Desafio 4: Sensores Hidrostáticos de Nível e Inclinação

Introdução

Para a instalação, operação e manutenção dos aceleradores e linhas de luz síncrotron do projeto Sirius são necessários sensores de posição vertical (nível) e inclinação em relação à vertical gravitacional (inclinômetro bidimensional). Esses sensores serão interligados por meio de uma rede de vasos comunicantes parcialmente preenchidos com água de modo a criar uma superfície livre de referência de nível. As tecnologias hoje comercializadas possibilitam apenas o monitoramento de altura relativa entre os sensores e não incluem medidas de inclinação.

Cada sensor é constituído de:

1. Vaso hermético de aço inoxidável não magnético com dois engates hidráulicos (um para ar e outro para água);
2. Uma “cabeça sensora” da distância à superfície da água e de sua inclinação em relação ao plano da superfície da água;
3. Um sensor de temperatura da água local para correções de massa específica;
4. Um alojamento cônico para esferas munidas de canto de cubo refletor para alinhamento por laser;
5. Suporte ajustável em altura e inclinação do sensor para fixação em equipamentos, paredes ou pedestais;
6. Sistema de leitura e processamento de dados com comunicação RS485.

Os sensores serão utilizados em redes com dois ou mais sensores, interligados por um tubo metálico parcialmente preenchido com água (condutividade elétrica menor que 1000 µS/cm). Como cada sensor é hermético, são necessárias conexões flexíveis separadas com a rede hidrostática (para ar e água) conforme é mostrado na figura abaixo.

Figura 1: Exemplo de rede hidrostática interligando quatro sensores.

Figura 2: Diagrama de uma rede hidrostática, sensores de nível /inclinação e rede de dados.

Parâmetros Técnicos

Projeto mecânico

O projeto mecânico deve atender aos seguintes requisitos:

1. O sensor deve ser hermético tanto para o ar quanto para a água já que a rede hidráulica deve admitir ar em apenas um ponto, evitando erros devido a variações locais da pressão do ar ambiente;
2. As conexões com a rede hidrostática serão flexíveis e herméticas;
3. O suporte permitirá ajustes de altura e inclinação em duas direções de 5µm e 50µrad;
4. A “cabeça sensora” poderá ser trocada por outra pre-calibrada, em caso de falha, sem a perda de referência com os demais sensores da rede;
5. Todas as partes externas ou em contato com a água serão executadas em aço inoxidável não magnético;
6. O sensor, incluindo as conexões elétricas, será compatível com o grau de proteção para sólidos e líquidos IP65.

Resolução e estabilidade

O sensor deverá detectar variações de nível (deslocamento vertical) e inclinação em relação à vertical (em duas direções ortogonais) dentro dos intervalos e com a repetibilidade mostradas na tabela abaixo.

Variável	Intervalo de operação	Repetibilidade
Medida de nível	10mm	±1.5µm
Medida de inclinação	±10mrad	±10µrad
Temperatura	5°C a 50°C	–

Rede hidráulica

Os pontos de medição são ligados um ao outro por tubos que garantem o compartilhamento de uma superfície plana livre comum e sujeita a uma pressão atmosférica comum nos diferentes pontos de medição.

Comunicação digital

Um ponto de medida consiste de quatro valores numéricos: valor do nível, valor das inclinações em duas direções ortogonais e valor da temperatura local da água. Cada sensor terá o seu próprio sistema de leitura e processamento das medidas que serão transmitidos sob demanda por meio de uma rede RS485. Além disso o sensor responderá a outros comandos remotos, por meio da mesma rede RS485, tais como ajustes e leitura de parâmetros, histórico de falhas, etc.

Demanda

Uma instalação de luz síncrotron, como a do Projeto Sirius, utiliza aproximadamente 200 unidades dos sensores até o final da primeira fase de execução do projeto (obra civil, aceleradores e 10 linhas de luz síncrotron).

Referências, quando aplicáveis, estão disponíveis no Anexo 1 do edital FAPESP/FINEP.

Perguntas Frequentes

Perguntas feitas pelas empresas durante o decorrer do período do Edital serão adicionadas aqui com a resposta dada pelo responsável pelo desafio. Clique na pergunta para abrir a resposta.