. Due to the need of measuring level in different environments
and for different liquids, granulated solids or powder, several sensors have been proposed
to this end, for example, capacitive, infrared, hydrostatic, ultrasonic, radar, laser, optical,
displacer, among others, each having its pros and cons. In particular, displacer-type level
sensors are highly linear, precise and exact for a given working condition, in addition to
having low cost and being easily installed. However, these sensors estimate liquid level
indirectly by measuring the buoyancy forces on a displacer connected to a strain gauge,
which makes it highly sensitive to variations in liquid density. As a consequence, it is
also sensitive to variations in the liquid temperature, since the density is sensitive to
temperature. This makes displacer level sensors unfeasible in industrial applications that
do not keep such quantities in a range tight enough to ensure low measurement errors (e.g.,
oil, food and pharmaceutical industries). As a way to allow for the use of displacer-type
level sensors in industrial applications, it is proposed in this work and it was also built a
new displacer-type liquid level sensor self-compensating for liquid density. The proposed
method uses the ratio between the buoyancy forces measured by two displacers and two
load cells to make it density independent and, as a consequence, temperature invariant.
Such characteristic is observed in the simulations results. The prototype experimental
results show that the system has high linearity, it is able to mitigate the sensitivity to the
density of the measurand, and it has potential to make precise measurements. / A medição de nível desempenha um papel crucial em várias aplicações industriais
e científicas, tais como produção e refino do petróleo, agricultura, hidrologia, ciências do
solo, indústrias alimentícias, indústrias farmacêuticas, dentre outras. Devido à necessidade
de mensurar nível em ambientes distintos e para diferentes líquidos, sólidos granulados
ou pó, vários sensores de nível têm sido desenvolvidos, por exemplo, o sensor capacitivo,
infravermelho, hidrostático, ultrassônico, radar, laser, óptico, deslocador, dentre outros.
Cada um com suas vantagens e desvantagens. Em particular, o sensor de nível tipo deslocador
tem alta linearidade, precisão e exatidão, além de ser uma tecnologia de baixo custo
e instalação simples. Entretanto, esse tipo de sensor estima o nível indiretamente medindo
a força empuxo em um deslocador conectado a uma célula de carga, o que o torna muito
sensível a variações na densidade do líquido. Como consequência, o mesmo também é
sensível a variações na temperatura do líquido, pois a densidade é sensível à temperatura.
Isso inviabiliza a aplicação dessa tecnologia em atividades que a densidade ou a temperatura
do líquido não é mantida em uma faixa pequena de variação, como nas indústrias
farmacêuticas, alimentícias e petrolíferas. Para viabilizar a aplicação do sensor de nível
tipo deslocador em tais atividades, neste trabalho é proposto e construído um sensor de
nível tipo deslocador com autocompensação da densidade do líquido. O método proposto
usa a relação entre as forças de empuxo medidas por dois deslocadores e duas células de
carga para tornar o sensor idealmente insensível às variações na densidade do líquido e,
como consequência, insensível a variações na temperatura do líquido. Tal característica é
observada nos resultados por simulação. Os resultados dos experimentos realizados com o
protótipo mostram que o sistema tem alta linearidade, é capaz de mitigar a sensibilidade
à densidade do líquido e tem potencial para fazer medições precisas. / São Cristóvão, SE
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:ri.ufs.br:riufs/9568 |
| Date | 17 August 2018 |
| Creators | Souza, Matheus Oliveira |
| Contributors | Carvalho, Elyson Ádan Nunes, Canuto, Jânio Coutinho |
| Publisher | Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, UFS |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFS, instname:Universidade Federal de Sergipe, instacron:UFS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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