Análisis completo de los tipos de sensores de nivel sumergibles: estructura, principio y guía de selección de aplicaciones

En los sistemas de automatización industrial y control de procesos, el nivel es uno de los parámetros clave que influyen directamente en la seguridad de la producción, el funcionamiento de los equipos y la calidad del producto. En comparación con métodos de medición como flotadores o radares, los sensores de nivel sumergibles se utilizan ampliamente en diversos escenarios de medición de nivel gracias a su estructura simple, instalación flexible y gran adaptabilidad.

Desde la perspectiva de la aplicación en ingeniería, este artículo presenta de forma sistemática los principales tipos de sensores de nivel sumergibles, las ventajas de sus señales de salida, sus principios de funcionamiento y características técnicas, ayudando a los usuarios a comprender plenamente la lógica de selección y el valor de aplicación.

I. ¿Qué es un sensor de nivel sumergible?

El sensor de nivel sumergible, también conocido como transmisor de nivel sumergible, es un instrumento de medición de nivel basado en el principio de presión hidrostática de la columna de líquido. El sensor se introduce directamente en el líquido a medir y convierte la presión generada por la altura del líquido en una señal eléctrica de salida, logrando así una medición continua del nivel.

Este tipo de producto suele estar compuesto por las siguientes partes:

Elemento sensible a la presión
Diafragma de aislamiento de acero inoxidable
Circuito de acondicionamiento de señal
Cable sellado impermeable

Este diseño estructural proporciona a los sensores de nivel sumergibles ventajas significativas en aplicaciones como espacios cerrados, pozos profundos y cuerpos de agua a cielo abierto.

II. Principales tipos de sensores de nivel sumergibles

Según la forma estructural y los escenarios de aplicación, los sensores de nivel sumergibles pueden dividirse en varios tipos. A continuación se presentan algunos tipos representativos comunes en aplicaciones de ingeniería.

Sensor de nivel sumergible de uso general

El sensor de nivel sumergible de uso general utiliza elementos sensibles de presión de silicio difuso y tecnología de aislamiento por diafragma, y se emplea introduciendo directamente el cable en el líquido.

Sus principales características incluyen:

Estructura simple y fácil instalación
Coste controlado y alta relación costo-rendimiento
Adecuado para escenarios de medición de nivel convencionales

Las aplicaciones típicas incluyen:

Sistemas de agua potable
Vertederos de nivel de agua
Estaciones de bombeo, estanques y tanques
Plantas de tratamiento de agua y sistemas de agua circulante

Este tipo es la solución básica más utilizada en la medición industrial de nivel.

Sensor de nivel sumergible de tipo separado

El sensor de nivel sumergible de tipo separado presenta un diseño en el que la sonda del sensor y la unidad de procesamiento de señales están separadas, siendo adecuado para aplicaciones con altos requisitos de seguridad y resistencia a interferencias.

Sus ventajas en ingeniería incluyen:

Soporte para aplicaciones intrínsecamente seguras a prueba de explosión
El nivel de protección de la sonda puede alcanzar IP68
Capacidad de protección contra rayos y resistencia a interferencias de radiofrecuencia

Es especialmente adecuado para entornos industriales con gases inflamables o explosivos o con fuertes interferencias electromagnéticas, como instalaciones petroquímicas y energéticas.

Sensor de nivel sumergible para pozos profundos

El sensor de nivel sumergible para pozos profundos está especialmente optimizado para mediciones de gran profundidad y se utiliza comúnmente en el monitoreo de niveles de agua subterránea y pozos profundos.

Sus características técnicas incluyen:

Alta capacidad antiinterferencias
Bajo desplazamiento térmico
Alta estabilidad a largo plazo
Adecuado para transmisión por cables de larga distancia

Ofrece ventajas insustituibles en el ámbito de la monitorización hidrológica y la gestión de recursos de agua subterránea.

Sensor de nivel sumergible con cámara de aire

El sensor de nivel sumergible con cámara de aire utiliza un método de medición por presión de gas y está diseñado específicamente para medios de alta temperatura, altamente corrosivos o severamente contaminados.

Sus principales ventajas incluyen:

El sensor no entra en contacto directo con el medio
Evita eficazmente el daño del diafragma causado por líquidos de alta temperatura o corrosivos
Adecuado para aguas residuales, líquidos de alta temperatura y medios químicos corrosivos

Esta estructura resuelve eficazmente los problemas de aplicación de los sensores de nivel sumergibles tradicionales en condiciones extremas de medios.

III. Ventajas de ingeniería de la salida 4–20 mA en sensores de nivel sumergibles

En aplicaciones industriales, la forma de salida más común de los sensores de nivel sumergibles es la señal analógica de corriente 4–20 mA.

1. Alta resistencia a interferencias

En entornos industriales existen comúnmente ruidos electromagnéticos y fluctuaciones de voltaje. En comparación con las señales de voltaje, las señales de corriente no son sensibles a los cambios de resistencia de línea, y la corriente de ruido suele estar en el orden de nA, con un impacto mínimo en la medición.

2. Transmisión estable a larga distancia

Dado que la impedancia interna de la fuente de corriente tiende al infinito, la resistencia en serie del cable de transmisión no introduce errores significativos. La señal 4–20 mA puede transmitirse de forma estable a cientos de metros mediante cables trenzados comunes.

3. Cumple con los requisitos de seguridad y a prueba de explosión

Al establecer 20 mA como límite superior de corriente, la energía de chispa generada no es suficiente para encender gases combustibles, cumpliendo así los requisitos de seguridad para aplicaciones industriales a prueba de explosión.

4. Alto grado de estandarización

Como estándar internacional ampliamente adoptado, la señal 4–20 mA facilita la integración sin problemas con PLC, DCS, registradores e instrumentos de visualización, reduciendo los costes de mantenimiento y sustitución.

IV. Análisis del principio de funcionamiento del transmisor de nivel sumergible

El transmisor de nivel sumergible funciona según el principio de medición de presión hidrostática.

Cuando el transmisor se introduce a cierta profundidad en el líquido, la columna de líquido ejerce presión sobre el diafragma del sensor, cuya relación se expresa como:

ρgh

Para eliminar la influencia de la presión atmosférica sobre la superficie del líquido, el transmisor introduce la presión atmosférica en la cámara de presión negativa mediante un cable ventilado, logrando así una compensación automática.

La expresión completa es:

P = ρgh + Po

Donde:

P: presión aplicada sobre el diafragma
ρ: densidad del líquido
g: aceleración de la gravedad
h: altura del líquido
Po: presión atmosférica sobre la superficie del líquido

Midiendo la presión, se puede calcular con precisión la altura del nivel del líquido.

V. Principales características técnicas del transmisor de nivel sumergible

Desde el punto de vista de la aplicación en ingeniería, el transmisor de nivel sumergible presenta las siguientes características destacadas:

Uso de elementos sensibles de presión de silicio difuso y tecnología de aislamiento por diafragma, con alta precisión de medición
Estructura compacta, fácil instalación y mantenimiento
Diseño antiobstrucción y antincrustante, adecuado para funcionamiento a largo plazo
Control interno de temperatura y humedad para mejorar el sellado y la impermeabilidad
Soporte para aplicaciones intrínsecamente seguras y a prueba de explosión por polvo
Capacidad de trabajar junto con sistemas de transmisión remota y dispositivos de alarma
Funciones de protección contra inversión de polaridad, sobretensión y limitación de corriente

Estas características lo convierten en un equipo básico estable y confiable en la medición industrial de nivel.

VI. Campos de aplicación típicos

Los sensores de nivel sumergibles se utilizan ampliamente en:

Suministro urbano de agua y tratamiento de aguas residuales
Industria petrolera y química
Centrales eléctricas y monitoreo hidrológico
Embalses, presas y proyectos hidroeléctricos
Sistemas de monitoreo ambiental

Preguntas frecuentes (FAQ)

¿Son adecuados los sensores de nivel sumergibles para líquidos viscosos?
Es necesario seleccionar el modelo según las características del medio; si es necesario, puede elegirse una estructura con cámara de aire.

¿La variación de la densidad del líquido afecta la medición?
Sí. Los cambios en la densidad afectan la precisión de la medición y deben considerarse durante la configuración de parámetros o la etapa de selección.

¿Es obligatorio utilizar una salida 4–20 mA?
No es obligatorio, pero en entornos industriales la salida 4–20 mA presenta claras ventajas.

Conclusión

Gracias a su estructura simple, medición estable y gran adaptabilidad, los sensores de nivel sumergibles se han convertido en una parte esencial del campo de la medición continua de nivel. Mediante una selección adecuada del tipo de sensor, el método de salida y la forma estructural, se pueden satisfacer eficazmente las necesidades de diferentes medios y condiciones de trabajo.

En el contexto del continuo desarrollo de la automatización industrial, los sensores de nivel sumergibles seguirán siendo equipos básicos confiables a largo plazo en los sistemas de medición de nivel. Nexisense continúa centrándose en escenarios de aplicación de ingeniería y ofrece soluciones de sensores de nivel sumergibles de múltiples tipos para ayudar a garantizar el funcionamiento estable de los sistemas de medición de nivel.

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