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9 1 - Nivel (2)

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Medição de Nível
Medição de Nível
Fonte: Simone Massulini Acosta
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Medição de Nível
DEFINIÇÃO
DEFINIR A ALTURA DE UM CONTEÚDO DE UM
RESERVATÓRIO QUE PODE SER LÍQUIDO OU
SÓLIDO
Tipos:
• DIRETA
• INDIRETA
• DESCONTÍNUA
• SÓLIDOS
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DE NÍVEL DIRETA
Referência em relação à posição do plano superior da
substância medida.
Podemos utilizar:
- Réguas ou gabaritos
- Visores de nível
- Bóia ou flutuador
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DIRETA
RÉGUA OU GABARITO
Régua graduada introduzida dentro do reservatório a ser medido.
Nível pela leitura direta do comprimento molhado na régua pelo líquido.
Ex: Óleo automotivo.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DIRETA
VISORES DE NÍVEL DE VIDRO
Princípio dos vasos comunicantes.
Nível é observado por um visor de vidro especial
Pode haver uma escala graduada acompanhando o visor.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DIRETA
VISORES DE NÍVEL
Outro tipo de visor que é muito utilizado é o
visor de vidro tubular instalado externamente com válvulas de
bloqueio na parede do tanque.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DIRETA
VISORES DE NÍVEL TIPO REFLEX
Instalado em vasos pressurizados.
Não podemos ver a cor do líquido.
• Ar ou gás: luz ambiente refletida.
• Líquido na parte interna: a luz não é refletida.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DIRETA
VISORES DE NÍVEL TIPO REFLEX
Instalação:
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DIRETA
VISORES DE NÍVEL TIPO REFLEX
Instalação em alta pressão:
Vapor entre a vidro e a lâmpada: visores avermelhados
Água entre o vidro e a lâmpada: visores esverdeados
VAPOR
ÁGUA
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DIRETA
VISORES DE NÍVEL COM PALHETAS METÁLICAS
Possui uma bóia magnética que faz com que as palhetas se movam à
medida que o nível sobe, mostrando a parte colorida das palhetas
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DIRETA
VISORES DE NÍVEL COM PALHETAS METÁLICAS
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DIRETA
BÓIA OU FLUTUADOR
Bóia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso, onde
está fixo um ponteiro que indicará o nível em uma escala.
Encontrada em tanques fechados não pressurizados.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DIRETA
BÓIA OU FLUTUADOR
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DIRETA
BÓIA OU FLUTUADOR
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DE NÍVEL INDIRETA
Neste tipo de medição são usadas propriedades físicas
ao nível como:
• Pressão
• Empuxo
• Radiação
• Propriedades elétricas
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA
Usamos a pressão exercida pela altura da coluna líquida, para medirmos
indiretamente o nível.
P = h x dr
Onde:
P = Pressão em mm H2O ou polegada H2O,
h = nível em mm ou em polegada,
dr = densidade relativa do líquido em relação à água na temperatura ambiente.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA
SUPRESSÃO DE ZERO (pressão na câmera de alta)
Transmissor é instalado abaixo do tanque:
- Facilitar o acesso
- Falta de plataforma fixadora em torno de um tanque
Uma coluna líquida se formará dentro da tomada de impulso e o
transmissor indicará um nível superior ao real.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA
SUPRESSÃO DE ZERO
SUPRESSÃO
DE ZERO
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA
SUPRESSÃO DE ZERO (pressão na câmera de alta)
Exemplo: Cálculo de pressão para este tipo de montagem.
•
Quando o nível estiver
em 0%:
P0% = h . d
P0% = 1000 . 1,2
P0% = 1200 mmH2O
•
Quando o nível estiver
em 100%:
P100% = h . d
P100% = (2000 + 1000) . 1,2
P100% = 3000 . 1,2
P100% = 3600 mmH2O
Range: 1200 a 3600 mmH2O
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA
ELEVAÇÃO DE ZERO – camera de baixa pressao com coluna liquida
Utilizada em tanques fechados e
pressurizados.
A pressão “H” é a soma da pressão da
superfície do líquido e a pressão da
coluna de líquido no fundo do
reservatório. A pressão “L” é conectada
na parte de cima do tanque.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA
ELEVAÇÃO DE ZERO
ELEVAÇÃO
DE ZERO
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C1
Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
CA1
MEDIÇÃO POR PRESSÃO HIDROSTÁTICA
ELEVAÇÃO DE ZERO – camera de baixa pressao com coluna liquida
Exercícios: Determine o pedido.
a) Range do instrumento: ________________mmH2O
b) Saída do instrumento quando o P FOR = 0 mmH2O : _____ psi
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Slide 22
C1
-10000 a 10000
9 psi
Carlos Eduardo Ferrante do Amaral, 9/15/2011
CA1
-10000 a 10000
9 psi
Carlos Amaral, 9/30/2011
Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO COM BORBULHADOR
Um tubo é inserido no líquido em um vaso.
Para que o ar consiga escapar pela extremidade inferior do tubo será
necessário uma pressão de ar igual ou maior à coluna líquida existente no
vaso.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO COM BORBULHADOR
Necessitamos de uma pressão do ar ou gás ligeiramente superior à máxima
pressão hidrostática exercida pelo líquido (normalmente 20% a mais). Ajustamos a
vazão de ar ou gás até que se observe a formação de bolhas em pequenas
quantidades.
Na tubulação pela qual fluirá o ar ou gás, instalamos um indicador de pressão que
indicará um valor equivalente a pressão devido ao peso da coluna líquida.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO COM BORBULHADOR
- Usado em tanques submerso ou torres de resfriamento
- Afastamento de 1 polegada do fundo
- Terminação do tubo em 45 graus
-½ polegada
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR EMPUXO
Princípio de Arquimedes
“Todo o corpo mergulhado em um fluido sofre a ação de uma força
vertical dirigida de baixo para cima igual ao peso do volume do
fluido deslocado.”
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR EMPUXO
E = Vd . 
e
Pa = W – E
Onde:
E= empuxo
V= volume deslocado
= densidade ou peso específico
do líquido
Pap= Peso aparente
W= Peso real do flutuador
E= força de empuxo
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR EMPUXO
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR EMPUXO
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR EMPUXO
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR EMPUXO
INTERFACE ENTRE 2 LÍQUIDOS:
Consideremos dois líquidos com pesos específicos diferentes 1 e 2.
O empuxo será dado por: Et = E1 + E2
onde: E1 = V1 . 1 e E2 = V2 . 2
Assim para diferentes valores de altura de interface, teremos diferentes variações
de empuxo.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR EMPUXO
Exemplo: Separadores trifásicos
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RAIOS GAMA
Isentos do contato com os produtos que estão sendo medidos.
Manutenção sem a interferência no processo.
Indicação e controle de materiais de manuseio extremamente
difíceis e corrosivos, abrasivos, muito quentes, sob pressões
elevadas ou de alta viscosidade (sólidos).
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RAIOS GAMA
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RAIOS GAMA
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RAIOS GAMA
(chumbo)
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RAIOS GAMA
• Fonte de emissão de raios gamas montado perpendicularmente a
tubulação do processo ou montado do lado de fora da parede de um
tanque e do outro lado da tubulação ou do outro lado da parede do
tanque.
• Câmara de ionização que transforma a radiação Gama recebida em um
sinal elétrico de corrente contínua.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RAIOS GAMA
Utilizado para a medição de densidade nas indústrias de mineração
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR CAPACITÂNCIA
Mede a capacitância do capacitor formado pelo eletrodo submergido no
líquido em relação às paredes do tanque.
O elemento sensor geralmente é uma haste ou cabo flexível de metal.
C=KA
d
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR CAPACITÂNCIA
O sensor de capacitância pode ser aplicado a fluidos nãocondutores e condutores.
No caso de fluidos condutores o eletrodo deve se inteiramente
isolado (com Teflon) para se evitar curto-circuito no sistema de
medição.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR CAPACITÂNCIA
Problemas: Incrustações no tubo
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR CAPACITÂNCIA
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR CAPACITÂNCIA + RADIAÇÃO
http://www.youtube.com/watch?v=TRrhouofKFU
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR ULTRASSOM
Materiais piezoelétricos podem ser usados como gerador de ultra-som:
transmissores.
Quando se aplica uma força em uma material piezoelétrico, resulta o
aparecimento de uma tensão elétrica no seu terminal: receptores.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR ULTRASSOM
Acima de 20 kHz.
Materiais piezoelétricos
Velocidade de propagação do som:
• Na água, a 10ºC, a é de 1440m/s,
• No ar, a 20ºC, é 343 m/s.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR ULTRASSOM
Problemas: Variação com temperatura e espuma.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RADAR
O sinal de radar, que é emitido por uma antena, reflete na superfície do produto e
retorna depois de um intervalo de tempo, que é proporcional a distância entre a
antena e a superfície do produto.
Ex: Petrobras
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RADAR
O sinal é gerado por um sistema chamado FMCW (Frequency Modulated
Continuous Wave). Esta freqüência gerada é da ordem de 8,5 a 9,9 GHz. A
medição por radar serve para medir distância, nível, volume, líquidos com
espumas, tanques de armazenamento com agitadores etc.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RADAR
FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave).
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RADAR
Vantagens do Radar
1. Pode medir nível de líquidos complexos (tóxicos, perigosos, sanitários).
2. Não requer licença legal (como o radiativo).
3. É uma medição sem contato.
4. Apresenta alta precisão em faixa de 1,5 a 60 m.
5. A antena pode ser colocada externamente, totalmente isolada do processo.
6. Nenhuma recalibração é requerida quando se altera as condições de processo,
pois a mudança do líquido não afeta a velocidade e freqüência e processamento do
sinal.
7. A operação do sistema pode tolerar revestimento do sensor, turbulência da
superfície e espuma no líquido (melhor que laser e ultra-som).
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RADAR
Desvantagens do Radar
1. Alto custo.
2. Só é aplicada em processo com líquido limpo.
3. Fraca reflexão em sólidos granulados.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RADAR
Influência do vapor no radar
Pode haver uma influencia na precisão da medição de nível se a
composição do vapor varia entre a condição de sem vapor até vapor
totalmente saturado.
A pressão e a temperatura sejam medidas e o programa no Medidor
de Tanque a Radar corrija a influência do vapor automaticamente.
Gases que afetam a transmissão das ondas de radar são: Oxido de
propileno, Éter etílico, Éter propílico, Acetaldeido, Proionaldeido,
Isotubiraldeido, Acetona, Metanol, Amônia.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RADAR
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RADAR (ONDA GUIADA)
Tanto de produtos líquidos como sólidos com elevada precisão.
O único componente em contato com o meio é um cabo.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RADAR (ONDA GUIADA)
Opções de cabo ou haste rígidas, comprimentos, materiais e conexões de
processo
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RADAR (ONDA GUIADA)
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RADAR (ONDA GUIADA)
Versões com a presença de indicador local e para processos críticos como
áreas classificadas ou com altas temperaturas.
Funcionamento não é afetado pela presença de gases, vapores, pó, poeira,
espuma ou alterações no meio (densidade ou condutividade).
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RADAR (ONDA GUIADA)
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RADAR (ONDA GUIADA)
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Medição de Nível
MEDIÇÃO INDIRETA
MEDIÇÃO POR RADAR (ONDA GUIADA)
RD400 - SMAR - Transmissor de Nível por Onda Guiada
Vídeo: http://www.smar.com/brasil2/products/rd400.asp
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Medição de Nível
MEDIDORES DESCONTÍNUOS DE NÍVEL
São empregados para fornecer indicação apenas
quando o nível atinge certos pontos desejados.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DESCONTÍNEA
DESCONTÍNUA
POR ELETRODOS
Nos líquidos que conduzem eletricidade, podemos mergulhar
eletrodos metálicos de comprimento diferente. Quando houver
condução entre os eletrodos teremos a indicação de que o nível
atingiu a altura do último eletrodo alcançado pelo líquido
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DESCONTÍNUA
POR BÓIAS
Este tipo de medidor é utilizado como chave de
nível para indicar nível alto ou baixo e, esta
informação, também serve para fazermos o
intertravamento com bombas.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DESCONTÍNUA
POR BÓIAS
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DESCONTÍNEA
DESCONTÍNUA
POR CAPACITÂNCIA
A medição de nível por capacitância também pode utiliza na
medição sem contato, através de sondas de proximidade. A sonda
consiste de um disco compondo uma das placas do capacitor. A
outra placa é a própria superfície do produto ou a base do tanque.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DESCONTÍNUA
POR CAPACITÂNCIA
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DESCONTÍNEA
DESCONTÍNUA
TIPO DIAPASÃO
Baseia-se na vibração da haste por um cristal piezoelétrico.
2 modelos: haste rígida e diapasão (garfo).
Haste rígida: materiais sólidos.
Haste diapasão: produtos sólidos e líquidos.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DESCONTÍNUA
TIPO DIAPASÃO
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DE SÓLIDOS
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DE SÓLIDOS
É necessário medir o nível dos sólidos, geralmente em forma de
pó ou grãos, em silos, altos-fornos etc., pelos mesmos motivos da
medição de nível dos líquidos.
As formas mais comuns de medição de nível de sólidos são com a
utilização de dispositivos eletromecânicos ou das células de carga.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DE SÓLIDOS
CÉLULA DE CARGA
A célula de carga é um sensor piezoresistivo, também
conhecido como strain gauge.
R=L.
S
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DE SÓLIDOS
CÉLULA DE CARGA
Para se instalar este tipo de sensor, era necessário cortar os “pés
dos silos”, para que o silo ficasse apoiado sobre o sensor.
Recentemente foram desenvolvidas células presas na estrutura do
silo apenas com dois parafusos, queconseguem perceber a
modificação da estrutura do material metálico a qual estão
presas.
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Medição de Nível
MEDIÇÃO DE SÓLIDOS
CÉLULA DE CARGA
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MEDIÇÃO DE SÓLIDOS
CÉLULA DE CARGA
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Medição de Nível
Medidor de Distância a Laser
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Medição de Nível
Medidor de Distância a Laser
Techniques for Distance Measurements
Time-of-flight measurements (or pulse measurements) are
based on measuring the time of flight of a laser pulse from the
measurement device to some target and back again. Such
methods are typically used for large distances.
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Medição de Nível
Medidor de Distância a Laser
Neutrinos mais rápidos que a velocidade da luz
Emitido da Suíça, a 730Km de distância, o feixe de neutrinos
atingiu os detectores do Projeto Opera, na Itália 60
nanosegundos ANTES do esperado.
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Medição de Nível
Medidor de Distância a Laser
A luz percorre um metro em 3,3ns
Para ter-se precisão em cm:
A luz percorre um cm em 0,033ns, logo preciso de
30,3 G samples/s
$$$$
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Medição de Nível
Medidor de Distância a Laser
Techniques for Distance Measurements
The phase shift method uses an intensity-modulated laser
beam. the phase shift is proportional to the time of flight.
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Medidor de Distância a Laser
Techniques for Distance Measurements
For small distances, one sometimes uses ultrasonic time-offlight methods, and the device may contain a laser pointer just
for getting the right direction.
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Medição de Nível
Medidor de Distância a Laser
Techniques for Distance Measurements
Frequency modulation methods involve frequency-modulated
laser beams, for example with a repetitive linear frequency
ramp. The distance to be measured can be translated into a
frequency offset, which may be measured via a beat note of
the sent-out and received beam.
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Medição de Nível
Medidor de Distância a Laser
Techniques for Distance Measurements
Interferometers allow for distance measurements with an
accuracy which is far better than the wavelength of the light
used.
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