Tema: Medición de nivel con un sensor ultrasónico

Transcripción

1 Instrumentación Industrial. Guía 10 1 Tema: Medición de nivel con un sensor ultrasónico Objetivo General Utilizar el transmisor de nivel por ultrasonido de uso industrial model LIT25 de Greyline Instruments inc. Objetivos Específicos Calibrar el transmisor de nivel por ultrasonido LIT25 de Greyline Instruments inc. Medir con el transmisor de nivel diversos niveles de líquido en un tanque con diferentes calibraciones del instrumento. Medir e interpretar la corriente que se obtiene en la salida de 4-20mA del instrumento para los diferentes niveles y calibraciones. Material y Equipo 1 Transmisor de nivel por ultrasonido Model LIT25 de Greyline Instruments inc. 1 Tanque de 500 mm. 1 Breadboard 1 Resistencia de 250 ohms. 4 alambres de telefonia 1 Tester 1 Regla de 50 cm. 1 destornillador plano tipo bornero 1 pinza 1 cortadora 1 galón de agua Introducción Teórica Transmisor Indicador de Nivel LIT25 Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Instrumentación Industrial Lugar de ejecución: Instrumentación y Control (Edificio 3, 2da planta) Este compacto instrumento permite visualizar, controlar y transmitir a otros dispositivos el nivel de un tanque o depósito. Simplemente se monta el sensor sin contacto ultrasónico en el techo del tanque y el case con la pantalla digital en una ubicación conveniente para su

2 2 Instrumentación Industrial. Guía 10 visualización. El transmisor indicador de nivel posee una salida aislada de corriente de 4-20mA para transmitir el nivel directo a un PLC o controlador, además de un relé programable para activación de bombas o alarmas de nivel, temperatura o perdida del eco. El case con la pantalla además de utilizarse como un indicador local, permite la calibración del instrumento sin que se tenga que escalar el tanque para llegar al sensor. Figura 1. Transmisor indicador de Nivel LIT25 Sensor sin contacto ultrasónico Trae incorporado un sensor de temperatura que compensa los cambios de velocidad del sonido debido a la temperatura, la señal de nivel y temperatura van en un solo cable coaxial con una longitud de hasta 152 m de distancia del case con la pantalla. El sensor es capaz de medir hasta m de distancia, siendo la distancia mínima medible de 30.5 cm del sensor al nivel, es capaz de medir liquidos y sólidos (incluidos polvos finos), esta hecho con PVC y teflón, es hermético al agua y no es afectado por el polvo. A continuación se muestra las forma correcta e incorrecta de la ubicación del sensor, según el deposito y el material a medir:

3 Instrumentación Industrial. Guía 10 3 Figura 2. Ubicación del sensor ultrasónico Salida de corriente de 4-20 ma El transmisor de nivel trae una sálida de corriente con un rango de 4-20 ma para indicar el nivel o distancia que se está midiendo, dependiendo de como se haga la calibración será lo uno o lo otro, si para 20 ma se coloca la minima distancia desde el sensor se medirá el nivel de lo que contenga en tanque, pero si en 20 ma se coloca la máxima distancia desde el sensor, se medirá la distancia que hay entre el sensor y el nivel

4 4 Instrumentación Industrial. Guía 10 Figura 3. Calibración salida de corriente de 4-20mA (debe haber al menos 5 cm de diferencia entre los valores que se le coloquen a 4 ma y 20 ma) Porque usar una salida de corriente de 4-20 ma? El transmitir valores de magnitudes físicas convertidas en corriente en lugar de voltaje está siendo ampliamente utilizado y se ha estandarizado por las institutuciones: American National Standards Institute (ANSI) y Intrumentations Systems, and Automation Society (ISA) 1,debido a las ventajas que presenta, los datos pueden ser enviados a mayores distancias que utilizando voltaje y se logra inmunidad al ruido, por ello que cada vez mas se encontrarán en la industria transmisores de diversas magnitudes físicas como temperatura, presión, nivel, etc, que tienen una salida de corriente de 4-20mA en lugar de una de voltaje, de igual forma dispositivos como PLC u otros controladores pueden ya procesar esta información directamente sin dispositivos intermediarios. Procedimiento 1. Verifique que el transmisor de nivel tenga conectado el sensor y el cable de alimentación tal como se muestra en la Figura 4 (Por motivos de prueba la salida de corriente de 4-20 ma no se conectará como se muestra en la figura). 1 la norma de lazo de corriente de 4-20 ma está disponible en ANSI/ISA-S (R1992) Compatibility of Analog Signals for Electronic Industrial Process Instruments)

5 Instrumentación Industrial. Guía 10 5 Figura 4 Conexiones del transmisor de nivel ultrasónico 2. Conecte la salida de corriente y el miliamperímetro (escala de 200 ma) tal como se muestra en la Figura 5. Figura 5. Medición de corriente en la salida de 4-20 ma del transmisor de nivel. 3. Llene el tanque de agua hasta la marca de 200mm (20 cm). 4. Retire la protección del sensor sin contacto ultrasónco y sostengalo en el tope del tanque, mantengalo perpendicular a las paredes del tanque tal como se muestra en la Figura Conecte el transmisor de nivel a la linea de alimentación de 110V RMS 6. Si todo esta bien, oirá como el sensor emite un sonido para detectar el nivel y se mostrará una medida del nivel en la pantalla, vea como en la parte que dice Echo (eco) aparece una señal intermitente indicando que la señal tiene buen eco, sino es asi notifique a su docente de laboratorio. 7. Se procederá a calibrar el rango de medida del mismo, para ello debe seguirse el

6 6 Instrumentación Industrial. Guía 10 flujograma que indica el fabricante y que se muestra en la Figura En este momento en la pantalla se encuentra la medida del nivel, es decir se está en la tercera caja de texto en modalidad normal, si presiona el botón con la flecha hacia arriba del indicador de nivel, pasa a la segunda caja de texto que le muestra la distancia desde el sensor al blanco. 9. Presione de nuevo el botón con la flecha hacia arriba y tal como dice el flujograma le mostrará la temperatura que hay en el sensor. 10.Presione de nuevo el botón con la flecha hacia arriba y volverá a la modalidad normal, ahora presione la flecha hacia abajo para seleccionar las unidades de calibración, en pantalla se muestra la palabra CALU y si dentro de esta opción se presiona la flecha hacia arriba, cambiará las unidades entres porcentaje, pulgadas o cm, deje las unidades en cm. 11. Presione el botón con la flecha hacia abajo para calibrar la salida de corriente de 4-20mA, primero le aparece que configure la de 4 ma, la pantalla estará intermitente entre 4= y el valor que tiene actualmente en cm, cuando la pantalla muestre ese valor, presione el botón ya sea con la flecha hacia arriba o la flecha hacia abajo para modificar ese valor, coloque el valor máximo del tanque que es de 55 cm. 12.Cuando ya esté colocado, la proxima vez que se muestre la pantalla 4= presione el botón con la flecha hacia abajo y le aparecerá que calibre ahora los 20 ma, proceda igual que hizo en el caso anterior pero para 20 ma seleccione la distancia mínima que puede medir el sensor que es de 30.5 cm 13.Cuando vuelva a la pantalla de 20= presione el botón con la flecha hacia abajo y se mostrará en pantalla la palabra roc # (donde # dependerá de como han configurado el relé), deje esto como está y pase a la siguientes cajas que muestra el flujograma presionando las tecla de flecha hacia abajo, hasta el instante en que le pregunte si quiere guardar la configuración YES?, presione la tecla de flecha hacia arriba para guardar la configuración, tal como dice el flujograma le aparecerán las letras C.S para indicarle que la configuración fue guardada y volverá a la modalidad normal. 14.Espere a que el transmisor de nivel muestre el valor y anótelo en la Tabla 1 Coincide este valor con el que indica la escala graduada del tanque?. Anóte tambien el valor que muestra el miliamperímetro.

7 Instrumentación Industrial. Guía 10 7 Nivel del tanque (cm) Medida indicada en LIT25 (cm) Corriente (ma) Tabla Abra la válvula del tanque hasta que el agua descienda a los niveles que indica la Tabla 1 y anoté los demás datos que pide la tabla. 16.Llene de nuevo el tanque al nivel de 200 mm (20 cm) y calibre de nuevo el transmisor siguiendo el flujograma pero esta vez a 4= le colocará la distancia mínima de 30.5 cm y a la de 20= la máxima de 55 cm 17.Anóte el valor que muestra el transmisor de nivel en la Tabla 2 Coincide este valor con lo que indica la escala graduada del tanque?. Que está midiendo ahora el sensor? Nivel del tanque (cm) Medida indicada en LIT25 (cm) Corriente (ma) Tabla Abra la válvula del tanque hasta que el agua descienda a los niveles que indica la Tabla 2 y anoté los demás datos que pide la tabla. 19.Desconecte de la linea de alimentación el transmisor de nivel y el circuito de la salida de corriente.

8 8 Instrumentación Industrial. Guía 10 Figura 6. Flujograma para la calibración del transmisor de nivel.

9 Instrumentación Industrial. Guía 10 9 Análisis de Resultados 1. Realice un gráfico en Microsoft Excel u OpenOffice Calc con el ajuste de curva de regresión lineal y trace la recta óptima del transductor. Ecuación: r 2 : 2. Si se quiere utilizar este transmisor de nivel para medir el nivel de un tanque de 6 m de profundidad, indique como calibraria las escalas de 4 y 20 ma y que valor de corriente aproximadamente obtendria a una distancia de 3.8 m. 3. Investigue porque el utilizar corriente en lugar de voltaje se logra inmunidad al ruido y los datos pueden enviarse a mayores distancias. Investigación Complementaria Bibliografía Investigue a cerca de otros transmisores de magnitudes físicas convertidas en corriente que hay en el mercado actualmente pdf

10 10 Instrumentación Industrial. Guía 10 Hoja de cotejo: 10 Guía 10: Medición de nivel con un sensor ultrasónico Alumno: Puesto No: Docente: GL: Fecha: CONOCIMIENTO 25 APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO 70 ACTITUD 2.5 EVALUACION % Nota 2.5 TOTAL 100 Conocimiento deficiente del funcionamiento de un sensor ultrasónico. Cumple con uno o ninguno de los siguientes criterios: -Calibra correctamente el transmisor de nivel por ultrasonido. -Mide correctamente con el transmisor de nivel diversos niveles de líquido en un tanque con diferentes calibraciones. -Mide e interpreta la corriente que se obtiene en la salida de 4-20mA del instrumento para los diferentes niveles y calibraciones. Es un observador pasivo Es ordenado; pero no hace un uso adecuado de los recursos Conocimiento y explicación incompleta del funcionamiento de un sensor ultrasónico. Cumple con dos de los criterios. Participa ocasionalmente o lo hace constantemente pero sin coordinarse con sus compañeros Hace un uso adecuado de los recursos, respeta las pautas de seguridad, pero es desordenado. Conocimiento completo y explicación clara del funcionamiento de un sensor ultrasónico. Cumple con los tres criterios. Participa propositiva e integralmente en toda la práctica Hace un manejo responsable y adecuado de los recursos conforme a pautas de seguridad e higiene.