Soluções para Medição de Nivel · 1 inch 0 0 Imersão corrosion alarm 60 s delayed Alarm 0,4 s...
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Junio Branco Slide 1 08/05/2010 Soluções para Medição de Nivel
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Junio Branco
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08/05/2010
Soluções para Medição de Nivel
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Mais de 50 anos de experiência em Medição de Nível
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Malburg - Alemanha
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Maulburg, fundada em 1960
1ª expansão em 1970...
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
…e como se apresenta hoje …
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Mais fabricas L+P
Fundada: 1996 Fundada: 2005 Fundada: 1995 Fundada: 1970
Greenwood,
IndianaYamanashiSuzhou Beijing JV
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Nosso Portfolio
Medição de Nivel Continua
Medição de Interface Medição de DensidadeTank gauging
Pressão Detecção de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Detecção de Nivel
Em liquidos usando o principio de vibração
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Historia
2001
2000
1999
1993
1996
Liquiphant II
Liquiphant T
FTL260
Liquiphant M
FTL50(H) / 51(H)
1995 Liquiphant S (Failsafe)
Liquiphant M
(2nd package)
FTL51C
Liquiphant S (HT)
FTL70 / 71
1983
Liquiphant I
FTL160 (Form E)
Liquiphant
FTL160
1986
Liquiphant T
FTL20
2002
2003
Liquiphant M
FTL50 / 51(H)
FTL20
(150 °C
/300 °F)
FTL20H
Liquiphant T/M
20 anos de experiência
no Principio de Vibração para Liquidos
Mais de 2.000.000 de sensores no mercadoHistory
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
BasicoPrincipio de Vibração
Principio de Medição
Funções
Piezo
Monitoração
Media
Junio Branco
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Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Principio de Medição
Min./Max. detection
empty message
overspill protection
Mudanças na frequência de Resonância
quando imerso em liquido.
Os garfos vibrantes são operados por um
sistema piezoeletrico. Uma mudança na
frequência de resonancia ocorre quando
os garfos são imersos em liquido. Este
sinal é eletronicamente detectado e
avaliado.
Basics
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Principio
filter /
amplifier
phase
shiftamplifier
evaluation electronic
symmetrical 2 rod
sensor (frequently
shift limit switch)
straight vibration rod
bent vibration rod
vibration fork
Basics
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Efeito Piezoeletrico – Stack Drive
Alternando a tensão faz com
que o piezo se expanda e
contraia.
Com Tensão aplicada os
polos são rejeitados
- O cristal comprime -
+ ++
++
––––+–
+–
+––
+
–
+
Com tensão inversa os
polos se atraem
- o cristal se alonga -
–– – ––
++++
+
–
+
–
+
– –
+
+
–
Cristais individuais
tem um alinhamento
fixo e são
polarizados
+
–
+
–
+
––
drive
coating
drive
high temperature
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Piezoeletrico – Bimorph Drive
Alternando a tensão
causa a expansão e
contração do piezoforça
Cristais individuais
tem alinhamento
individual e são
polarizados
Com tensão
aplicada os polos
são rejeitados
force
forceEletrodo
comum
receptor Emissor
Basics
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Self-Monitoring
sensor
alarm0,4 s delayed
400fa-15%
fafa+ 6,5%
1500 f [Hz]
25 mm
1 inch
0
0
Imersão
corrosion
alarm60 s delayed
sensor
Alarm0,4 s delayed
normal operation
fa-15% switch point approx. 850 Hz
A
L
A
R
M
A
L
A
R
M
Função de Alarme Seguro
fa oscillation frequency in air
approx. 1 kHz
Basics
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 16
08/05/2010
Operação Independente das Propriedades do fluido
Alteração do
Fluido
espuma
Bolhas de ar
Incrustação
Mudanças na Pressão e
temperatura
Vibração do
processo
Mudanças na viscosidade
turbulência
Solidos em
suspensão
Propriedades eletricas
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Tecnologia: Monitoração de Build Up
Todo cobertoAté à membrana
Até aoponto de comutação
Minimobuild-up
simétrica
até 12 gbuild-up
até 4.5 g até 2.2 g até 2.1 g
até 2.2 gaté 2.0 g
não-simétrica
Sem problemas para o Liquiphant MPonto de comutação estavél
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Tecnologia: Monitoração de corrosão
~ 11 g ~ 0.85 g ~ 0.65 g
- Corrosão quimica em ácidos fortes- Abrasão
Alarme perda de massa:
Sem problemas para o Liquiphant MPonto de comutação estavél
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Tecnologia: Teste de choque com 7 Joule
Prof.
Liquido-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
Posição do ponto de comutação
0 10 20 30 40Profund.
mm
Dec
resc
imo
de
Freq
uênc
ia, %
Antes do teste choqueApós teste 7 Joule
Sem problemas para o Liquiphant M, Ponto de chavemento estávelSem problemas para o Liquiphant M, Ponto de chavemento estável
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 20
08/05/2010
Operação em mudanças de fluido
Vantagem - calibração não requerida
Funções do instrumento independente da constante dieletrica, condutividade ,
viscosidade, densidade, temperatura, pressão e turbulência
preliminary products
syrup, basic goods,
water
CIP cleaning
acids, lyes
finished products
orange juice, apple
juice, ...
highly viscous,
not electrically
conductive
aggressive portion of solids
Exemplo de processo de produção de refrigerante
Basics
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Produtos
Liquiphant T
Liquiphant M
Liquiphant S
Segmentação
Junio Branco
08/05/2010
Slide 21
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Segmentação de outros principios de medição
Radiometric
Capacitance
Conductive
Vibronic
Ultrasonic
Float switch
Vibronik
Konduktiv
Kapazitiv
Schwimmersch.
Ultraschall
Radiometrie
Vibronic
Conductive
Capacitance
Float switch
Ultrasonic
Radiometric
Liquids
Bulk
solids
Level limit
detection
Continuous
measurement
Pressure
[bar]
Temperature [°C]
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Familia Liquiphant
Liquiphant TLiquiphant M
Liquiphant S
modular
SIL2/3
Nace listed
PN63
-50…+150 °C
(-58…+300 °F)
-40…
+150 °C
(+300 °F)
-40…
+150 °C
(+300 °F)
hygienic
no sealing
PN40
hygienic
no sealing
housing
compact
SIL3
annual test
may be waived
-40…+150 °C
(+300 °F)
PN40
SIL2/3
Nace listed
-60…+280 °C
(-76…+536 °F)
PN100
Products
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Modular Instrument Design
enables the selection of an instrument tailored
to the application
housing process
connection
sensor length
(switch point)
sensor
materials
electronic
interface
certificates, approvals, special designs
temperature
spacer
Products
Medição de Nivel
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08/05/2010
Instrumentação
Compacto
Switching unit/transmitter and
electronic insert in one unit
electronic
insert
FEL51
two-wire
AC connection
FEL52
three-wire
DC connection
FEL54
universal connection
2 relays outputs
Products
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Possibilidade de instalação
Montagem de Topo -
para monitoração de nivel
maximo
Montagem por baixo
para monitoração de nivel
minimo
Montagem lateral -
para monitoração de nivel
maximo e minimo
Montagem em tubo -
proteção de bombas do
running dry
Applications
Junio Branco
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08/05/2010
Detecção de Nivel
Em solidos usando principio de vibração
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Principio de medição
Os garfos oscilam excitados
por um piezoeletrico
A amplitude da vibração
é reduzida quando os garfos são
cobertos pelo material.
A mudança na amplitude é
reconhecida pela eletronica.
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Principio
In empty silos, i.e. in gases,
the fork can freely oscillate.
Oscillation is however
impeded and stopped by bulk
solids, i.e. in full containers.
The tines of the fork
are prevented from oscillating
by the bulk solids mass. This
changes the amplitude of the
oscillation.
The electronics compare the
amplitude with the target
value and trigger an electronic
switch or relay.
Silo
vazio
Silo
cheio
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Soliphant M
Symmetric
2-rod sensor
(Fork oscillator)
Rod oscillator stretched
Rod oscillator bent
Fork oscillator
Analysis electronics
DriveReceiver
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Soliphant T
Analysis electronics
DriveReceiver
Rod oscillator
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
The piezoelectric effect – Soliphant M
The application of an
alternating voltage
causes oscillation of
the piezos and the
tines are deflected.
Piezos are
comprimated by
the application of
voltage with the
same polarity.
+ ++
++
––––+–
+–
+––
+
–
+
Piezos are expanded
by the application of
voltage with
opposite polarity.
–– – ––
++++
+
–
+
–
+
– –
+
+
–
A piezo has a firm
alignment and is
polarised.+
–
+
–
+
––
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Soliphant
Soliphant T Soliphant M
<= +150 °C
(+300 °F)
Soliphant M
+150 up to +280 °C
(+300 up to +540 °F)
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Independente do fluido
Electric
properties
Change in weight
External vibration
Change in
grain size
Mixture of
different media
Changing
media
Dust
Moisture content
of bulk solidsBuild-up
formation
Pressure and
temperature change
Flow properties
in bulk solids
Dielectric
constant
Junio Branco
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08/05/2010
ToF
Time of Flight
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
O Princípio – Time of Flight (ToF)
Emisão de Ultrassom ou pulsos de microondas
Reflexão dos pulsos na superfície do produto
Recebimento dos pulsos refletidos
Medição do Tempo de Vôo “Time of Flight”
calculando a distância entre o instrumento e a
superfície do produto através
emit
ting
rece
ivin
g
00.4000.40
2d = c
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Reflexão - básico
Microondas são ondas eletromagnéticas
--> Change of dielectric constant
(DK, εr)
Ultrassom são ondas mecânicas
--> Mudança da Densidade
Diferença entre ondas eletromagnéticas e ondas eletromecânicas
Air:
εr ≈ 1
Medium:
εr > 1
Change
of
impedance
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
External Influences on Microwaves
Independe de:
Composição do Gás
Vácuo
Altas Temperaturas
Variação de Pressão
Mudança de Densidade
Turbulências
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Speed of Propagation for Ultrasound
pressure: no influence
temperature: approx. 0.17 % / K
(air: 0.59 cm / K)
p
r
k
T
C0
=
=
=
=
=
pressure
density
adiabetic exponent
temperature
speed of ultrasound at 0°C
Gas Speed [m/s]
CI 206
CO2 258
Ar 308
O2 0°C 315
O2 -183°C 178
NO 324
Air 0°C 331
Air +20°C 334
Air +40°C 355
CO 337
N2377
Coal gas 441
Helium 971
Helium 1261
C p C TS =
⋅ = +κρ 0 1
273K
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Physical Effect on the Propagation of Microwaves
Measured error in %as a function of static pressure
(air at 20°C)
Measured error in %as a function of temperature
(air at 1 barabs)
Speed of light in various media
Medium
Air
CO2
O2
N2
SO2
= relative dielectric constant
= relative permeability
= speed of light in vacuum
= speed of propagation in a medium
C0
εr
μr
C
Medição de Nivel
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08/05/2010
Electromagnetic Waves
110
100
HzHzHz
110
100
kHzkHzkHz
5,8 / 6,3 GHz
10 GHz
24 GHz
110
100
MHzMHzMHz
- (10 Hz)15
- (10 Hz)12
- (10 Hz)18
- (10 Hz)21
- (10 Hz)24
110
1001
10100
110
1001
10100
TV- (10 Hz)8
110
100
GHzGHzGHz
110
100
THzTHzTHz
TelephoneAC current
Radio waves
TV
Microwaves
Heat radiation
Visible light
Ultra violet
X-rays
Gamma wavesCosmic radiation
Kilometer
Meter
DecimeterCentimeterMillimeter
Micrometer
Nanometer
Picometer
Femtometer
Frequency Wave length
1
10
100
GHz
GHz
GHz
DecimeterCentimeterMillimeter
6 GHz
10 GHz
26 GHz
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Microwaves – Effects on Humans
Inside: approx. 1 W/cm²
Leakage at
closed door: approx. 0.005 W/cm²
At transmitting power of 2 W:
approx. 0.0001 W/cm²
Pulse: approx. 0.00015 W/cm²
Average: approx. 0.00000021 W/cm²
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Media Groups Liquids – Solids
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 46
08/05/2010
Micropilot M - Vessel types for FMR 230 & FMR 231
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 47
08/05/2010
Vantagens de 2 Frequências diferentes
Tamanho da Antena / Ângulo de abertura
mm
-Pre
cisã
o
10
3
Sen
sibilid
ade
par
aB
uild-u
p,
espu
ma
e su
per
f. t
urb
ule
nta
–
+
– +
Menos afetada por superfícies
turbulentas e espumas
Menos afetada por condensação e
build-up
Melhor precisão
Ângulo de abertura menor
Ideal em vasos pequenos
~ 26 GHz
~ 6 GHz
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
2 Frequências - 6 GHz e 26 GHz
ângulo de emissão estreitoPrecisão de 3 mmpequenas antenas são ideaispara pequenos vasosuso da capacidade total do tanque
8°(DN100/4")
Menos efeito de superfície em ebuliçãoMenos efeito da espumaMenos afetada por condensação e build upAntena tipo haste para produtos agressivos
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 49
08/05/2010
Micropilot M para Líquidos – Overview
Micropilot M
~ 6 GHz ~ 26 GHz
FMR231
FMR230
FMR240
± 10 mm accuracy
max. 400°C, 160 bar
gas-tight feed through
± 3 mm accuracy
max. 200°C, 40 bar
FMR244
FMR245
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 50
08/05/2010
Reflexão de Ondas Eletromagnéticas
Influência da espuma em líquidos
Cõndição Ideal Espuma“leve",
Bolhas grandes,
não condutiva
Espuma densa,
polhas pequenas,
condutiva
“Algo entre“
--> Absorção do sinal
???
Medição de Nivel
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Slide 51
08/05/2010
Micropilot M in Solids
2-wire-technology
Comissionamento fácil
Possibilidade de verificação da
confiabilidade da medição via curva
envelope no display local ou
ToF-Tool
Frequência de 26 GHz –
Vantagens:
Independe de poeiras
Feixe de foco de 4° usando a
Antena Parabólica
Conexão da Purge de Ar como
padrão
Range de medição de 70 m
Temperatura até 200°C
Pressão até 16 bar
FMR250
Parabolic antenna
Horn antenna
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
FMR250 – Integrated Air-Purge Connection
Example with gypsum. 6 bar air pressure.
Junio Branco
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08/05/2010
Guided Level-Radar
Levelflex M
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 58
08/05/2010
+ =
Basics
Measuring Principle
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 59
08/05/2010
Basic prinicple of a guided radar system
Radar waves are always guided
along the rope - gives strong
reflection signals
Necessary in solids due to low dielectrics and different cones in the silo during
filling and emptying and in liquids at low dielectrics
Levelflex M
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 60
08/05/2010
ToF – Time Domain Reflectometry
Guided micro-impulses with advantage of a more focused energy
Better reflection characteristicsRisk of side reflections
80% of the energy
is concentrated
within a radius of
8”/ 20cm! 8”
20cm
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 61
08/05/2010
Evaluating the End of Probe (EOP) Signal
EOP_shift / Level = EOP_slope
EOP slope = (√ε - 1)
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 62
08/05/2010
Vantagens do principio de medição
Solidos:
Tamanho da
particula
Pó, mede durante
carregamento
Umidade
Perfil do silo
Obstaculos
Medição precisa e independente da
temperatura, pressão
Liquidos:
Densidade do
produto
Superficie turbulenta
e espuma
Parede do vaso
Formato do vaso
Obstaculos
Basics
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 63
08/05/2010
Overview da linha
FMP40 FMP41 FMP45
Standard Teflon-coated
probes
max. 400 °C /
max. 400 bar
Products
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
rodrope coaxial
α
β
α > β
Levelflex – Facil montagem e troca de antenas
Products
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 65
08/05/2010
Comissionamento
Display
Commissioning –
easy, fast and safe
Conceito de operação uniforme
Suporte grafico
Documentação do ponto medido
incluindo curva de envelope
FieldCare
Display multi linhas
Display removivel para operação
confortavel
Menu guiado
Help para setup
Operation
Medição de Nivel
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08/05/2010
Levelflex – Menu-guided operation
Operation
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 67
08/05/2010
f = 6 GHz
Transmission puls 0,8 ns
received signal
t
Distance
Time of Flight
Envelope curve
ToF Display
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 68
08/05/2010
1993
1998
1995
Familia ToF
1998
Levelflex M2002
Micropilot II
2001
Micropilot M
Micropilot S
2-wire
Pulse- Rad
ar
2004
2004
HT/HP
version
Hygienic
2002Prosonic M
2004
Micropilot I
Levelflex
2008
2007
2007
Life Sciences
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 69
08/05/2010
Proximo nivel da Instrumentação
PreciseEfficient
Safe
8/16/2010
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 70
08/05/2010
Familia ToF – Overview
Guided level radar
basic … high performance
basic … high performance
Flexibility in technologyFlexibility in technology
basic … high performance
UltrasonicLevel radar
Plastic Alu 316L 316L-Pharma
Maybe also flow products
8/16/2010
Medição de Nivel
Junio Branco
Slide 71
08/05/2010
FMP55 – Multiparametro para medição de interface
Combinação do radar de onda guiada
e sonda capacitiva para medição de
interface mesmo com camadas de
emulsão espessas
Até 3 medições (nivel, interface,
espessura da fase superior) com um
unico dispositivo
PTFE coated probe
Range de até 10m (33ft)
Temperatura: -50…+200°C
(-58…+392°F)
Pressão: -1...+40bar
(-14.5…+580psi)
A inovação da medição de interface – SensorFusion
Medição de Nivel
Junio Branco
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08/05/2010
Perguntas ??????
