روشهای اندازه گیری سطح مایع در مخزن

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: سنسور‌های سنجش سطح مایع برای چندین دهه در بازار‌هایی مانند مواد غذایی و نوشیدنی، صنعتی، پزشکی و خانگی، چاپ، کشاورزی، خودرو و کالا‌های سفید برای تشخیص نشت یا اندازه‌گیری سطح وجود داشته‌اند.

فرآیند‌هایی که قبلاً شامل تجهیزاتی با قطعات گران قیمت می‌شدند، اکنون می‌توانند با استفاده از فناوری‌های خلاقانه، نوآورانه و هوشمند که می‌توانند مقرون‌به‌صرفه، قابل اعتماد، قوی، بسیار دقیق و دارای نصب ساده باشند، به دست آیند. سیالاتی که در طول تاریخ به عنوان سیال‌های بسیار چالش برانگیز شناخته شده‌اند، مانند صابون حاوی حباب/کف، شیر، و مواد چسبنده مانند چسب و جوهر، اکنون با انواع فناوری‌های سنجش سطح موجود، امکان پذیر و آسان‌تر شناسایی شده اند.

اما آیا نیازی به چنین فناوری وجود دارد یا هر دستگاه سنجش سطح مناسب کار ماست؟

این سوال سوالی است که بسیاری از مردم ممکن است بپرسند. با این حال، با ماهیت رقابتی صنعت و تمایل مداوم به بهبود کیفیت، کاهش هزینه‌ها، ناکارآمدی‌ها و ذهنیت اتلاف‌گر، هیچ شرکتی نمی‌خواهد ریسک ارائه راه حل‌هایی را بپذیرد که به بهترین شکل ممکن عمل نمی‌کنند.

انواع سنسور سطح سنج:

• نوری
• ارتعاش یا چنگال تنظیم
• اولتراسونیک
• شناور
• خازنی
• رادار
• رسانایی یا مقاومت

حال به توضیح هر کدام خواهیم پرداخت:

1. سوئیچ‌های سطح نوری

جوانب مثبت - فشرده، بدون قطعات متحرک، قابلیت استفاده در فشار و دمای بالا، می‌تواند مقادیر بسیار کمی از مایعات را تشخیص دهد.

معایب - تهاجمی است، زیرا حسگر نیاز به تماس با مایع دارد، نیاز به نیرو دارد، برخی از مواد ضخیم می‌توانند باعث ایجاد پوشش روی منشور شوند.

کاربرد‌ها - برنامه‌های اندازه گیری سطح مخزن و تشخیص نشت

طیف وسیعی از اصطلاحات فنی برای توصیف این نوع از فناوری سنجش سطح استفاده می‌شود. منشور نوری، الکترواپتیک، اپتیکال تک نقطه ای، سوئیچ سطح نوری ... لیست ادامه دارد. برای این منظور از عبارت سوئیچ‌های سطح نوری استفاده خواهیم کرد. این سوئیچ بسیار ساده عمل می‌کند. داخل محفظه سنسور یک LED و یک فوتوترانزیستور قرار دارد. هنگامی که نوک حسگر در هوا است، نور مادون قرمز داخل نوک سنسور به آشکارساز منعکس می‌شود. هنگامی که در مایع است، مایع مادون قرمز از نوک حسگر منکسر می‌شود و باعث می‌شود انرژی کمتری به آشکارساز برسد. این سوئیچ‌های جمع و جور که یک دستگاه حالت جامد هستند، برای طیف وسیعی از کاربرد‌های سنجش سطح نقطه‌ای ایده آل هستند، به ویژه زمانی که قابلیت اطمینان ضروری است. سوئیچ‌های سطح مایع نوری برای تشخیص سطح بالا، پایین یا متوسط ​​در هر مخزن، بزرگ یا کوچک، مناسب هستند. آن‌ها همچنین برای تشخیص نشت و جلوگیری از آسیب‌های پرهزینه مناسب هستند.

نکته: نور انعکاسی مانند یک مخزن بازتابی کوچک، مخازن آینه‌ای، حباب‌ها، شیر یا مایعات پوششی اغلب می‌تواند باعث مشکلاتی در خوانش با تاخیر شود.

۲. خازنی

جوانب مثبت - حالت جامد، می‌تواند غیر تهاجمی، فشرده، دقیق باشد.

معایب - ممکن است نیاز به کالیبراسیون داشته باشد، فقط در مایعات خاصی قابل استفاده است

کاربرد‌ها - نظارت بر سطح مخازن در صنایع شیمیایی، مواد غذایی، تصفیه آب و برق.

سنسور‌های سنجش سطح خازنی به گونه‌ای عمل می‌کنند که سیالات پردازشی دارای ثابت دی الکتریک هستند که به طور قابل توجهی با هوا متفاوت است. آن‌ها تغییر در ظرفیت خازنی بین دو صفحه را که در اثر تغییرات سطح ایجاد می‌شود اندازه‌گیری می‌کنند. دو نسخه موجود است، یکی برای سیالات با ثابت دی الکتریک بالا و دیگری با ثابت دی الکتریک پایین.

حسگر‌های سنجش سطح خازنی با طیفی از جامدات، مایعات و مواد مخلوط کار می‌کنند. آن‌ها همچنین در پیکربندی‌های تماسی و غیر تماسی موجود هستند به این معنی که برخی از آن‌ها را می‌توان در خارج از کانتینر/مخزن وصل کرد. هنگام انتخاب یک دستگاه، مهم است که بدانید هر سنسور ظرفیت با هر نوع ماده یا مخزن کار نمی‌کند. علاوه بر این، سنسور باید بر اساس ماده خاصی کالیبره شود تا ثابت‌های دی الکتریک متفاوت و تفاوت‌ها در طراحی مخزن را توجیه کند.

نکته: از آنجایی که این نوع فناوری مبتنی بر تماس است، قابلیت اطمینان این حسگر‌ها می‌تواند به شدت تحت تأثیر مایعات چسبیده به پروب قرار گیرد.

۳. اولتراسونیک

جوانب مثبت - بدون قطعات متحرک، جمع و جور، قابل اعتماد، تحت تاثیر خواص رسانه‌ای قرار نمی‌گیرد.

معایب - گران قیمت، عملکرد تهاجمی که می‌تواند تحت تأثیر عناصر مختلف در محیط قرار گیرد.

کاربرد‌ها - کاربرد‌های غیر تماسی با مواد جامد بسیار چسبناک و حجیم. در سیستم‌هایی که نیاز به نظارت از راه دور دارند استفاده می‌شود.

سنسور‌های اولتراسونیک با محاسبه مدت زمان و قدرت امواج صوتی با فرکانس بالا که از سطح مایع منعکس می‌شوند و به حسگر بازمی‌گردند، سطوح را اندازه‌گیری می‌کنند - زمان صرف شده نسبت به فاصله بین سنسور و مایع است.

نکته: مدت زمانی که حسگر طول می‌کشد تا واکنش نشان دهد تحت تأثیر عناصر مختلف اتمسفر دارای رسانه‌ی بالا مانند تلاطم، فوم، دما و... قرار می‌گیرد. از این رو موقعیت نصب در این دستگاه‌ها حیاتی است.

۴. مایکروویو/رادار

جوانب مثبت - بسیار دقیق، بدون نیاز به کالیبراسیون، گزینه‌های خروجی متعدد

معایب - گران است، می‌تواند تحت تأثیر محیط قرار گیرد، محدوده تشخیص محدود است

کاربرد‌ها - محیط‌های مرطوب، بخار و گرد و غبار. آن‌ها همچنین در سیستم‌هایی که دما در آن‌ها متفاوت است استفاده می‌شود

در اصل رادار به روش اولتراسونیک کار می‌کند، اما پالس‌ها با سرعت نور و دوباره حرکت می‌کنند. قابلیت اطمینان و تکرارپذیری را می‌توان تحت تأثیر قرار داد، اما این بار توسط ثابت دی الکتریک سیال. با این حال، رادار می‌تواند اطلاعات سطح بسیار دقیقی را ارائه دهد و همچنین ساختار‌های ثابت داخل کانتینر را جبران کند. نقطه ضعف می‌تواند این باشد که هزینه اولیه سنسور نسبتاً بالا است، اما چندین سازنده این فناوری را برای بازار گسترده‌تر در دسترس قرار می‌دهند. این حسگر‌ها از جمله فناوری‌هایی هستند که در فوم و مواد چسبنده به خوبی کار می‌کنند.

۵. ویبره یا چنگال تنظیم

جوانب مثبت - فشرده، مقرون به صرفه

معایب - تهاجمی، تعداد استفاده محدود است

کاربرد‌ها - کنترل سطح مایع، پودر‌ها و جامدات ریز دانه در معدن، فرآوری شیمیایی و صنایع غذایی و آشامیدنی.

فناوری حسگر ارتعاشی برای کنترل سطح جامد و مایع، از جمله مواد چسبنده و فوم، و همچنین پودر‌ها و جامدات دانه ریز عالی است. با این حال، انواع برنامه‌هایی که می‌توانند از چنگال‌های تنظیم استفاده کنند، محدود به برنامه‌های کاربردی نوع خشک یا بیش از حد پر شده است و اندازه‌گیری فرآیند مداوم را ارائه نمی‌دهند. با این حال می‌توان از آن در ارتباط با سیستم‌های تشخیص سطح مداوم استفاده کرد و به عنوان نقطه هشدار برای پر شدن بیش از حد و نشت عمل می‌کند.

۶. رسانایی یا مقاومت

جوانب مثبت - بدون قطعات متحرک، آسان برای استفاده، کم هزینه

معایب - تهاجمی، مایعات باید رسانا باشند، فرسایش کاوشگر

کاربرد‌ها - اندازه‌گیری سطح مخزن برای آب دیگ بخار، نظارت بر معرف، مایعات بسیار خورنده

سنسور‌های رسانا برای سنجش مایعات رسانا در سطح نقطه مانند آب و مایعات بسیار خورنده استفاده می‌شوند. به زبان ساده، دو کاوشگر فلزی با طول‌های مختلف (یکی بلند، یکی کوتاه) داخل یک مخزن قرار می‌گیرند. پروب بلند ولتاژ پایینی را منتقل می‌کند، پروب دوم کوتاه‌تر بریده می‌شود تا نوک آن در نقطه سوئیچینگ باشد. هنگامی که پروب‌ها در مایع هستند، جریان از هر دو پروب عبور می‌کند تا کلید را فعال کند. یکی از مزایای این دستگاه‌ها ایمن بودن آن‌ها به دلیل ولتاژ و جریان کم است. آن‌ها همچنین برای استفاده و نصب آسان هستند، اما باید بررسی‌های تعمیر و نگهداری منظم انجام شود تا اطمینان حاصل شود که روی پروب انباشته نشده است، در غیر این صورت به درستی کار نمی‌کند.

۷. سوئیچ شناور

جوانب مثبت: بدون برق، نشانگر مستقیم، نسبتا ارزان، خروجی‌های مختلف

معایب: قطعات تهاجمی، متحرک، اندازه بزرگ، مقدار زیادی مایع باید قبل از تماس شناور وجود داشته باشد.

کاربردها: کاربرد‌های سطح مخزن که در آن از آب، روغن، سیالات هیدرولیک و مواد شیمیایی استفاده می‌شود.

سوئیچ‌های شناور یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین فن‌آوری‌ها ست، اما به خوبی اثبات شده برای سنجش سطح آب هستند. سوئیچ شناور شامل یک آهنربا در یک شناور و یک سوئیچ نی مغناطیسی است که در یک محفظه ایمن قرار دارد. شناور با تغییر مایع حرکت می‌کند و باعث می‌شود که سوئیچ نی بسته به اینکه در هوا یا مایع باشد باز یا بسته شود. اگرچه طراحی ساده‌ای دارد، اما این فناوری قابلیت اطمینان طولانی مدت را با قیمتی جذاب ارائه می‌دهد.

بسته به اینکه کاربر چه سبک نصبی را انتخاب می‌کند، به شدت به طراحی و ساخت مخزن یا کانتینر بستگی دارد، سوئیچ قرار خواهد گرفت. به طور معمول، تامین کنندگان طیف وسیعی از گزینه‌های نصب را ارائه می‌دهند که رایج‌ترین آن‌ها نصب افقی/جانبی و نصب عمودی است.