سطح سنج اولتراسونیک

1. سطح سنج[1] چیست؟[1]

یکی از متغیرهایی که در صنایع فرآیندی اندازه گیری و کنترل آن مورد توجه می باشد، سطح سیال است. 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. سطح سنج ها کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف غذایی، دارویی، آب و فاضلاب ، نفت و گاز برای اندازه گیری ارتفاع سطح مخازن آب، بنزین، سیلوها و … کاربرد دارد. سطح سنج ها با توجه به نوع کاربرد در انواع مختلفی وجود دارد که در ادامه به آن می پردازیم.

• دسته بندی سطح سنج ها:

سطح سنج ها به شکل های مخالفی دسته بندی می شوند: اندازه گیری میزان سطح و روش اندازه گیری.

• دسته بندی از نظر میزان سطح:
• لول سنج نقطه ای

این سنسور برای اندازه گیری سطح یک مایع به کار می رود و یک سیگنال دیجیتال( تک مقداری) تولید می کند.

به طور کلی این مدل سنسور برای یک وضعیت هشداری استفاده می شوند.

• لول سنج پیوسته

این مدل سنسور سیستم پیشرفته تری دارد و می توان برای نظارت بر سطح کل سیستم از آن استفاده کرد.

این مدل در خروجی یک سیگنال پیوسته تولید می کند که به شکل سیگنال آنالوگ در خروجی نمایش داده می شود.

برای ایجاد یک سیستم مدیریت سطح، سیگنال خروجی به یک حلقه کنترل فرآیند و یک عقربه نشانگر وصل می شود.

• انواع سطح سنج از نظر روش اندازه گیری[2]:

• سطح سنج راداری

اندازه گیری سطح به روش غیر تماسی با لول ترانسمیتر یا سطح سنج راداری به دلیل استقلال از پارامترهای دما، فشار، چگالی، هدایت، بخار یا گرد و غبار از روشهای دقیق و موثر برای اندازه گیری سطح مخازن مواد پودری و مایع متلاطم ، سطوح دارای فوم یا کف و مواد دارای غبار و جامداتی نظیر مخازن آهک یا سیمان با دقت در حد میلیمتر میباشد . سطح متر و در شرایط 70 سنجهای راداری در مدلها و مکانیزمهای مختلف ارائه میگردند . از لول ترانسمیتر های راداری تا ارتفاع با دما و فشار بالا برای انواع مایعات و جامداتی نظیر اسیدها و بازها، حلال های آلی، الکل، نفت و فراورده های نفتی، گازهای مایع و گرانول های پلیمری، آهک،سیمان، دانه ها،غلات،شکر،مواد معدنی،پودرهای فلزی،کربن،ذغال سنگ و میتوان استفاده کرد . در شکل زیر میتوان انواع سطح سنج راداری که معمولا با آنتنهای بوقی شکل و مدل میله ای هستند میبینید . این لول مترهای تغییرات سطح را به صورت سیگنال پیوسته الکتریکی ارسال میکنند که برای مانیتورینگ مخزن ارسال میشود.

رادار پالس هایی را با انرژی کوتاه به سطح مایع منتشر می کند. مدار زمان گیری با سرعت فوق العاده بالا زمان انعکاس سیگنال از سطح مایع را اندازه گیری می کند. پردازش سیگنال به طور پیشرفته بازتاب های غلط و دیگر نویزهای زمینه را فیلتر می کند. سپس سطح دقیق توسط عواملی همچون ارتفاع مخزن و سایر اطلاعات پیکربندی محاسبه می شود. اصول کارکرد ترانسمیترهای راداری مانند روش اولتراسونیک است، با این تفاوت که موج اولتراسونیک بسیار وابسته به شرایط محیطی که از آن عبور می‌کند، سرعت های متفاوتی دارد. اما در رادارها سرعت موج الکترومغناطیسی تابیده به سطح سیال به ثابت دی‌الکتریکی سیال وابسته است. این ثابت جزء خواص ذاتی سیال و کمتر متاثر از عواملی مانند تغییرات دمایی و غیره است.

• سطح سنج اولتراسونیک

سطح سنجهای اولتراسونیک به روش غیر تماسی به شما امکان سطح سنجی در محیطهای انفجاری و شرایطی که محیط خورنده باشد میدهد . این سطح سنجها با ارسال پالسهای صوتی و دریافت انعکاس همان پالس و مقایسه سرعت رفت و برگشت آن با توجه به مشخص بودن سرعت صوت در محیط به راحتی و با دقت قابل توجه در حدود چندین میلیمتر متر یا بیشتر اندازه گیری کنند . از دیگر مزایای استفاده از این نمونه 15 میتوانند ارتفاع سطح مخازن را حتی تا طولهای میلی آمپر به اتاق کنترل و جهت مانیتورینگ یا رکورد گیری میباشد . در 20 تا 4 سطح سنجها ، امکان ارسال سیگنال نمونه های کامل این تجهیز خروجی سنسور به یک پانل کنترل نصب شده و از طریق این پانل که در قست پائین مخزن نصب میگردد علاوه بر ارسال خروجی جریان میتوانید خروجی های رله جهت آلارم یا کنترل و همچنین خروجی RS485 جهت ارسال اطلاعات از طریق کامپیوتر بگیرید .

در انتخاب سطح سنج یا لول متر اولتراسونیک به موارد زیر توجه فرمائید: رنج دمایی، فشار مخزن، تعداد و نوع خروجی مد نظر، شرایط محیطی، ارتفاع قابل اندازه گیری ، دقت تجهیز

• سطح سنج شناوری

از قدیمی ترین روشهای اندازه گیری سطح مایعات استفاده از خاصیت غوطه وری مواد در سطح مایع و نمایش این تغیرات به کمک اتصال به یک نشاندهنده می باشد. این روش مکانیکی علاوه بر سهولت در استفاده در بسیاری شرایط خاص در مخازن نظیر فشار و دمای بالا میتواند مورد استفاد قرار گیرد . در برخی نمونه های این سطح سنجهای شما به کمک گوی های شناوری که میله با قابلیت تحرک گوی در وسط آن تعبیه شده است شما به راحتی با افزایش ارتفاع متوانید در نقطه تنظیم مورد نظر خروجی سوئیج بگیرید . در نمونه های دیگر با توجه به خاصیت مغناطیسی که برای گوی در نظر می گیرند می توانند در کنار سطح مخزن قطعات فلزی رنگی که شبیه به کرکره در کنار هم چیده شده اند را تغییر وضعیت دهند و به اپراتور وضعیت سطح را نمایش دهند . از نقاط ضعف این روش نداشتن خروجی الکترونیکی جهت ارسال وضعیت سطح به صورت لحظه به لحظه به اتاق کنترل است.

• سطح سنج خازنی

سطح سنجهای خازنی به صورت پیوسته و گسسته میتوانند سطح مخزن شما را مانیتور کنند. استفاده از لول متر های خازنی مواد پودری یکی گزینه های شما انتخاب لول سوئیچهای خازنی است . عملکرد این لول مترها همانگونه که از اسم آنها بر میآید بر اساس خاصیت خازنی که معمولا بین سطح مخزن و الکترود سنسور برقرارمیشود میباشد . هر چقدر مقدار مواد بین الکترود و سطح مخزن بیشتر باشد خاصیت دی الکتریک خازن بیشتر شده و بر اساس آن میتوان خروجی متناسب با ارتفاع مخزن به دست آورد . در نمونه های خروجی سوئیچ یا گسسته لول سوئیچ در حقیقت یک پراگسیمتی یا سنسور مجاورتی خازنی است . از مزایای این روش اندازه گیری نبود قطعه متحرک و همچنین پایداری عملکرد در مدت زمان طولانی است . همان گونه که اشاره شد از سطح سنجهای خازنی برای مواد پودری و گرانول یا پرک همچنین برای مشخص کردن نقاط مرزی دو مایع با چگالی مختلف در مخزن استفاد می شود.

• لول سوئیچ دیافراگمی

لول سوئیچ های دیافراگمی را می توان هم برای مواد پودری و هم برای مایعات مورد استفاده قرار داد ولی برای مواد پودری و جامدات کاربرد بیشتری دارد. این لول سوئیچ های یا کنترلرهای سطح به صورت مکانیکی بدون نیاز به تغذیه از طریق فشاری که بر ممبران یا غشاء نازک دیافراگم مانند آنها وارد می شود و انتقال این فشار به یک میکرو سوئیچ خروجی مناسب جهت مانیتورینگ وضع راحتی کاربرد و شرایط خاص عملکردی نظیر دماهای بالا و یا محیط های انفجاری و همچنین نیاز نداشتن این سنسور به تغذیه از مزایای این کنترلر های سطح می باشد.

• لول سوئیچ ارتعاشی

لول سوئیچ های ارتعاشی / لرزشی که به نام های دیاپازونی هم مشهورند برای کنترل سطح مایعات و جامدات پودری مورد استفاده قرار می گیرند. مکانیزم کنترلرهای سطح لرزشی به این صورت است که در حالت عادی شروع به ارتعاش با فرکانس تعریف شده ای می کنند و در حالتی که مواد پودری جامد و یا سیالات مایع به آن سطح می رسد به علت تغییر محیط دامنه و مقدار فرکانس ارتعاش تغییر کرده و این تغییر با طراحی الکترونیکی حس گردیده و فرمان خروجی، سوئیچ مورد نظر صادر می گردد.

• لول سوئیچ پره ای

لول سوئیچ یا کنترلر سطج پره ای بیشتر در مخازن مواد غذائی و یا تانک های مواد جامد پودری و دانه بندی شده نظیر گرانول ، پرک و ماسه … کاربرد دارد. مکانیزم این کنترلرهای سطح الکترومکانیکی است. پره فلزی که توسط موتور الکتریکی که در حالت عادی می گردد زمانی که سطح مواد به پره می رسد از حرکت پره جلوگیری می کنند و فشار ناشی از ایستادن پره باعث می شود موتور از محور خود جابجا شود و و میکروسوئیچ تعبیه شده در ترمینال هد سطح سنج را تحریک میکند و با توجه به محل نصب شده کنترل سطح خروجی متناسب به پر یا خالی بودن سطح مخزن را می دهد. به اینیت پر و خالی بودن مخزن موادی نظری حبوبات، مواد پودری و در برخی موارد مایعات را امکان پذیر می کنند.

• لول سنجی با فشار

سطح سنجی به کمک اندازه گیری فشار از کامل ترین روش های اندازه گیری سطح مایعات خصوصاً در مخازن سر بسته و تحت فشار می باشد. در این روش با اندازه گیری فشار یا اختلاف فشار ابتدا و انتهای مخزن و با توجه به چگالی سیال می توان به سادگی ارتفاع مخزن را با دقت بالا اندازه گرفت. در انواع دیگر که به مدل های سابمرسیبل یا غوطه وری مشهور می باشند سطح سنج که در حقیقت یک نمونه فشار سنج می باشد به کمک کابل با سیم مربوطه به عمق مخزن فرستاده می گردد .

امیدواریم مطالب گرد آوری شده مفید واقع شده باشد.

---

[1] Level Switch