تجهیزات اندازه گیری سطح (Level)
تجهیزات اندازه گیری سطح (Level)
تجهیزات اندازه گیری سطح (Level)

تجهیزات اندازه گیری سطح (Level)

  ازمتغیرهایی که در صنایع فرآیندی به منظور کنترل واکنش های شیمیایی و صنعتی و جلوگیری از سرریز شدن سیالات خطرناک مورد سنجش و اندازه گیری فراوان قرار می گیرد سطح سیال می باشد.سیال می تواند به صورت مایع و یا ترکیبی از مایع و گاز و جامد یا دو مایع با چگالی های مختلف باشد. هنگام انتخاب تجهیزات اندازه گیری سطح می بایست به پارامترهای متعددی جهت جلوگیری از به وجود آمدن صدمات جبران ناپذیر به محیط زیست و نیروی انسانی و تجهیزات توجه نمود که از آن جمله می توان به تغییرات چگالی در اثر تغییرات دما ، چسبندگی سیال ، وجود حباب یا کف درون سیال ،وجود تلاطم و گازها و بخارات داخل مخزن اشاره نمود.
در حالت کلی اندازه گیری سطح به دو روش انجام می پذیرد:


الف-اندازه گیری مستقیم :در این روش حسگر به صورت مسـتقیم سطح سیال را مشاهده کرده و پارامترهای دیگر سیال همچون فشار و دما در روش اندازه گیری استفاده نمی شوند سنسورهای شناوری (Float Type) ،لرزشی (Vibration) وهمچنین سنسورها با روش اندازه گیری (TOF (Time Of Flight مانند مافوق صوت(Ultrasonic) یارادار از همین روش برای اندازه گیری سطح استفاده می نمایند.


ب- اندازه گیری غیر مستقیم: در این روش از متغیرهایی همچون اختلاف فشار بالادست و پایین دست جهت مشخص نمودن ارتفاع سیال استفاده می شود.جهت اجتناب از خطاهای احتمالی در این روش پارامترهای دیگر سیال نیز می بایست مورد بررسی و توجه قرار گیرد.
سطح سنجها انواع مختلفی دارند که هر یک برای کاربردی خاص طراحی و به بازار عرضه می گردند در ذیل به برخی از مهمترین تجهیزاتی که تا کنون برای اندازه گیری سطح مورد استفاده قرار گرفته اند( به ترتیب از ساده ترین تا پیچیده ترین ) اشاره نموده و با نحوه عملکرد آنها به صورت مختصر آشنا می شویم:

 

1- نشانگر سطح (Level Gauge)


این نوع سطح سنج ها به صورت فیزیکی جهت نمایش سطح استفاده شده و عموما" دارای یک محفظه بوده و به صورت موازی با مخزن نصب می شوند. جهت نمایش سطح می بایست سیال با تجهیز مربوطه از ناحیه زیرین در ارتباط باشد از انواع متداول این نوع سطح سنج ها می توان به موارد ذیل اشاره نمود:
- نمایشگرهای شیشه ای (Gauge Glass) 
- نمایشگرهای انعکاسی (Reflex Level Gauge)
- سطح سنج های حاوی شناور مغناطیس (Magnetic float level gauge)
در نوع اخیر، گوی مغناطیسی می بایست هم تحمل فشار کاری سیال را داشته باشد و هم حالت غوطه وری خود رابر روی سیال حفظ نماید تا با حرکت همزمان خودبا سطح سیال ؛ پره های مغناطیسی داخل محفظه جانبی خود را به حرکت درآورده و نشانگر سطح سیال مخزن متصل به خود باشد. در این حالت می توان با نصب سوییچ های متعدد در طول تجهیز در موارد لزوم ،فرمان مناسب را به صورت الکتریکی برای اتاق کنترل ارسال نمود.


2- نشانگرهای نقطه ای سطح (Point Level Switch)


این نوع نشانگر ها سطح سیال را در یک نقطه مشخص از مخزن نمایش می دهند به عبارت دیگر با این نوع تجهیزات تنها می توان فهمید که سطح سیال از یک میزان مشخص بیشتر یا کمتر شده است از انواع رایج این نوع سطح سنج ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سطح سنجهای دارای شناور (Float Level switch) 
این نوع تجهیزات می توانند به صورت عمود (شناور بازویی) و یا از بالا (شناور های متصل به اهرم) به مخزن وصل گردند اما نحوه عملکرد همه آنها با استفاده از قانون ارشمیدس بوده و عموما تغییر در زاویه شناور باعت تحریک سوییچ به وسیله آهنربا متصل به شناور شده و خروجی سنسور را فعال می نمایید.
- سطح سنج های خازنی (Capacitive Level Switch)
سنسورهای تجهیزات فوق که به سنسورهای (Radio Frequency(RF نیز مشهور می باشند مانند دو صفحه یک خازن عمل کرده وسیال را به عنوان یک ماده نارسانا در بین خود جای می دهند ؛تغییردر ضریب دی الکتریک ماده نارسانا(سیال) نشانگر رسیدن سیال به سطح مورد نظر و یا عدم حضور آن در نقطه تعیین شده می باشد.
- سطح سنج های رسانایی (Conductivity level switch)
این نوع سطح سنج ها عملکردی مشابه سطح سنج های خازنی داشته با این تفاوت که در این نوع تجهیزات از هدایت الکتریکی جهت نشان دادن سطح استفاده می شود و بر عکس سنسور های خازنی که در آنها از ولتاژبا فرکانس بالا و جریان متناوب استفاده می شود در این تجهیزات فرکانس جریان متناوب پایین بوده و گاها " نیز از جریان مستقیم استفاده می گردد.
-سطح سنج ارتعاشی (Vibrating level switch)
سنسورهای ارتعاشی عموما" دارای یک نوسان کننده با فرکانس نوسانی مشخص می باشد که فرکانس مربوطه با برخورد سیال (در نقطه از پیش تعیین شده )به سنسور تغییر کرده و این تغییر نشانگر رسیدن سطح سیال به ارتفاع مشخص شده می باشد.
- سطح سنج پره ای (Paddle type Level Switch)
سنسور مربوط به این سطح سنج ها دارای پره های گردن بوسیله موتور الکتریکی بوده که در اثر برخورد سیال به پره حرکت پره کند شده و سوییچ عمل می نماید.
- سطح سنج های نوری (Beam Breaker switch) 
این نوع سطح سنج ها شامل یک فرستنده و گیرنده نوری بوده و از انعکاس نور( پس از برخورد آن با سیال) برای تشخیص ارتفاع سیال استفاده می نمایند.


3-نشانگرهای پیوسطه سطح (Continues Level Transmitter)


- این نوع سطح سنج ها هنگامی مورد استفاده قرار می گیرند که لزوم اندازه گیری ارتفاع سیال به صورت پیوسته و دائم احساس می گردد.عموما "این نوع تجهیزات مجهز به نمایشگر محلی و یا سیستمی جهت ارسال سیگنال به اتاق کنترل می باشند که از متداول ترین آنها می توان به موارد ذیل اشاره نمود:
- سطح سنجهای اختلاف فشار (Differential pressure level transmitter)
این نوع سطح سنج ها با اندازه گیری اختلاف فشار در دو ارتفاع متفاوت سیال و با مشخص بودن چگالی سیال و فشار وارد بر سطح آن به اندازه گیری ارتفاع سیال می پردازند.این نوع اندازه گیری برای مخازن بدون سقف و مخازن تحت فشار مورد استفاده قرار می گیرد.
- سطح سنج های سروموتوری (Servo Level Transmitter)
این سنسورها در حقیقت ارتقاء یافته سطح سنج های تغییر مکانی می باشند،با این تفاوت که جسم غوطه ور در این نوع تجهیزات با چگالی بیشتری نسبت به سیال بوده و یک سیستم اندازه گیری وزن به صورت پیوسته نیروی وارده از طرف سیال به شناور را اندازه گیری می نماید، کاهش یا افزایش این نیرو (که خود به دلیل تغیر ارتفاع سطح سیال می باشد) سبب ارسال فرمان به سرووموتور و جابه جایی شناور شده ومیزان تغییر مکان شناور در واقع برابر با میزان تغییر ارتفاع سیال می باشد.
-سطح سنج های ما فوق صوت (Ultrasonic Level Transmitter)
در سطح سنج های مافوق صوت از سیستم (Time of Flight(TOF جهت اندازه گیری ارتفاع سیال استفاده می شود؛ بدین ترتیب که از يك پالس توسط يك كريستال پيزوالكتريك از سوی ترانسمیتر توليد و ارسال مي شودو این امواج پس از برخورد به سطح سیال توسط یک گیرنده متصل به تجهیز دریافت می گردد.زمان این رفت و برگشت توسط دستگاه محاسبه شده و با توجه به ثابت بودن سرعت امواج سطح سیال مورد اندازه گیری قرار می گیرد. از جمله مشكلات ناشی از این نوع اندازه گیری مي توان به بازتابهاي اشتباه توسط دیواره تانک یا سایر موانع موجود در تانک اشاره داشت . اين مشكل با نصب سنسور در موقعیت مناسب و حذف بازتابهای غلط درزمان کالیبراسیون و خالی بودن تانک كمتر مي شود.از موارد دیگر نیز می توان به وجود تلاطم در سطح سیال و یا تغییر در ترکیب گاز بالای سطح سیال اشاره نمود که سبب خارج شدن دستگاه از کالیبراسیون می شود.
- سطح سنج های راداری (Radar Level Transmitter)
این نوع سطح سنجها از امواج طیف میانی(3 تا 30 گیگا هرتز) امواج الکترو مغناطیس (رادار) جهت اندازه گیری سطح استفاده می نمایند.این نوع تجهیزات برای اندازه گیری سطح موادی که ثابت دی الکتریک آنها بزرگتراز 1.8 می باشد استفاده می گردد. از آنجاییکه ثابت دی الکتریک در بسیاری از گازها و بخارها کمتر از این مقدار می باشد این تجهیزات برای سنجش ارتفاع مخازنی که در بالای سیال خود دارای بخار و گاز می باشند (به دلیل عدم ایجاد اختلال در امواج رادار)گزینه مناسبی می باشند.
- سطح سنج های رادیو اکتیو (Radioactive Level Transmitter) 
در این نوع تجهیزات عموما" از یک منبع رادیو اکتیو (Source)که ساتع کننده امواج رادیو اکتیو (معمولا" گاما )بوده و یک گیرنده (Detector ) که به صورت مجزا در بیرون از مخزن و روبروی یکدیگر قرار دارند استفاده می شود.سیستم عملکردی این تجهیزات بدین ترتیب است که اشعه گاما که عمدتا"از چشــــــــمه رادیو اکتیو ســـــــــــــزیوم با ایزوتوپ 137 (Cs 137) و یا کبالت با ایزوتوپ 60 (Co 60)ساتع می گردد و قابلیت عبور از همه مواد را دارا می باشد ؛پس از عبور از دیواره مخزن و مواد داخل آن و کاهش میزان انرژی به گیرنده مربوطه که خود شامل سه قسمت اصلی : آشکار سازیا Scintillator،افزاینده فوتوالکتریک یا (Photomultiplier(PMTویک مدار تحلیلگریا Evaluation circuit می باشد برخورد می نماید.از برخورد اشعه به آشکار ساز فلاشهای نوری تولید شده که افزاینده فوتو الکتریک آنها را در مرحله بعد به پالس های الکتریکی تقویت شده ای تبدیل می نماید که میزان آنها در واحد ثانیه نشان از قدرت تشعش رسیده شده به دیتکتور دارد؛ در صورتی که مواد داخل مخزن انرژی ساتع شده از چشمه را کاهش داده باشند پالس های دریافتی به مدار تحلیلگر کمتر بوده و این بدان معنی است که سطح سیال داخل مخزن تغییر نموده است.بدین ترتیب با کالیبراسیون اولیه این تجهیزات بر اسلس تعدادپالس دریافتی در حالت پر و خالی قابلیت سنجش دقیق ارتفاع سیال درون مخزن فراهم می گردد.