در هر صنعتی، نظارت و کنترل سطوح سیال برای اطمینان از عملکرد ایمن و کارآمد فرآیندها لازم است؛ سطح سنج‌ها یا لول متر‌ها وسایلی هستند که برای این منظور استفاده می‌شوند. آن‌ها سطح سیالات را در مخازن، کشتی‌ها و خطوط لوله اندازه‌گیری کرده و نمایش می‌دهند. انواع سطح سنج بسیار گسترده است و هر لول متری ویژگی‌ها و مزایای منحصر‌به‌فرد خود را دارد. در این مقاله، نگاهی دقیق‌تر به انواع سطح سنج مایعات خواهیم داشت و کاربردها و مزایای هر کدام را بررسی می‌کنیم.
سطح سنج یا لول متر چیست؟
سطح سنج (level gauge) یا لول متر وسیله‌ای است که نقشی اساسی در صنعت و بالأخص کنترل فرایندها و سازوکارهای شیمیایی ایفا می‌کند. از این ابزار برای پایش و تنظیم سطح مواد شناور در یک محفظه یا فضای محدود استفاده می‌شود. به‌عبارت‌دیگر، سطح سنج، ارتفاع سیالات در یک محفظه را تحت کنترل قرار می‌دهد تا چنانچه سطح سیال، به کمتر یا بیشتر از مقدار مشخصی رسید بتوانیم برای بازگرداندن آن به محدوده‌ی مجاز، اقدامات لازم را انجام دهیم. مخازن انبارش صنعتی، یکی از متداول‌ترین زمینه‌های استفاده از لول سنج‌ها هستند؛ جایی که اگر سطح سیالات از بازه مجاز، خارج شود می‌تواند مشکلات، خسارات و حتی خطرات زیادی را در پی داشته باشد.
البته وقتی صحبت از اندازه‌گیری سطح در صنعت می‌شود، لزوماً نباید به فرایندها و واکنش‌های شیمیایی پیچیده فکر کنیم. اتومبیل‌ها، مثال آشنایی از کاربرد سطح سنج هستند. جایی که کنترل سطح سوخت، روغن و حتی بعضاً مایعی که از آن در فرمان‌های برقی استفاده می‌شود، بسیار مهم است و نه‌تنها با عملکرد سیستم، بلکه با ایمنی سرنشین‌ها نیز رابطه تنگاتنگی دارد. دستگاه‌های قهوه ساز، از دیگر نمونه‌های جالب و آشنای کاربرد لول سنج هستند.
باید بدانیم که کاربرد سطح سنج صرفاً به نظارت و تنظیم سطح مایعات محدود نمی‌شود بلکه می‌توان از آن برای اندازه‌گیری سطح هر نوع ماده‌ای که خاصیت سیال داشته باشد، بهره گرفت که جامدات پودری، مثالی از این نوع مواد هستند.
آشنایی با انواع سطح سنج
این ابزار با توجه به سازوکار و نوع عملکرد در کنترل و نظارت بر ارتفاع سیالات، به انواع مختلفی تقسیم می‌شود که در اینجا ضمن معرفی این انواع، توضیحات مختصر و مفیدی درباره هر یک از آن‌ها خدمتتان ارائه می‌دهیم:
- سطح سنج پنوماتیک ( Pneumatic Level Gauge )
- سطح سنج روش اولتراسونیک (Ultrasonic Level Gauge)
- سطح سنج روش فشار تفاضلی (Differential Pressure Level Gauge)
- سطح سنج روش راداری (Radar Level Gauge)
- سطح سنج شناوری (Float Level Switch)
- سطح سنج ارتعاشی (Vibrating Level Gauge)
- سطح سنج رادیومتری (Radiometric Level Gauge)
- سطح سنج خازنی (Capacitance Level Meter)
- سطح سنج نوری (Optical Level Gauge)
- گیج سطح دیافراگمی (Diaphragm Level Gauge)
1. سطح سنج پنوماتیک ( Pneumatic Level Gauge )
سطح سنج پنوماتیک، نوع متداول دیگری از لول سنج است که بالأخص در سنجش سطح مایعات خطرناک و همین‌طور در شرایطی که به هر دلیلی استفاده از جریان الکتریسیته برای پایش سیستم ممکن یا مؤثر نباشد، کاربرد دارد. در اینجا ارتفاع سیال با استفاده از فشار هوا اندازه‌گیری می‌شود. خود سنسور، هیچ تماس مستقیمی با محتویات محفظه ندارد و متناسب با فاصله‌اش از سطح مایع، فشار هوای مابین را اندازه می‌گیرد. هر قدر سطح مایع در ظرف بالا برود، فشار داخلی محفظه افزایش و هر قدر سطح مایع پایین بیاید، فشار داخلی محفظه نیز کاهش می‌یابد. با استفاده از همین معیار، میزان مایع موجود در محفظه و فضای خالی باقیمانده در آن توسط سنسور محاسبه می‌شود.
استفاده از سطح سنج پنوماتیک، در مقایسه با مدل‌های دیگر لول سنج، معمولاً مقرون به صرفه‌تر است. عدم نیاز به منبع تغذیه و امکان استفاده در شرایط مختلف، از دیگر مزایای این ابزار هستند. با این‌حال به دلیل سازوکار مکانیکی این نوع ابزار، باید در فواصل زمانی مشخص به بررسی وضعیت و در صورت نیاز، نظافت آن پرداخت.
2. سطح سنج روش اولتراسونیک (Ultrasonic Level Gauge)
پای امواج اولتراسونیک به عرصه‌ی سنسورهای لول سنج نیز باز شده است. اولتراسونیک نیز مثل نوع پنوماتیک، تماسی با سطح مایع ندارد و در فاصله‌ای مشخص، امواج اولتراسونیک را به‌سوی سطح سیال گسیل می‌کند. این امواج پس از رسیدن به سطح، مجدداً به سنسور بازمی‌گردند و از مدت‌زمان این رفت و برگشت، به‌عنوان مبنایی برای محاسبه ارتفاع سیال در ظرف استفاده می‌شود. واضح است که هر قدر زمان رفت و برگشت امواج، کمتر باشد، سطح مایع موجود در ظرف کمتر است و چنانچه این سطح از حد مشخصی فراتر رود، سنسور به نشانه هشدار آلارم می‌دهد.
ویژگی‌ها:
- اندازه‌گیری بدون تماس
- مناسب برای طیف وسیعی از مایعات و جامدات حجیم
- قابل استفاده در مخازن باز یا بسته
3. سطح سنج روش فشار تفاضلی (Differential Pressure Level Gauge)
سطح سنج روش فشار تفاضلی یکی از انواع سطح سنج است که براساس اصل اندازه‌گیری اختلاف فشار بین دو نقطه عمل می‌کند؛ یکی پایین مخزن و دیگری به بالا.
ویژگی‌ها:
- معمولا در لوله‌های بسته استفاده می‌شود.
- مناسب برای سیال خورنده و دمای بالا
4. سطح سنج روش راداری (Radar Level Gauge)
دبی‌سنج راداری، یکی از انواع سطح سنج است که فاصله فرستنده (واقع در نقطه‌ای بلند) را تا سطح یک ماده که در قسمت پایین‌تری از سنسور قرار دارد، به روشی مشابه فرستنده‌های اولتراسونیک، اندازه‌گیری می‌کنند. هنگامی که امواج الکترومغناطیسی به سطح سیال برخورد می‌کند، به سمت آنتن رادار منعکس می‌شوند. آنتن سیگنال را به گیرنده ارسال کرده و محاسبات مربوط به فاصله را انجام می‌دهد.
ویژگی‌ها:
- غیرتماسی و مناسب برای طیف وسیعی از کاربردها
- مناسب برای شرایط چالش‌برانگیز محیطی
- قابل استفاده برای سنجش سطح انواع مایعات
- ایمنی، بهره‌وری انرژی و سازگاری با محیط زیست
5. سطح سنج شناوری (Float Level Switch)
سطح سنج روش شناوری یا سوئیچ‌های شناور نوعی سنسور سطح هستند که بر روی سطح مایع شناور می‌شوند. آن‌ها از یک بدنه شناور توخالی که حاوی یک سنسور یا «سوئیچ» است، تشکیل شده‌اند که معمولا مغناطیسی است. با افزایش یا کاهش سطح مایع، سوئیچ شناور متناسب با سطح به بالا یا پایین حرکت می‌کند و یک دستگاه مغناطیسی، حرکت آن را ردیابی کرده و محاسبات مربوط به سطح را انجام می‌دهد.
ویژگی‌ها:
- طراحی ساده بدون قطعات متحرک در تماس با سیال
- مقرون‌به‌صرفه
- نصب و تنظیمات راحت
- کالیبراسیون در زمان اجرا
- گیج، فرستنده و سوئیچ‌ها از یک سخت‌افزار استفاده می‌کنند.
- اندازه‌گیری مداوم سطح، حتی در هنگام قطع برق
6. سطح سنج ارتعاشی (Vibrating Level Gauge)
در سطح سنج ارتعاشی که با نام‌هایی مثل دیاپازنی و لرزشی هم شناخته می‌شود، مبنای سنجش ارتفاع سیال در محفظه، فرکانس و دامنه ارتعاش سنسور است. بدین معنا که به‌محض تماس محتویات محفظه با سنسور، میزان ارتعاش آن کاهش یافته و زمانی که این کاهش، به بیشتر از حد مشخصی برسد، فرمان آلارم صادر می‌شود.
البته نوع دیگری از لول سنج هم با نام سطح سنج پره‌ای وجود دارد که عملکرد آن شباهت زیادی با مدل ارتعاشی دارد و از آن به شکل گسترده‌ای در صنایع مختلف بالأخص صنایع غذایی استفاده می‌شود. در اینجا به جای دامنه و فرکانس، سرعت گردش پره است که ارتفاع سیال در محفظه را مشخص می‌کند. پره‌ای که البته انرژی لازم برای چرخش را از یک منبع تغذیه الکترونیکی دریافت می‌کند.
7. سطح سنج رادیومتری (Radiometric Level Gauge)
سطح سنج‌های رادیومتری از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو برای اندازه‌گیری سطح سیالات استفاده می‌کنند. میزان تابش رادیواکتیو با عبور از سیال کاهش می‌یابد و درجه تضعیف تابش برای تعیین سطح استفاده می‌شود.
ویژگی‌ها:
- مناسب برای کاربردهای با دما و فشار بالا
- اندازه‌گیری سطح در مایع و جامد
- اندازه‌گیری سطح به شکل مداوم
- بدون نیاز به تماس با مایع و جامد
8. سطح سنج خازنی (Capacitance Level Meter)
اگر می‌خواهید بدانید سطح سنج خازنی چیست، لول مترهای خازنی نوعی لول متر هستند که تغییرات در ظرفیتِ بین پروب و دیواره مخزن را اندازه‌گیری می‌کنند. ثابت دی الکتریک ماده بین پروب و مخزن، بر ظرفیت خازن تأثیر می‌گذارد. این دستگاه براساس اصل کوپلینگ خازنی عمل می‌کند و می‌تواند موادی را که رسانا یا دارای دی‌الکتریکی غیر از هوا هستند، تشخیص داده و به‌طور متوالی اندازه گیری کند.
ویژگی‌ها:
- مناسب برای مایعات و جامدات حجیم
- حساسیت و دقت بالا
- قابل استفاده در سیالات خورنده و غیر رسانا
- ساختار، نصب و تنظیم ساده
- هزینه و وزن کم
به طور کلی، خرید سطح سنج خازنی از شرکت آریا سپند یک انتخاب هوشمندانه برای افرادی است که به دنبال ابزارهای با کیفیت و قابل اعتماد برای اندازه‌گیری سطح هستند.
9. سطح سنج نوری (Optical Level Gauge)
سطح سنج‌های نوری از اصل بازتاب داخلی کل برای اندازه‌گیری سطح سیال استفاده می‌کنند. نور از طریق یک منشور منتقل می‌شود و از زاویه بازتاب برای تعیین سطح استفاده می‌کند.
سنسور نوری دارای یک منبع نور LED است و یک آشکارساز فوتوالکتریک دارد. نور به‌سمت منشور مخروطی شکل هدایت می‌شود. اگر مخروط بالای مایع باشد، نور از مخروط به آشکارساز منعکس می‌شود و اگر مخروط در زیر یا در مایع غوطه‌ور باشد، نور به داخل مایع منعکس شده و به آشکارساز نمی‌رسد. بنابراین، اگر آشکارساز، نوری دریافت نکند، مدار آشکارساز نور یک کنتاکت رله کنترلی را برای آلارم یا کنترل فعال می‌کند.
ویژگی‌ها:
- جمع و جور
- بدون قطعه متحرک
- کاربردهای دما و فشار بالا
- مصونیت در برابر تداخل الکترومغناطیسی
10. گیج سطح دیافراگمی (Diaphragm Level Gauge)
دبی‌سنج‌های دیافراگمی یکی از انواع سطح سنج هستند که از یک محفظه دیافراگمی متصل به مخزن استفاده می‌کنند. تغییرات در سطح مایع باعث می‌شود دیافراگم حرکت کند و سطح را به یک مقیاس یا نشانگر نشان دهد.
ویژگی‌ها:
- مناسب برای مخازن تحت فشار
- کاربرد رایج در دیگ بخار
- ارائه یک نشانه بصری مستقیم از سطح مایع
نکات مهم در انتخاب سطح سنج مناسب
برای انتخاب انواع سطح سنج مناسب باید نکات زیر را در نظر بگیرید:
- محدوده فشار مناسب را برای کاربرد خود تعیین کنید. لول متر انتخابی باید در این محدوده کار کند.
- نوع و ویژگی‌های ماده‌ای که قرار است سطح آن سنجیده شود را در نظر بگیرید.
- سطح دقت مورد نیاز برای کاربرد خود را تعیین کنید.
- شرایط محیطی که گیج در آن کار خواهد کرد را در نظر بگیرید.
- اطمینان حاصل کنید که گیج با تکنیک نصب و معیارهای سیستم شما سازگار است.
- هزینه‌ها را در نظر بگیرید.
کاربرد سطح سنج‌ها
انواع سطح سنج در صنایع مختلف برای نظارت و اندازه‌گیری سطح سیال در مخازن، کشتی‌ها و… استفاده می‌شود. در اینجا برخی از کاربردهای رایج دبی‌مترها آورده شده است:
- کارخانه‌های فرآوری شیمیایی: برای نظارت بر سطوح مواد شیمیایی خورنده و خطرناک در مخازن
- صنعت نفت و گاز: نظارت بر سطوح نفت خام، محصولات تصفیه‌شده و سایر سیالات
- تصفیه‌خانه‌های آب: برای نظارت بر سطح آب در مراحل مختلف فرآیند تصفیه و مدیریت کارآمد منابع آب
- نیروگاه‌های برق: نظارت بر سطح آب در بویلرها، کندانسورها و سایر اجزای حیاتی
- صنایع غذایی و آشامیدنی: در مخازن ذخیره‌سازی مواد و نظارت بر پرشدن ظروف
- تولید دارو: کنترل دقیق سطح مواد مخلوط‌شده برای حفظ کیفیت محصول
- صنعت پتروشیمی: نظارت بر سطوح مختلف پتروشیمی
- سیستم‌های HVAC: نظارت بر سطح آب یا سایر سیالات در برج‌های خنک‌کننده، بویلرها و مخازن
- صنعت کشتیرانی: نظارت بر سطح سوخت و سایر مایعات حیاتی برای عملکرد کشتی
اهمیت سطح سنج‌ها در صنعت
سنجش سطح تقریبا در تمام صنایعی که با سیالات و حتی جامدات ذخیره‌شده سر و کار دارند، اهمیت دارد. سنجش سطح با استفاده از لول متر به دلیل ارائه خدمات زیر در صنعت محبوب است:
- جلوگیری از سرریز مخزن (مخصوصا مخازن حاوی مواد گران‌قیمت یا خورنده)
- جلوگیری از هدررفت مواد و در نتیجه هزینه زیادتر
- نظارت بر نسبت دقیق اختلاط مواد مختلف در صنعت
- مشخص‌کردن زمان نیاز به خرید مجدد سیالات ذخیره‌شده در تانکر
- نظارت بر منابع طبیعی (سطوح آب و… )
- حفظ استانداردهای یکسان برای میزان پرشدن ظروف با محصول
- ثابت نگه‌داشتن کیفیت محصول نهایی با کنترل میزان مواد اولیه
معرفی بهترین برند سطح سنج
برند آریا سپند تولید‌کننده انواع سطح سنج صنعتی از جمله لول سوئیچ خازنی است. این شرکت در سال 1387 به منظور طراحی و ساخت انواع ابزار دقیق شروع به‌کار کرد و اکنون با گذشت حدود 15 سال، طیف وسیعی از محصولات ابزار دقیق از جمله انواع لول متر را ارائه می‌دهد.
نتیجه گیری
سطح سنج یا لول متر، یکی از دستگاه‌های ابزار دقیق است که در بسیاری از صنایعی که با سطح مایع و حتی جامد در ارتباط هستند، استفاده می‌شود. انواع سطح سنج بسیار متفاوت است و هر کدام از این انواع با مکانیزم خاص خود کار می‌کنند. شرکت آسیا سپند یکی از معدود تولیدکننده‌های داخلی است که توانسته محصولات خود در این زمینه را قابل رقابت با بهترین تولیدات خارجی ارائه کند.
