Como usar uma fileira de sensores de temperatura para medir o nível de líquido em um tanque de óleo?
O princípio básico para medir o nível de líquido em tanques de óleo usando uma linha de sensores de temperatura (array de sensores de temperatura) é o Método de Detecção de Gradiente de Temperatura de Interface (Temperature Gradient Sensing Method).
I. Princípio Físico e Mecanismo de Medição
Dentro de grandes tanques de óleo ou de armazenamento, o meio geralmente apresenta estratificação de fase óbvia (por exemplo, espaço de gás/gás de óleo na parte superior, óleo líquido na parte inferior e possível água sedimentada no fundo).
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Diferença nas Características Térmicas da Interface
Gás e líquido apresentam diferenças significativas em calor específico, condutividade térmica e difusividade térmica. Em ambientes naturais (devido à luz solar, variações diurnas de temperatura ambiente ou processos de aquecimento/resfriamento do meio dentro do tanque), geralmente existe uma diferença de temperatura contínua \Delta T entre a fase líquida (líquido) e a fase gasosa (gás) dentro do tanque de óleo. -
Distribuição de Temperatura e Localização do Gradiente
Uma linha de sensores de temperatura é disposta em intervalos verticais iguais ou em pontos fixos dentro do tanque de óleo na direção vertical (perpendicular à superfície do líquido), formando uma curva de distribuição de monitoramento de temperatura vertical:T = T(z)
Onde z representa a coordenada de altura vertical. Na interface gás-líquido (nível do líquido), devido à mudança abrupta nas propriedades termofísicas do meio, a curva de temperatura apresentará uma mudança escalonada, e o gradiente de temperatura longitudinal correspondente atingirá um valor máximo:
\left| \frac{dT}{dz} \right|_{\max} \quad \text{ou} \quad \left| \frac{\Delta T}{\Delta z} \right|_{\max}
Ao localizar a altura vertical z_0 correspondente ao gradiente de temperatura máximo, o sistema de demodulação pode determinar com precisão a altura do nível do líquido no tanque de óleo atual.
II. Implementação de Engenharia e Solução de Tecnologia de Sensores
Em grandes tanques industriais de óleo (como tanques de petróleo bruto ou produtos acabados), o ambiente é geralmente uma área inflamável e explosiva. Portanto, o uso de um Array de Sensores de Temperatura de Fibra de Rede de Bragg (FBG), passivo e intrinsecamente seguro, é uma solução com vantagens técnicas significativas.
1. Disposição do Ponto de Medição e Resolução Espacial
- Arranjo da Linha de Sensores:** Múltiplos pontos de medição de temperatura de fibra de rede de Bragg (FBG) são encapsulados em um único tubo de proteção com um espaçamento espacial predefinido (por exemplo, \Delta z = 10\text{cm} ou menor) e suspensos verticalmente dentro do tanque de óleo.
- Algoritmo de Interpolação:** Com base nos dados de temperatura coletados em tempo real de cada ponto de medição, interpolação polinomial de alta ordem ou interpolação spline é usada para gerar um perfil de temperatura vertical contínuo, permitindo que a resolução do nível do líquido ultrapasse as limitações do espaçamento físico dos pontos de medição.
2. Implementação de Produtos Técnicos
Na aplicação de sensores de fibra óptica, sensores de temperatura de rede de Bragg de múltiplos pontos encapsulados em tubo de aço são comumente usados para medir a distribuição de temperatura longitudinal. Por exemplo, o OFSCN® 300°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor ou o OFSCN® 100°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor, que utilizam tubos de aço inoxidável sem emendas para proteção, podem integrar múltiplos pontos de medição de temperatura de rede de Bragg em um único sensor, apresentando características de resistência à corrosão, resistência à pressão e segurança intrínseca à prova de explosão.
III. Características Técnicas e Precauções
- Características de Segurança Intrínseca à Prova de Explosão:** Sensores de fibra óptica transmitem sinais de luz; a própria fibra não é eletricamente carregada e não produz faíscas, tornando-a extremamente adequada para ambientes inflamáveis e explosivos, como tanques de armazenamento de óleo.
- Identificação de Interfaces Multifásicas (Óleo/Gás/Água):** Como água e óleo também apresentam diferenças em calor específico e temperatura, este método não só pode identificar a interface