اندازه‌گیری سطح پر شدن مواد در مخازن

اطلاعات کلی درباره اندازه گیری سطح پر شدن در مخزن با مروری بر پنج روش مختلف اندازه‌گیری

تعریف 

اندازه‌گیری سطح پر شدن شامل تعیین سطح پر شدن مواد، به‌ویژه مایعات، درون محفظه‌های صنعتی مانند تانک‌های ذخیره‌سازی، سیلوها، مخازن فرآیندی یا کانال‌های روباز است. این فرآیند که یکی از زیرشاخه‌های مهم اندازه‌گیری سطح مایعات در صنعت محسوب می‌شود، از طریق تبدیل مقادیر اندازه‌گیری‌شده به سیگنال‌های الکترونیکی انجام می‌گیرد و سیگنال صادرشده در مدار کنترل سیستم فرآیند مربوطه ادغام می‌شود. اندازه‌گیری دقیق سطح مایعات اهمیت زیادی در صنایع غذایی، شیمیایی، نفت و آب دارد، زیرا کنترل سطح به جلوگیری از سرریز، هدررفت مواد و تضمین کیفیت محصولات کمک می‌کند.

در این زمینه، تمایز میان روش‌های اندازه‌گیری پیوسته (Continuous Measuring Methods) و سنسورهای مقدار حدی (Limit Value Sensors) وجود دارد. بخش بعدی به تشریح انواع مختلف روش‌ها با جزئیات بیشتر و برجسته‌سازی مزایای هر اصل اندازه‌گیری می‌پردازد.

انواع اندازه گیری سطح پر شدن در مخزن

• روش‌های اندازه‌گیری پیوسته (Continuous Measuring Methods)

1. 1.  اندازه‌گیری سطح به روش اولتراسونیک (Ultrasonic Level Measurement)
   2.  اندازه‌گیری سطح به روش راداری (Radar Level Measurement)
   3.  اندازه‌گیری سطح به روش رادار هدایت‌شده (Guided Radar Level Measurement)

• سنسورهای مقدار حدی (Limit Value Sensors)

1. 1. کلید شناور (Float Switch)
   2. چنگال تنظیم‌شونده (Tuning Fork)

 اندازه‌گیری سطح پر شدن به روش اولتراسونیک (Ultrasonic Level Measurement)

فرستنده یک موج اولتراسونیک را به سطح ارسال می‌کند و موج پس از برخورد با ماده بازتاب می‌شود. دستگاه با استفاده از زمان تأخیر سیگنال، فاصله بین لبه پایینی حسگر تا سطح را محاسبه می‌کند. این روش یکی از اصول مهم اندازه‌گیری سطح پر شدن در انواع مواد است و علاوه بر کاربرد گسترده در اندازه‌گیری سطح مایعات، در مواد پودری، خمیری و حجمی نیز عملکرد دقیقی دارد. تأثیر سرعت صوت که به شرایط محیطی وابسته است، به طور خودکار و بر اساس ورودی‌های مشخص و اندازه‌گیری دمای محیط توسط فرستنده جبران می‌شود.

اگر فاصله بین لبه پایینی حسگر و کف مخزن مشخص باشد، دستگاه می‌تواند میزان پر شدن را نمایش دهد و در صورت مشخص بودن هندسه مخزن، حجم نیز قابل تعیین خواهد بود. به کمک فیلترهای حذف پژواک مزاحم، سیستم در داخل مخازن نیز عملکرد قابل‌اعتمادی دارد، حتی زمانی که اجزای داخلی مخزن باعث ایجاد پژواک‌های اضافی شوند.

به دلیل غیرتماسی بودن اندازه‌گیری، سطح سنح التراسونیک برای محیط‌های دارای الزامات بهداشتی یا مواد ساینده و خورنده بسیار مناسب هست. این حسگرها معمولاً در حوضچه‌های روباز، سامانه‌های فاضلاب، سیلوها یا تانک‌های صنایع شیمیایی و لبنی استفاده می‌شوند.

اندازه‌گیری سطح پر شدن در موارد زیر انجام می‌شود:

• مایعات (Liquids)

• مواد خمیری (Paste-like media)

• پودرها (Powders)

• مواد حجمی یا دانه‌ای (Bulk materials)

مزایا  Advantages: 

• اندازه‌گیری مستقل از خواص ماده انجام می‌شود.

• به دلیل اندازه‌گیری غیرتماسی، برای مواد ساینده و خورنده مناسب است.

اندازه‌گیری سطح پر شدن به روش رادار غیرتماسی (Non-Contact Radar Level Measurement)

این روش (سطح‌سنج راداری)، یک سنسور نصب‌شده روی سقف مخزن است که یک موج الکترومغناطیسی (رادار) با فرکانس بالا (معمولاً 6، 26 یا 80 گیگاهرتز) را به‌صورت کاملاً غیرتماسی و از طریق فضای داخل مخزن به سمت سطح ماده ارسال می‌کند. این امواج پس از برخورد با سطح ماده بازتاب شده و توسط همان سنسور دریافت می‌شوند. سیستم با اندازه‌گیری زمان پرواز (Time of Flight) سیگنال، فاصله تا سطح را محاسبه کرده و سطح پر شدن را با دقت بالا تعیین می‌کند.

مزایا (Advantages):

• دقت بسیار بالا حتی در فواصل تا ۷۵ متر یا بیشتر
• مستقل از تغییرات دما، فشار، چگالی و هدایت الکتریکی ماده
• مناسب برای مایعات، پودرها و مواد حجیم در محیط‌های صنعتی سخت
• بدون نیاز به تماس فیزیکی با ماده → مناسب برای مواد خورنده یا بهداشتی

اندازه‌گیری سطح پر شدن به روش رادار هدایت‌شده  (Guided Wave Radar – GWR)

در روش اندازه‌گیری سطح پر شدن به‌صورت رادار هدایت‌شده (GWR)، امواج مایکروویو از طریق یک میله یا کابل فلزی (که به‌عنوان «پروب» یا «موج‌بر» شناخته می‌شود) به‌سمت سطح ماده هدایت می‌شوند. این پروب به‌طور فیزیکی در ماده فرو رفته است. هنگامی که امواج به سطح ماده می‌رسند، بخشی از انرژی بازتاب می‌یابد. سنسور با اندازه‌گیری زمان تأخیر سیگنال بازتاب‌شده، سطح پر شدن را با دقت بسیار بالایی محاسبه می‌کند. در مواردی که مخزن حاوی دو مایع با ثابت دی‌الکتریک متفاوت باشد (مثل نفت و آب)، این روش قادر به تشخیص هم سطح بالایی و هم مرز بین دو لایه است.

مزایا (Advantages):

• دقت بسیار بالا، حتی در مخازن کوچک یا محیط‌های پر از موانع داخلی
• قابلیت اندازه‌گیری مرز بین دو مایع (Interface Measurement)
• عملکرد پایدار در حضور بخار، فوم، گاز یا فشار/دمای بالا
• راه‌اندازی سریع با پروب‌هایی که در طول‌های استاندارد از پیش ساخته شده‌اند

اندازه‌گیری سطح پر شدن به روش تشخیص سطح حدی (Limit Level Detection)

کلید شناور (Float Switch)

شناور نوعی حسگر است که چگالی کم آن باعث می‌شود روی سطح مایع شناور بماند. در داخل شناور، یک آهنربا و یک یا چند کنتاکت نی‌دار (Reed Contacts) قرار دارد. وقتی سطح پر شدن تعریف‌شده برسد، نیروی شناوری باعث می‌شود آهنربا کنتاکت‌های نی‌دار را فعال کند.

در این فرآیند، اندازه‌گیری مستقل از عواملی نظیر فشار، دما، رسانایی و تشکیل حباب در محیط انجام می‌شود. در نتیجه، این اصل می‌تواند در کاربردهای مختلفی مانند رسانه‌های کف‌دار (Foaming Media) یا سطوح پویا و همچنین در دامنه‌های دمایی وسیع مورد استفاده قرار گیرد.

اندازه‌گیری سطح پر شدن در موارد زیر انجام می‌شود:

• مایعات (Liquids)

مزایا  Advantages:

امکان نصب در موقعیت‌های مختلف

• مقاوم در برابر ذرات آلودگی موجود در محیط

• دامنه وسیع کاربرد، از جمله در مایعات خورنده

چنگال تنظیم‌شونده (Tuning Fork)

یک چنگال تنظیم‌شونده  Tuning Fork در داخل مخزن نصب می‌شود. این چنگال به‌صورت پیزوالکتریکی تحریک شده و در فرکانس تشدید مکانیکی حدود ۱۲۰۰ هرتز نوسان می‌کند. فرکانس نوسان در تماس با ماده تغییر می‌کند. تغییر فرکانس توسط نوسان‌ساز داخلی تشخیص داده شده و به فرمان سوئیچ تبدیل می‌شود.

مزایا  Advantages: 

• راه‌اندازی سریع

• ایده‌آل برای اندازه‌گیری سطح مایع

• مناسب برای دشوارترین شرایط اندازه‌گیری

مقایسه کلی روش‌های اندازه گیری سطح پر شدن