از گذشته تاکنون، اندازه‌گیری سطح مخازن یکی از مهم‌ترین و سخت‌ترین کارها برای صاحبان صنعت بوده؛ به‌طوری که با کمک ابزار یا وسیله‌ای بدون خطا، خطرهای جانی و هزینه‌های گزاف و… سطح مایعات و یا سایر سیالات درون مخازن را اندازه‌گیری کنند.
اندازه‌گیری سطح مخازن مایعات و یا سطح مواد جامد داخل سیلو، از اهمیت فراوانی برخوردار است. در این مقاله سعی خواهیم کرد انواع روشهای اندازه گیری سطح را که در صنایع مختلف به کار گرفته می شوند را شرح دهیم. در حالت کلی روشهای اندازه‌گیری سطح به دو دسته اندازه گیری سطح تماسی و غیر تماسی، تقسیم می‌شوند که در ادامه جزئیات این روشها را شرح می‌دهیم:
روش اندازه‌گری سطح به‌صورت غیر تماسی:
در این روش بدون اینکه سنسور با مایع یا سیال درون مخزن در تماس باشد، می‌توان سطح مایع را اندازه‌گیری کرد. روش اندازه‌گیری غیر تماسی با کمک ابزارهای زیر انجام که در ادامه معرفی کردیم انجام می‌شود:
- لول سنج‌های التراسونیک
- لول سج‌های امواج رادار
- لول سنج‌های لیزری
- لول سنج‌های رادیو اکتیو
در ادامه به بررسی روشهای اندازه‌گیری غیرتماسی می‌پردازیم:
لول سنج‌های التراسونیک:
در این روش، امواج از سنسور سطح لول سنج التراسونیک که معمولا فرکانس بالای ۴۰کیلو هرتز دارد، ساطع می‌شود و با برخورد به سطح مایع انعکاس پیدا می‌کند. زمان رفت و برگشت امواج در برخورد با سطح مایع یا سیالات درون مخزن، توسط سنسورهای سطح سنج التراسونیک اندازه‌گیری می‌شود و بدین ترتیب سطح مایعات را محاسبه می‌کنند.
عملکرد سنسورهای التراسونیک به این صورت که سنسور فاصله‌ی خود را تا سطح مایع محاسبه می‌کند و از فاصله‌ی کلی کم می‌کند و سطح سیال درون مخزن به دست می‌آید.
لول سج‌های امواج رادار:
لول سنج‌های امواج رادار از طریق هوا امواج مایکروویو را از شاخ یا آنتن میله‌ای در بالای مخزن به پایین پرتو می‌کنند. سیگنال از سطح سیال به آنتن منعکس می‌شود و یک مدار زمان‌بندی فاصله تا سطح سیال را با اندازه‌گیری زمان رفت و برگشت محاسبه می‌کند.
این روش هم تقریبا مشابه با روش التراسونیک است، با این تفاوت که این روش، دو مدل انداره‌گیری دارد:
- انداره‌گیری امواج رفت و برگشت رادار
- اندازه‌گیری فرکانس ساطع شده از سطح مایعات.
لول سنج‌های لیزری:
روش اندازه‌گیری سطح با استفاده از لول‌سنج‌های لیزری برای جامدات حجیم،مایعات غلیظ و مایعات مات مانند مخزن کثیف، شیر و استایرن مایع طراحی شده‌اند، عملکرد لول سنج‌های لیزری بسیار شبیه به سنسورهای سطح اولتراسونیک است. با این حال، به جای استفاده از سرعت صوت برای یافتن سطح، از سرعت نور استفاده می کنند.
لول سنج‌های رادیو اکتیو:
در این روش از یک طرف راکتور یا مسیری که مورد استفاده است، یک سورس رادیواکتیو نصب می‌شود و دتکتور آن در طرف دیگر مخزن قرار می‌گیرد.
روند کار آن بدین شکل است که امواج رادیو اکتیو از سورس ساطع می‌شود و هرچقدر که سطح مایع بالاتر بیاید، امواج رادیواکتیو ساطع شده کمتر به دتکتور می‌رسد.
در واقع به گونه‌ای این لول سنج در اندازه‌گیری معکوس عمل می‌کند. هرچه میزان امواج دریافتی به دتکتور کمتر باشد، نشان دهنده‌ی این است که سطح آب بالاتر آمده. سنسور رادیواکتیو سنسور گران قیمتی است و برای مخازن خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد به عنوان مثال در محیط‌های خیلی اسیدی، مخازنی که دمای بسیار بالایی دارند، از این سنسورها استفاده می‌شود.
مزایای سنسورهای غیر تماسی:
این سنسورها وابستگی به جنس ماده ندارند، یعنی چه در مخازن مواد اسیدی و خورندگی بالا قرار بگیرند چه در مخازنی که مواد شرایط نگهداری خاصی دارد مانند قیر؛ اندازه‌گیری را بدون اختلال در محاسبات انجام می‌دهد.
معایب سنسورهای غیر تماسی:
سنسورهای غیر تماسی خصوصا سنسورهای التراسونیک، نسبت به گرد و غبار و دما و کف روی سطح مایع ایجاد می‌شود حساسیت دارند.
در روش لول سنج‌های امواج رادار نسبت به التراسونیک حساسیت کمتری دارد، اما، قیمت تمام شده آن برای صنایع مصرفی خیلی بیشتر است. عمدتا در صنعت از روش التراسونیک استفاده می‌شود به این دلیل که تکنولوژی ساده‌تر و قیمت نهایی کمتری دارد.
سنسور التراسونیک در متدهای مختلف با توجه به کاربردی که دارد، در ابعاد از یک متر تا ۲۰ متر سنسور ساخته می‌شود. همچنین علاوه‌بر مخازن مایعات در سوله‌های گندم و سوله‌های مواد پودری هم استفاده می‌شود.
لول سنج‌های امواج رادارها برای فضاها و مخازنی که شرایط خاص‌تری دارند استفاده می‌شوند؛ به عنوان مثال مخازنی که بخارات شدید است، حجم کف روی مایع زیاد است، مخزن تحت فشار است یا دمای بالایی دارد از این سنسورها استفاده می‌شود. قیمت سنسورهای رادار نسبت به التراسونیک بالاتر است.
لول سنج‌های لیزری کاربرد کمی در صنعت دارد و معمولا برای جاهایی که ارتفاع زیاد است مورد استفاده قرار می‌گیرد.
روشهای اندازه‌گیری تماسی:
در این روش برای اندازه‌گیری سطح حتما باید سنسور با مایع در تماس باشد و مدل‌های اندازه‌گیری مختلفی دارد.
سنسورهای لول سنج خازنی:
در این روش اندازه‌گیری بر پایه‌ی عملکرد خازن‌ها است. عملکرد این لول سنج‌ها بدین صورت است که سنسور مانند یک خازن عمل می‌کند و مایعی که درون مخزن قرار دارد به عنوان یک دی‌الکتریک درون خازن عمل می‌کند. هرچه سطح سیالات درون مخزن بالاتر بیاید، دی‌الکتریک بیشتر شده و ظرفیت خازن افزایش می‌یابد.
مزایای سنسورهای لول سنج خازنی:
از مزایای سنسورهای لول سنج خازنی، می‌توان به قیمت مقرون به‌صرفه، دقت بالا، خرابی بسیار کم چون قسمت مکانیکی ندارد، هزینه نگهداری بسیار پایین، موارد استفاده‌ی آن بیشتر برای مخازن مایعات رقیق است و… اشاره کرد.
مجموعه‌ی آریا سپند امکان ساخت سنسورهای لول سنج خازنی تا طول ۹ متر را دارد.
معایب سنسورهای لول سنج خازنی:
در مخازنی که مایعاتی که خاصیت چسبندگی، غلظت یا دمای خیلی بالایی دارند، این سنسور قابل استفاده نیست.
سنسورهای لول سنج دیسپلیسر:
روش کار این سنسور از روشهای اندازه‌گیری قانون شناوری ارشمیدس استفاده می‌کند.
در این روش، سنسور لول سنج یک وزنه تحت عنوان دیسپلیسر دارد که داخل آب معلق است اما شناور نیست عملکرد آن بدین صورت است که هرچه سطح مخازن بالاتر بیاید، نیرویی که به میله‌ی اندازه‌گیری دیسپلیسر وارد می‌شود کمتر است.
مزیت سنسور دیسپلیسر:
برای مایعات و مخازن خیلی خاص قابل استفاده است. به عنوان مثال مایعات اسیدی، مایعاتی که خورندگی و یا غلظت بالا، دمای خیلی بالا دارند.
به علاوه این سنسورها برای مناطق پر خطر مثل مخازن بنزین و مایعات سوختی که قابلیت اشتعال دارند از سنسورهای لول سنج دیسپلیسر استفاده می‌شود
سنسورهای اختلاف فشار:
عملکرد این سنسور به گونه‌ای است که می‌تواند اختلاف فشار بالا و پایین مخزن را اندازه‌گیری کند. زمانی که فشار بالا و پایین مخزن برابر باشد یعنی مخزن تحت فشار باشد، هرچه سطح مایعات درون مخزن بالاتر بیاید فشار پایین آن بالاتر می‌رود.
روش دبی:
این روش نسبت به سایر روشها بسیار پرکاربرد‌تر است و بیشترین کاربرد آن در صنعت است. چراکه برای انواع مایعات قابل استفاده است، دقت خوبی دارد، قیمت مناسبی دارد. در این روش امکان اندازه‌گیری مایعات با دمای بسیار بالا وجود دارد.
روش غوطه‌وری:
نحوه‌ی عملکرد این روش بدین شکل است که با استفاده از یک گوی که جرم حجمی آن نسبت به مایع درون مخزن کمتر است و در آن شناور می‌شود. داخل این گوی یک آهنربای مغناطیسی قرار دارد به طوری که داخل سنسور آن سوئیچ‌های مغناطیسی که به آهنربا حساس هستند قرار دارد. این سنسورها تکنولوژی بسیار ساده و قیمت مقرون به‌صرفه‌ای دارند اما دقت آن بسیار پایین است.
نتیجه گیری:
هر یک از روشها و ابزارهای لازم که در مقاله‌ی بالا معرفی شد، برای اینکه بهترین عملکرد را داشته باشند باید متناسب با صنعت کسب و کار انتخاب شوند. مجموعه‌ی آریا سپند با سالها تجربه در زمینه‌ی لول‌سنج‌ها و دیتالاگرها بهترین انتخاب را متناسب با کسب و کارتان به شما معرفی می‌کند.
