اندازه گیری سطح یکی از مهمترین پارامترهایی است که در صنایع مهم کشور از قبیل صنایع نفت، پتروشیمی، صنایع غذایی، صنایع شیمیایی و آب و فاضلاب به کار می رود. در مخازن بزرگ نفتی و… اندازه گیری سطح بسیار لازم و اساسی می باشد. اطلاع از ارتفاع سیال به منظور کنترل واکنش های شیمیایی و صنعتی، جلوگیری از سریز شدن سیالات فرآیندی و خطرناک، حفاظت محیط زیست و تامین ایمنی واحد فرآیندی، ضروری می باشد. به همین منظور از سطح سنج ها و یا لول سنج ها جهت اندازه گیری سطح سیالات استفاده می شود.
از موارد مهمی که باید در اندازه گیری لول به آن توجه کرد شرایط اندازه گیری است، که آیا قرار اندازه گیری برای چه نوع مخزنی و یا محیطی انجام گردد. مخازن سر بسته، مخازن سرباز، مخازن تحت فشار مواردی هستند که روش های اندازه گیری در آنها متفاوت هستند. برای انتخاب نوع دستگاه مناسب برای اندازه گیری ارتفاع سطح، عواملی به شرح زیر را باید در نظر گرفت: محدوده تغییرات ارتفاع سطح مایع، خصوصیات سیال مثل جرم مخصوص، تمیز یا کثیف بودن سیال، میزان بخارات یا ذرات جامد، خورندگی سیال، تمایل سیال به پوشش دهی بر روی دیواره ظرف یا وسیله اندازه گیری، دما و فشار فرآیند، ترکیب شیمیایی، قوانین زیست محیطی، وجود ارتعاش، رطوبت و…
اندازه گیری سطح را می توان به طور کلی به دو دسته اندازه گیری نقطه ای و پیوسته تقسیم کرد: اندازه گیری لول به صورت نقطه ای (level switch): در اندازه گیری نقطه ای سطح، سطح سیال در یک نقطه خاص اندازه گیری می شود، هدف از سنجش نقطه ای، تعیین رسیدن یا نرسیدن ارتفاع ماده در تانک به یک مقدار مشخص میباشد که به این کار عمدتاً سوییچ کردن می گوییم.
اندازه گیری لول به صورت مداوم (continuous level measurement): در اندازه گیری پیوسته سطح، ارتفاع سیال درون مخزن به طور پیوسته اندازه گیری و کنترل می شود، در این حالت سوییچ ها بکار نمی آیند و باید از سطح سنج هایی استفاده شود که به طور پیوسته ارتفاع سیال را در هر نقطه اندازه گیری می کنند.
انواع سطح سنج نقطه ای سطح
۱. سطح سنج شناوری (Float Level Switch)
با توجه به قانون ارشمیدس بر هر جسم شناور در سطح سیال یک نیروی رو به بالا وارد می شود، با بکارگیری این نیرو در سنسورهای شناوری می توان ارتفاع سیال را اندازه گیری کرد. این نیرو منجر به جابجایی شناور در سطح سیال می شود، با تعیین محل شناور می توان سطح سیال را اندازه گیری کرد. شناور به یک اهرم متصل است و با حرکت آن در سطح سیال جابجا می شود. اهرم یک سوییچ مکانیکی را تحریک می کند که می توان از آن به عنوان یک کنتاکت بدون ولتاژ در مدار فرمان پمپی که مخزنی را پر یا خالی می کند استفاده کرد.
۲. سطح سنج خازنی و رسانایی (Conductivity/Capacitive Level Switches)
یکی دیگر از روشهای اندازه گیری نقطه ای سطح استفاده از اثر خازنی و یا هدایت الکتریکی است. این سطح سنج ها به سنسورهای RF (Radio Frequency) معروف می باشند. سنسورهای RF از طریق ورود یک میله فلزی به داخل مخزن با سیال در تماس می باشد. با اعمال ولتاژ به میله، تغییرات هدایت الکتریکی و یا خاصیت خازنی اندازه گیری می شود. سطح سنج های خازنی قادرند به صورت گسسته و پیوسته به مانیتور کردن سطح مخزن بپردازند و در مواد پودری کاربرد فراوان دارند.
۳. سطح سنج ارتعاشی (Vibrating Level Switch)
سنسورهای ارتعاشی شامل یک تیغه می باشند که با فرکانس طبیعی نوسان می کند، چنانچه تیغه با سیال داخل مخزن برخورد نماید فرکانس نوسان آن تغییر خواهد کرد، میتوان با اندازه گیری این تغییر فرکانس، سطح سیال را در ارتفاع مورد نظر اندازه گیری کرد. سنسورهای ارتعاشی در دو نوع میله ای و دیاپازونی ساخته می شوند.
۴. سطح سنج با پره متحرک (Paddle Wheel Switches)
این سنسورها از پره هایی تشکیل شده اند که به کمک یک موتور الکتریکی و با دور کم به چرخش در می آیند. وقتی که سطح سیال بالا می آید و با این پره ها برخورد می کند، مانع چرخش پره ها می شود، در این زمان سوییچ عمل کرده و سطح سیال را نشان می دهد. این سنسورها بیشتر در اندازه گیری سطح جامداتی همچون سیلوهای گندم و سیمان بکار می روند و بسیار ساده، ارزان و قابل اطمینان هستند.
۵. سطح سنج های نوری (Beam Breaker Switches)
سطح سنج های نوری از یک فرستنده و گیرنده نوری ساخته شده اند و براساس بازتابش نور از سطح اجسام و یا عبور نور از درون سیال عمل می کنند. زمانی که سطح سیال بالا می آید و مابین گیرنده و فرستنده قرار می گیرد، پرتوهای نور منحرف شده و به گیرنده نمی رسند، در این زمان خروجی سطح سنج فعال شده و وجود سیال در ارتفاع مشخص را گزارش می نماید.
سطح سنج های پیوسته
۱. سطح سنج شناوری (Float Level Switch)
از خاصیت شناوری هم در اندازه گیری نقطه ای سطح گسسته و هم پیوسته استفاده می شود. در اندازه گیری پیوسته می توان به کمک مکانیزم هایی، موقعیت شناور را در هر نقطه داخل مخزن اندازه گیری و به اتاق کنترل ارسال کرد. یکی از روش ها استفاده از وزنه و کابل می باشد. این سطح سنج ها دقیق می باشند اما معایب مکانیکی همچون گیر کردن کابل و یا اصطکاک میان کابل و چرخ دنده ها از دقت آنها می کاهد.
۲. سطح سنج های تغییر مکانی
سنسورهای تغییر مکانی نیز براساس اصل شناوری ارشمیدس طراحی می شوند. در این سنسورها یک جسم جابجا شونده که به اهرمی متصل است، وارد مخزن می شود. ترانسمیتر با اندازه گیری میزان تغییر نیروی وزن جسم جابجا شونده، در اثر افزایش یا کاهش ارتفاع سیال، سطح سیال درون مخزن را اندازه گیری می کند.
۳. سطح سنج اختلاف فشاری (Differential Pressure Level Transmitters)
در سطح سنج هایی که براساس محاسبه فشار کار می کنند می توان با اندازه گیری فشار و معلوم بودن مقدار چگالی سیال، ارتفاع ستون مایع درون مخزن را بدست آورد. به این روش، روش اندازه گیری هیدرواستاتیک سطح نیز گفته می شود. استفاده از این نوع سنسورها به دلیل سادگی و قیمت پایین بسیار فراگیر شده است.
۴. سطح سنج اولتراسونیک (Ultrasonic Level Transmitters)
در سنسورهای اولتراسونیک از اصل انعکاس امواج استفاده می شود، ترانسمیتر امواج اولتراسونیک را تولید و به سطح سیال ارسال می کند، این امواج پس از برخورد با سطح سیال برگشت داده می شوند و ترانسمیتر با محاسبه زمان رفت و برگشت امواج، ارتفاع سیال را اندازه گیری می کند.
۵. سطح سنج راداری (Radar Level Transmitters)
امواج راداری در حقیقت امواج الکترومغناطیس هستند که فرکانس کاری آنها در محدوده ۳ تا ۳۰ گیگاهرتز می باشد. سطح سنج راداری با ارسال امواج به سطح سیال، فضای خالی مخزن را اندازه گیری می کنند و با کسر مقدار اندازه گیری شده از ارتفاع واقعی مخزن، ارتفاع مایع درون مخزن را محاسبه می کنند.
۶. سطح سنج رادیو اکتیو
نوع دیگری از سنسورهای اندازه گیری سطح، از ارسال و دریافت امواج رادیواکتیو استفاده می کنند. این سنسورها بیرون از مخزن نصب می شوند و یک منبع رادیواکتیو امواج را به درون مخزن می فرستد و امواج ارسالی توسط گیرنده رادیواکتیو در سمت دیگر مخزن دریافت و به سیگنال الکتریکی تبدیل می شوند.
۷. سطح سنج سروو موتوری (Servo Level Transmitter)
سطح سنج های سروو موتوری در دهه ۱۹۵۰ به بازار معرفی شدند. این سنسورها در حقیقت ارتقاء یافته سطح سنج های تغییر مکانی می باشند. استفاده از فناوری زیرپردازنده امکان تصحیح بسیاری از خطاهای محیطی از قبیل وزن و یا تغییر شکل مخزن که به علت وجود فشار هیدرواستاتیکی به وقوع می پیوندد را فراهم نموده است.
منبع: pulsee.ir