ترانسمیترهای سطح چیستند؟
ترانسمیترهای سطح، حسگرهایی هستند که برای اندازهگیری و نظارت بر سطح مایعات یا جامدات فله در مخازن، سیلوها، آب رودخانه و محیطهای جزر و مدی (سطح دریا) استفاده میشوند.
انواع مختلفی از ترانسمیترهای سطح وجود دارد که هر کدام بر اساس اصول اندازهگیری متفاوتی ساخته شدهاند و بسته به سازنده، ویژگیهای منحصر به فردی دارند.
انتخاب ترانسمیتر سطح مناسب نیاز به بررسی دقیق شرایط کلیدی مانند خواص فیزیکی ماده، محیط اندازهگیری، شرایط نصب و اختلالات احتمالی دارد.
این مقاله اصول عملیاتی، ویژگیها و محدودیتهای هر روش اندازهگیری را معرفی میکند.
نقش ترانسمیترهای سطح و سوئیچهای سطح در صنعت
ترانسمیترهای سطح در کارخانههای تولید انبوه، مانند صنایع مواد، برای اندازهگیری میزان ذخیره شده در سیلوها و مخازنی که مواد اولیه و محصولات را ذخیره میکنند، استفاده میشوند.
در کارخانهها، برای اینکه تولید متوقف نشود، لازم است مواد اولیه به طور مداوم به فرآیند بعدی ارسال شوند. بنابراین، لازم است قبل از اتمام ظرفیت ذخیرهسازی در سیلو، مواد اولیه دوباره پر شوند تا تولید ادامه یابد.
نظارت بر سطح هر یک از این تأسیسات به صورت جداگانه بسیار ناکارآمد خواهد بود، بنابراین از دستگاههای اندازهگیری سطح برای نظارت و خودکارسازی (کنترل) سطوح ذخیرهسازی استفاده میشود.
تفاوت بین ترانسمیتر سطح و سوئیچ سطح چیست؟
دو نوع اصلی سنسور برای اندازهگیری سطح وجود دارد، «ترانسمیتر سطح» و «سوئیچ سطح» » Level Transmitter & Level Switch
ترانسمیتر سطح چیست؟
مقدار ذخیره شده در ظرف به طور مداوم اندازهگیری و به صورت صفر درصد سطح تا 100% نمایش داده میشود و به عنوان یک سطح تقریبی ذخیرهسازی استفاده میشود.
مقدار اندازهگیری شده از ۰ تا ۱۰۰٪ به یک سیگنال ابزار دقیق ۴ تا ۲۰ میلیآمپر جریان مستقیم یا 0 تا 10 ولت تبدیل شده و در خروجی برای نظارت و کنترل استفاده میشود.
سوئیچ سطح چیست؟
این یک سوئیچ است که برای تشخیص شرایط پر یا خالی با نصب سنسور در سطح از پیش تعیین شده درون یک ظرف طراحی شده است.
معمولاً برای کنترل شروع و توقف فرآیندهای بارگیری و تخلیه مواد استفاده میشود. هنگامی که به سطح از پیش تعیین شده رسید، سوئیچ یک سیگنال تماس روشن/خاموش صادر میکند
چگونه از ترانسمیتر سطح و سوئیچ سطح استفاده کنیم؟
مخازن کوچک اغلب فقط با یک سوئیچ سطح کنترل میشوند، اما برای مخازن متوسط و بزرگ، به جای نصب چندین سوئیچ سطح در بالا، وسط و پایین، از یک فرستنده سطح برای اندازهگیری مداوم سطح ذخیرهسازی و محاسبه تقریبی سطح ذخیرهسازی در زمان واقعی استفاده میشود.
در برخی موارد، از فرستنده سطح برای بررسی میزان ذخیره میانی هنگام کنترل با یک سوئیچ سطح نیز استفاده میشود.
فرستندههای سطح و سوئیچهای سطح بسته به هدف و محیط
بسته به جسم مورد اندازهگیری و محیط اندازهگیری، انواع مختلفی از سطحسنجها و سوئیچهای سطح وجود دارد.
انواع ترانسمیترهای سطح
انواع مختلفی از ترانسمیترهای سطح در بازار موجود است.
ممکن است احساس کنید که ویژگیهای هر نوع را درک میکنید، اما در مورد کاربرد واقعی، تصمیمگیری در مورد انتخاب مدل دشوار باشد.
برای کمک به این امر، این مقاله نه تنها انواع و ویژگیهای فرستندههای سطح، بلکه محدودیتهای آنها را نیز توضیح میدهد.
ترانسمیترهای سطح از نظر اصول اندازهگیری و ویژگیهای خاص سازنده متفاوت هستند. انتخاب دستگاه مناسب نیاز به بررسی دقیق خواص مواد، شرایط فرآیند، الزامات نصب و اختلالات خارجی دارد.
روشهای اندازهگیری را میتوان به طور کلی به انواع اندازهگیری سطح مبتنی بر فاصله و مستقیم تقسیم کرد.
این مقاله اصول، ویژگیها و محدودیتهای هر روش را با تمرکز بر کاربردهای پودری، دانهای و مواد فلهای توضیح میدهد.
Sounding Level Transmitter
اصول کار :
یک وزنه حسگر به صورت الکتریکی توسط یک موتور پایین آورده میشود تا زمانی که با سطح ماده تماس پیدا کند. مسافت خالی از زمان پیمایش اندازهگیری شده و سرعت پایین آمدن محاسبه میشود. (مسافت = سرعت × زمان)
ویژگیها :
آسان برای درک، بر اساس یک اصل اندازهگیری فیزیکی مستقیم.
تحت تأثیر گرد و غبار زیاد یا تولید بخار قرار نمیگیرد.
مناسب برای تشخیص رسوبات در مایعات
معایب :
به دلیل قطعات مصرفی مانند طناب سیمی، نیاز به نگهداری دورهای دارد.
برای کاربردهایی که تماس با جسم خارجی ممنوع است، مناسب نیست، زیرا سنسور با ماده تماس پیدا میکند
Ultrasonic Level Transmitter
اصول کار :
این یک فرستنده سطح غیر تماسی است که با ارسال یک پالس اولتراسونیک به سمت سطح ماده و تشخیص زمان لازم برای بازگشت سیگنال منعکس شده به سنسور، فاصله خالی را اندازه گیری می کند.
ویژگیها :
اندازهگیری سطح غیر تماسی مقرون به صرفه
نصب در بالا، اندازهگیری قابل اعتماد در فضاهای باریک را امکانپذیر میکند.
معایب:
اندازهگیری ممکن است در محیطهای دارای گرد و غبار یا بخار تحت تأثیر قرار گیرد.
اختلاف دما یا تولید گاز میتواند سرعت صوت را تغییر داده و خطاهای اندازهگیری را افزایش دهد.
Pulse Radar Level Transmitter
اصول کار :
یک فرستنده سطح راداری با انتشار پالسهای مایکروویو به سمت سطح ماده و محاسبه فاصله خالی بر اساس زمان رفت و برگشت سیگنالهای منعکس شده عمل میکند.
ویژگیها :
تحت تأثیر تغییرات دما یا گاز قرار نمیگیرد.
اندازهگیری قابل اعتماد حتی در محیطهای غبارآلود یا بخارآلود
معایب :
موادی که ثابت دیالکتریک پایینی دارند، ممکن است به دلیل بازتاب ضعیف سیگنال رادار قابل تشخیص نباشند.
مثال: سیلیس
FMCW Radar Level Transmitter
اصول کار :
یک سطحسنج غیرتماسی مبتنی بر فناوری رادار FMCW. امواج مایکروویو پیوسته با مدولاسیون فرکانس از سنسور ارسال میشوند و فاصله با تجزیه و تحلیل اختلاف فرکانس بین سیگنال ارسالی و سیگنال منعکس شده از سطح ماده تعیین میشود.
ویژگیها :
تحت تأثیر تغییرات دما یا گاز قرار نمیگیرد.
اندازهگیری قابل اعتماد حتی در محیطهای غبارآلود یا بخارآلود
محل نصب بالا، اندازهگیری در فضاهای باریک را امکانپذیر میکند.
معایب :
موادی که ثابت دیالکتریک پایینی دارند، ممکن است به دلیل بازتاب ضعیف سیگنال رادار قابل تشخیص نباشند.
مثال: سیلیس
Guided Wave Radar Level Transmitter
Guided Wave Radar Level Transmitter
پالسهای مایکروویو در امتداد یک طناب راهنما که از سقف مخزن نصب شده است، منتشر میشوند. سنسور زمان رفت و برگشت سیگنال منعکس شده را اندازهگیری کرده و آن را به فاصله هوایی تا جسم اندازهگیری شده تبدیل میکند.
ویژگیها :
برخلاف سنسورهای اولتراسونیک و فرستندههای سطح راداری غیرتماسی، این روش عملاً هیچ زاویه پرتویی ندارد و آن را برای نصب در فضاهای باریک ایدهآل میکند.
معایب :
چسبندگی شدید مواد به پروب میتواند منجر به اندازهگیریهای اشتباه شود.
پیچ خوردگی یا پارگی سیم، و همچنین تجمع مواد روی پروب، میتواند بازتابهای کاذب (نویز) ایجاد کند و احتمال اندازهگیریهای نادرست را افزایش دهد.
Laser Level Transmitter
اصول کار :
لول سنج های سطح غیر تماسی معمولاً از دو اصل اندازهگیری استفاده میکنند: زمان حرکت و تشخیص اختلاف فاز.
روش TOF: زمان رفت و برگشت پالس لیزر بازتاب شده را برای محاسبه فاصله تا هدف اندازهگیری میکند.
روش اختلاف فاز: با تشخیص اختلاف فاز بین سیگنالهای لیزر مدوله شده ارسالی و بازتابی، فاصله را محاسبه میکند.
ویژگیها :
محل نصب بالا امکان اندازهگیری در فضاهای باریک و فواصل چند صد متری را فراهم میکند.
روش TOF: از لیزر کلاس ۱ استفاده میکند و پاسخ سریعی ارائه میدهد.
روش اختلاف فاز: دقت و وضوح بالایی را ارائه میدهد.
معایب :
در محیطهایی با گرد و غبار یا بخار زیاد، پرتو لیزر ممکن است پراکنده یا ضعیف شود و اندازهگیری قابل اعتماد را دشوار کند.
به دلیل محل نصب بالای آن، اگر سطح هدف آینهای و شیبدار باشد، سیگنال منعکسشده ممکن است ضعیف باشد و به اندازه کافی به حسگر برنگردد.
لطفا توجه داشته باشید که روش تشخیص اختلاف فاز اغلب از کلاس لیزر بالاتری استفاده میکند و بنابراین در بسیاری از کاربردها نیاز به مدیریت ایمنی لیزر مناسب دارد.
Float Level Transmitter
اصول کار :
یک شناور متصل به یک نوار فولادی ضد زنگ، سطح مایع را ردیابی میکند (روی سطح مابع حرکت می کند) و طول نوار به طور مداوم برای تعیین فاصله خالی اندازهگیری میشود. انواع آن شامل طرحهای تعادل فنری، لوله آببندی شده و وزنه تعادل است.
ویژگیها :
این روش با ساختاری ساده و مستحکم، دقت اندازهگیری بالا و دوام طولانیمدت را فراهم میکند و آن را برای تشخیص سطح مایع در مخازن بزرگ و کوچک مناسب میسازد.
معایب :
مستعد تجمع مواد است.
قابلیت نگهداری محدود در تاسیساتی با تجهیزات حفاظت در برابر آتش متراکم.
تجمع جامد روی شناور ممکن است منجر به خطاهای اندازهگیری شود.
چسبندگی داخل لولههای آرامش/موجشکن میتواند مانع حرکت شناور شده و باعث نقص عملکرد شود
Displacer Level Transmitter
اصول کار :
ترانسمیتر سطح از نوع جابجایی از یک جابجایی با چگالی بیشتر از مایع فرآیند استفاده میکند. تغییرات در سطح مایع باعث تغییرات متناسب در نیروی شناوری وارد بر جابجایی معلق میشود که به صورت مکانیکی منتقل شده و به سیگنال سطح تبدیل میشوند.
ویژگیها :
مناسب برای اندازهگیری مایعات با وزن مخصوص کم و مؤثر برای اندازهگیری سطح مایع در محیطهای با فشار بالا.
معایب :
محدوده اندازهگیری محدود (تقریباً ۳۰۰ تا ۳۰۰۰ میلیمتر).
در صورت انسداد توسط رسوبات یا لجن، مستعد نقص عملکرد است.
فنر یک قطعه سایشی است.
در صورت تغییر چگالی مایع، کالیبراسیون مجدد لازم است
Displacer Level Transmitter
اصول کار :
یک خاصیت خازنی بین یک الکترود پروب که از سقف مخزن آویزان است و دیواره مخزن تشکیل میشود. هنگامی که ماده مورد اندازهگیری وارد فضای بین الکترودها میشود، ظرفیت خازنی متناسب با سطح تغییر میکند. این تغییر اندازهگیری شده و به اندازهگیری سطح تبدیل میشود.
ویژگیها :
مناسب برای اندازهگیری در فضاهای باریک
معایب :
به عنوان یک حسگر از نوع تماسی، خطر آلودگی به دلیل مواد خارجی وجود دارد.
برای انجام تنظیم صفر، مخزن باید خالی یا تخلیه شود.
خطاهای اندازهگیری ممکن است زمانی رخ دهند که گذردهی نسبی محیط اندازهگیری شده تغییر کند
Pressure Level Transmitter
Guided Wave Radar Level Transmitter
اصول کار :
یک دیافراگم تغییرات فشار مایع ناشی از تغییرات سطح مایع را تشخیص داده و آنها را به اندازهگیری سطح تبدیل میکند. با این حال، این روش باید تحت شرایط فشار اتمسفری درون مخزن استفاده شود.
ویژگیها :
نصب آسان حتی در مکانهایی با فضای نصب محدود.
معایب :
کف بیش از حد میتواند باعث فشار ناهموار مایع شود و در نتیجه دقت اندازهگیری را کاهش دهد.
چسبندگی شدید یا رسوب مواد جامد روی سطح حسگر میتواند دقت را کاهش دهد.
فشار مایع با وزن مخصوص مایع تغییر میکند و نیاز به کالیبراسیون مجدد یا تنظیم دارد.
هنگام انجام تعمیرات، مخزن باید تخلیه شود
Differential Pressure Level Transmitter
اصول کار :
این دستگاه از دو دیافراگم تشکیل شده است: یکی فشار مایع و دیگری فشار داخلی مخزن را اندازهگیری میکند. سطح مایع با کم کردن فشار داخلی مخزن از فشار مایع اندازهگیری شده محاسبه میشود.
ویژگیها :
اندازهگیری بدون تأثیرپذیری از تغییرات فشار داخل مخزن امکانپذیر است.
معایب :
کف بیش از حد میتواند باعث فشار ناهموار مایع شود و در نتیجه دقت اندازهگیری را کاهش دهد.
چسبندگی شدید یا رسوب مواد جامد میتواند دقت اندازهگیری را کاهش دهد.
فشار مایع با وزن مخصوص مایع تغییر میکند و نیاز به تنظیم یا کالیبراسیون مجدد دارد.
هنگام انجام تعمیرات، مخزن باید تخلیه شود
