ملاحظات مرتبط با اندازه گیری سطح
به عبارتی‌طور که گفتیم، مراقبت توجه اندازه گیری، چگونگی فرآورده، ایمنی تیم و بازده اقتصادی مواقعی هستند که استعمال از طریق‌های سطح سنجی را در یک پروسه توجیه می‌نمایند. ولی نحوه‌های اندازه گیری سطح بسیار کلان میباشد. محصول داخل مخزن قادر است مایع، خمیر، جمع انباشته (مانند سیمان و گندم) یا این که گاز مایع باشد. از طرف دیگر، صورت مخزن، سیلو یا این که حتی دور و اطراف‌های متحرک، میتواند در گزینش نوع تجهیز تأثیرگذار باشد. صورت ذیل بعضا از انواع ترانسمیترهای سطح را نماد میدهد که هرمورد برای کاربری خاصی پیاده سازی گردیده‌اند.
دمای مراحل در شرایط گوناگون ممکن میباشد از حدود
−
200
?
C
−200?C
تا
+
450
?
C
+450?C
متغیر باشد. از طرف دیگر، تغییرات و بازه فشار هم می بایست در نظر گرفته شود. ممکن میباشد در مخزنی، وضعیت فضای خالی و فشار
−
1
b
a
r
−1bar
حکم دهنده باشد. اما مخزن دیگری، زیر فشار
+
400
b
a
r
+400bar
قرار بگیرد. نمونه‌هایی از این موردها، مجموع فرآیندها را مشتمل بر میشود؛ از صنعت های شیمیایی و پتروشیمی تا داروسازی و صنعت های غذایی. خلال این خصوصیات فیزیکی، ملاحظات اقتصادی و قابلیت و امکان اعتقادوباور از دیگر مواقعی میباشند که بایستی در تعیین تجهیز مطلوب، مد حیث قرار داده شوند.
گونه های امکانات اندازه گیری سطح
گستردگی امکانات اندازه گیری سطح به این ادله میباشد که هیچ‌یک از این امکانات به تنهایی برای مجموع فرآیندها مطلوب وجود ندارد. از این رو باید در هر روند و هر کاربردی، شایسته ترین و بهینه‌ترین گزینه را تعیین کرد. در این بخش، گونه های امکانات اندازه گیری سطح معرفی و هرمورد به اختصار مطالعه شود. برخی از این امکانات برای اندازه گیری پیوسته سطح به عمل می‌روند. این امکانات، از یک سنسور و ترانسمیتر سطح تشکیل‌شده‌اند و در غایت، سیگنال
4
–
20
m
A
4–20mA
را به اتاق در دست گرفتن ارسال می‌نمایند. دسته دیگر، تجهیزاتی می باشند که برای سنجش سطح در یک نقطه گزینه به کارگیری قرار می گیرند. به‌این امکانات، سوئیچ سطح (level switch) گفته میشود. کاربرد سوئیچ‌های سطح، در گشوده و بسته کردن کنتاکت‌های متصل به آنهاست.
اندازه گیری سطح به شیوه التراسونیک (Ultrasonic)
در‌این امکانات، امواج التراسونیک به سطح محصول باطن مخزن تابیده میشود. این امواج بعداز عکس العمل، به جهت اختلاف چگالی بین هوا و کالا، از سطح مال بازتابیده می گردند و به سنسور برمی‌گردند. مجال زمان ارسال و اخذ این موج، با مسافت سنسور و سطح ماده رابطه مستقیم دارااست. به حساب آوردن این فرصت، معیاری از سطح ماده درون مخزن آماده می‌سازد. صورت پایین، کوشش این دستگاه را به طور شماتیک علامت می دهد. پارامترهای لازم برای کالیبراسیون این تجهیز را مشاهده میکنید. این تجهیز توانا به اندازه‌گیری مسافت‌های کمتر از BD وجود ندارد.
این، یک کدام از معمولی‌ترین و کم‌هزینه‌ترین طرز‌های اندازه گیری سطح میباشد. این طریق غیر تماسی میباشد و برای اندازه‌گیری پیوسته سطح به شغل می‌رود. یکی از کاربردهای اصلی سطح سنج التراسونیک، شبکه ورودی تصفیه‌منزل‌ها و اندازه‌گیری دبی آب در پارشال فلوم میباشد. همینطور می‌توان از این راه برای اندازه‌گیری طول مایعات، خمیرها و عده‌های انباشته نیز به کار گرفت. بعضی گونه های سطح سنج التراسونیک، می‌توانند تا حدود 75 متر را نیز اندازه‌گیری نمایند. از مزیت‌های این‌شیوه می‌اقتدار به مفاد زیر اشاره نمود.
عدم تأثیر پذیری از بعضی خصوصیت‌های جنس مانند اثبات دی‌الکتریک، چگالی و درصد رطوبت
نصب و فعال سازی سهل و آسان و سریع و عدم نیاز به حفظ آراسته
قابلیت و امکان انجام فرآیند کالیبراسیون سوای لبریز و خالی کردن مخزن
اندازه گیری سطح به شیوه خازنی (Capacitance)
سطح سنج خازنی براساس تغییر و تحول گنجایش خازن عمل می‌نماید. به صورت زیر توجه نمائید. در هنگام استعمال از این تجهیز، در بین پراب (probe) و دیواره مخزن، یک خازن الکتریکی تشکیل می شود. اعتنا فرمایید که متاع دیواره مخزن باید از ماده‌ای رسانا باشد. وقتی که فضای میان پراب و دیواره خالی میباشد (صورت 1) خازن تشکیل شده، کمترین گنجایش ممکن را دارااست. در این‌حالت، هوا نقش دی‌الکتریک را اجرا می‌نماید. زمانی که مخزن لبریز می گردد، مبنی بر صورت‌های 2 و 3، ماده‌ای غیر از هوا بین دو تیغه خازن قرار میگیرد. دی‌الکتریک این ماده بیشتر از هواست. در بهره، گنجایش خازن بالا می‌رود.
مشخص و معلوم گردیده است. درین طریق، ارتفاع پراب را می‌قدرت با تمرکز به موقعیت روند، کوتاه‌خیس یا این که رفیعتر گزینش کرد. قابلیت استفاده از سطح سنج خازنی برای هر دو خواسته اندازه‌گیری پیوسته سطح و همینطور سوئیچ سطح وجود دارد. از خصوصیت‌های جالب این تجهیز، می‌قدرت به قابلیت و امکان آن در اندازه گیری سطح جدایش (interface) دو مایع اشاره نمود. مثلا، ادغام آب و بنزین که با یکدیگر ترکیب نمیشوند، را در حیث بگیرید. سطح سنج خازنی برای گستره وسیعی از مایعات مانند آب، بنزین، آب میوه و اسید قابل به کار گیری هست. حداکثر ارتفاعی که با این تجهیز می‌توان اندازه‌گیری کرد را می‌قدرت نزدیک به 10 متر تقریب زد. چون برخی محدودیت‌های فیزیکی، ارتقاء ارتفاع پراب را با ایراد مواجه می سازند.
اندازه گیری سطح به طریق فشار تفاضلی (Differential Pressure)
در‌این شیوه، اندازه گیری سطح با استفاده از اندازه‌گیری فشار اجرا میشود. دوتا ترانسمیتر فشار، یکی در طول %
0
0
و دیگری در طول %
100
100
مخزن نصب میگردند. توجه کنید که‌این دو نقطه، لزوماً هم خوانی به کف و سقف مخزن نیستند. در اینجا، فقطً محدوده‌ای که قرار میباشد در سیستم اتوماسیون تمجید خواهد شد، مد لحاظ قرار میگیرد. اختلاف فشار این دو نقطه و به کارگیری از ارتباط آشنای
Δ
P
=
ρ
×
g
×
H
ΔP=ρ×g×H
، طول جنس را در مخزن بهره می دهد.
به عبارتی‌طور که می‌بینید، با دقت به ارتباط فشار، یکی کارداران تأثیرگذار در اعتنا این تجهیز، چگالی ماده میباشد. از آنجایی که معمولاً در کاربردهای واقعی، اعتنا متعددی روی مقدار چگالی نمی‌شود و مقدار چگالی میانگین آیتم به کارگیری قرار می گیرد، اندازه گیری سطح با کمک این تجهیز، همواره با درصدی از اشتباه یار و همدم میباشد. شماتیک اندازه گیری سطح به شیوه فشار تفاضلی، در صورت تحت قابل مشاهده است. با تمرکز به مطالبی که گفته شد، بهره این اندازه‌گیری را می‌قدرت به طور اختلاف فشار نیز بیان کرد. سنسور فشار بالا (HP) فشار هیدرواستاتیک و سنسور نادر فشار (LP) نیز فشار هد را اندازه‌گیری می‌نماید.
اندازه گیری سطح به روش رادار (Radar)
سطح‌سنج رادار نیز مانند سطح‌سنج التراسونیک و براساس فرصت فرصت رفت و بازگشت موج کار می‌نماید. تفاوت اساسی این دو گروه تجهیز درین میباشد که در سطح‌سنج رادار، به مکان موج التراسونیک، امواج رادیویی منتشر می شود. فرکانس رادیویی جزء امواج الکترومغناطیسی به اکانت میایند و فرکانس بالایی در حد گیگاهرتز دارا‌هستند. سطح‌سنج رادار در بلندترین طول مخزن نصب میشود و آنتن آن، امواج رادیویی ارسال می‌نماید. شماتیک اندازه گیری سطح به نحوه رادار را در صورت زیر مشاهده میکنید.
این روش، غیر تماسی میباشد و چگالی و هدایت الکتریکی ماده موجود در مخزن، تأثیری روی چگونگی اندازه‌گیری ندارد. ولی شاید برگ غالب این تجهیز در مقابل بقیه رقیبانش این باشد که گرد و غبار و نویز، کوچکترین تأثیری روی کوشش سطح‌سنج رادار ندارد. مخزنی را در لحاظ بگیرید که برای انبارکردن جمع انباشته‌ای از سیمان به شغل می‌رود. درین حالت، فضای باطن مخزن همواره پر‌از گرد و غبار میباشد. این گرد و غبار، می تواند کارایی تجهیزی مانند سطح‌سنج التراسونیک را به طور کاملً مختل نماید. البته سطح‌سنج رادار بدون تأثیرپذیری از این آیتم، به عمل خویش ادامه می دهد. از سایر مزایای این‌شیوه می‌توان به تحمل دما تا حدود
+
450
?
C
+450?C
نیز اشاره نمود.
اندازه گیری سطح به طرز رادار هدایت گردیده (Guided Radar)
اساس فعالیت این تجهیز، برخلاف تجهیز قبل، طرز تماسی میباشد. در اینجا از پراب‌هایی برای هدایت فرکانس رادیویی به کارگیری می‌گردد. شماتیک عملکرد سطح‌سنجِ رادارِ هدایت گردیده در صورت پایین نماد داده شد‌ه‌است. با مقایسه این صورت با صورت مرتبط با سطح‌سنج رادار، در مییابیم که فرکانس رادیویی دیگر به طور مخروط منتشر نمیشوند و فقط در راستای پراب هدایت کننده، ذیل می‌آیند. این تجهیز در فرآیندهایی کاربرد دارااست که دی‌الکتریک ماده، نسبتاً ذیل باشد.
خصوصیت‌های اصلی این‌راه، می‌قدرت به این قضیه اشاره نمود که به کار گیری از این تجهیز حتی‌د‌ر هنگام پر شدن مخزن هم در گیر مشکل نمی شود. در سطح‌سنج رادار هدایت گردیده، بعداز اینکه موج رادیویی به سطح ماده عکس العمل می‌نماید، بخشی از آن به تجهیز بازتابیده می‌گردد. اما نصیب دیگر، همچنان به طریق خویش ادامه میدهد. در سود، در‌صورتی‌که دو ماده با دو دی‌الکتریک گوناگون در مخزن وجود داشته باشد، با این‌شیوه می‌توان طول سطح جدایش آنان‌را اندازه‌گیری کرد.
اندازه گیری سطح به طرز رادیومتری (Radiometric)
مبنای این روش اندازه‌گیری این میباشد که امواج گاما در طی عبور از ماده، تضعیف میشوند. اندازه‌گیری به نحوه رادیومتری در کاربردهای متعددی مانند اندازه‌گیری پیوسته سطح، به کار گیری تحت عنوان سوئیچ سطح، تشخیص سطح جدایش و حتی اندازه‌گیری چگالی هم گزینه به کارگیری قرار میگیرد. برای اندازه‌گیری با این راه، به دو تجهیز اساسی نیاز داریم. تجهیز اول، منبع گاما (gamma source) نامیده می شود. لول ترانسمیتر منبع گاما میتواند ایزوتوپی از عنصر سزیم (cesium) یا این که کبالت (cobalt) تعیین شود. این منبع، مطابق صورت تحت، هم جهت لوله یا این که مخزن نصب می‌گردد. ماده باطن مخزن، بخشی از امواج گاما را جذب می‌نماید. ترانسمیتری که در سمت مقابل مخزن نصب گردیده، تجهیز اساسی دوم، محسوب میشود. این ترانسمیتر تحت عنوان اخذ کننده (receiver) کار کرده و امواج ما‌نده گاما را جذب می‌نماید.
ترازو امواج جذب گردیده به وسیله ترانسمیتر را می‌اقتدار تحت عنوان معیاری از پر و خالی بودن مخزن در نظر گرفت. شیوه اندازه گیری سطح به شیوه رادیومتری، از مجموعه شیوه‌های غیر تماسی محسوب میشود و در صورتی‌که فرایند کالیبراسیون به درستی اجرا پذیرد، دقت بالایی هم به همدم خواهد داشت. به جهت احتیاط‌های لازمی که در هنگام فعالیت با این امواج می بایست رعایت شود، هنگامی به سراغ این طرز می رویم که هیچ‌یک از طریق‌های دیگرِ اندازه‌گیری سطح، قابل به کارگیری نباشند. البته برای ایمنی اپراتور، مخزن دربردارنده مواد رادیواکتیو، طوری پیاده سازی می‌گردد که امواج تنها در یک سمت منتشر شوند و سایر جهت‌ها مسدود می گردد. با به کارگیری از این تجهیز، اندازه گیری سطح مایعات، جامدات، مواد سوسپانسیون و حتی دوغاب با تمرکز بالایی اعمال می‌پذیرد. جمعاَ کارگاه‌های سنگ آهن از این تجهیز برای اندازه‌گیری چگالی استعمال میشود.
اندازه گیری سطح به طریق هیدرواستاتیک (Hydro-static)
مبنای اندازه گیری سطح به طریق هیدرواستاتیک، اندازه‌گیری فشار میباشد. این روش، شبیه شیوه فشار تفاضلی میباشد. با این تفاوت که در اینجا، مخزن تحت فشار وجود ندارد و تنها با به حساب آوردن فشار در کف مخزن، می‌اقتدار طول را به دست آورد. در یکی از معمولی‌ترین طرز‌ها می‌توان یک ترانسمیتر فشار ساده را روی فلنجی در بدنه و در حدود کف مخزن نصب کرد به گونه ای که سنسور آن، در تماس با مایع قرار گیرد. پرشین ابزار دقیق در طریق‌ای دیگر، که در صورت زیر آرم داده شد‌ه‌است، سنسور فشار به کمک کابلی از بالا به باطن مخزن پیامبر میشود. در‌این‌صورت، سنسور در اطراف کف مخزن قرار میگیرد و بدنه سنسور به بدنه مخزن بسته می شود تا از جنبش و ارتعاش احتمالی غربت گردد.
مقادیر فشار نسبی و مطلق را در صورت مشاهده میکنید. با دقت به ارتباط کلیدی
P
=
ρ
g
H
P=ρgH
، اعتنا احتساب طول به ترازو متعددی به ظریف بودن چگالی ماده متعلق میباشد. درین تجهیز، ترانسمیتر در خارج و با مسافت از مخزن نصب گردیده و مقدار فشار یا این که طول به طور یک سیگنال جریان
4
–
20
m
A
4–20mA
به اتاق در دست گرفتن ارسال می گردد.
سوئیچ سطح القایی (Conductive)
این سوئیچ‌ها را می‌اقتدار در مایعاتی با هدایت الکتریکی دست‌کم
10
μ
S
/
c
m
10μS/cm
به شغل موفقیت. در بعضا از سوئیچ‌های سطح، این قابلیت وجود دارااست که تجهیز، پنج طول گوناگون را تشخیص دهد. این امکانات، عموماً برای مایعات مطلوب می باشند اما در بعضی کاربردها برای خمیر یا این که دوغاب نیز به عمل گرفته میشوند. به صورت ذیل اعتنا نمایید. برای انتخاب دو نقطه ماکسیمم و مینیمم در مخزن، به تجهیزی با سه پراب نیاز داریم. یکی از پراب‌ها نقش زمین را ایفا می‌نماید. وقتی که مخزن خالی میباشد، در میان پراب‌ها ولتاژ متناوبی برقرار می‌گردد. به محض اینکه ماده‌ای رسانا، فی مابین پراب زمین و یکی از دیگر از پراب‌ها (از جملهً پراب ماکسیمم) قرار بگیرد، بین این دو پراب، جریان الکتریکی برقرار گردیده و سوئیچ عمل می‌نماید. از طرف دیگر نیز به محض اینکه مخزن خالی شود، دیگر میان دو پراب، ماده رسانا وجود نخواهد داشت. در‌این‌صورت، مجدداً جریان الکتریکی مستقل گردیده و سوئیچ به نقطه نخستین خویش بر میشود. وجود این ولتاژ متناوب، از خوردگی پراب‌ها هجران کرده و اذن بروز تغییرات الکترولیتی در کالا جانور در مخزن را نمی‌دهد.
سوئیچ سطح شناوری (Float)
سوئیچ‌های شناوری در طول مشخصی از مخزن نصب میشوند. این سوئیچ‌ها در دو حالتی که سطح مایع از آنها فراتر یا این که زیر‌خیس باشد، تغییر‌و تحول حالت میدهند. با تغییر تحول موقعیت این سوئیچ‌ها، کنتاکت متصل به آنان جدا یا این که وصل می گردد. ساختار این سوئیچ‌ها بسیار معمولی و معدود‌هزینه است. بالا رفتن سطح مخزن از حد ماکسیمم و ذیل‌خیس داخل شدن آن از حد مینیمم، میتواند موجب سرریز شدن یا این که آسیب وصال به پمپ‌ها خواهد شد. در اینگونه حالت‌هایی استعمال از سوئیچ سطح عنایت متعددی داراست. در صورت ذیل، شرایط‌های مختلفی را مشاهده می کنید که می‌توان در آنان این سوئیچ را نصب کرد.
از آنجایی که‌این سوئیچ‌ها از طریق تماسی به کارگیری می‌نمایند، تعیین متاع بدنه و حتی کابل آنها باید با اعتنا به واحد سنجش خورندگی مایع و بقیه ویژگی ها آن صورت پذیرد. از این سوئیچ می‌قدرت حتی در مخازن و مجراهایی که در آنان اسید، نفت و فاضلاب وجود دارااست، بهره برد. تصویر متحرک تحت، کارایی این سوئیچ را به طور شماتیک علامت میدهد.