قبل از پیدایش تجهیزات تشخیص سطح به شکل امروزی، ابزارهای سادهای مانند چوبهای شناور و نشانههای حک شده برای کنترل مخازن به کار میرفتند. با پیشرفت فناوری سطح سنجهای مکانیکی و فشارسنجها توسعه یافتند و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفتند. در قرن بیستم، با رشد فناوری الکترونیک، سطح سنجهای الکترونیکی و دیجیتال به بازار آمدند که دقت و قابلیت اطمینان بالاتری داشتند.
سطح سنج مخزن آب و مایعات چیست؟
سطح سنج مخزن آب دستگاهی برای اندازهگیری و کنترل میزان آب موجود در مخازن است. این دستگاهها میتوانند میزان آب را به دو صورت پیوسته و نقطهای کنترل کنند. همچنین سطح سنجها میتوانند تماسی یا غیرتماسی باشند؛ دستگاههای تماسی مستقیماً با مایع در تماس هستند، در حالی که دستگاههای غیرتماسی از فاصله معینی سطح مایع را اندازهگیری میکنند.
مقاله کاربردی
سطح سنج چیست؟ انواع و بهترین برندها
کنترل موجودی آب برای مدیریت بهینه منابع، نظارت بر فرآیندها و جلوگیری از سرریز یا کمبود آب حیاتی و ضروری است.
کاربرد سطح سنج مخزن آب
سطح سنجهای مخزن آب در بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف به کار میروند. آنها برای مدیریت منابع آب در سیستمهای آبرسانی شهری، کشاورزی، نیروگاهها، پالایشگاهها، صنایع شیمیایی و غذایی استفاده میشوند. این دستگاهها با اندازهگیری دقیق سطح آب، به کنترل و نظارت بر میزان آب موجود در مخازن کمک میکنند و از سرریز یا کمبود آب جلوگیری میکنند. اطلاعات حاصل از سطح سنجها به بهینهسازی فرآیندهای تولید، کاهش هزینهها و افزایش ایمنی کمک میکند.
انواع سطح سنج مناسب مایعات
1. سطح سنج شناوری (Float Level Sensors)
2. سطح سنج مبتنی بر فشار (Pressure Level Sensors)
3. سطح سنج فراصوت (Ultrasonic Level Sensors)
4. سطح سنج راداری (Radar Level Sensors)
5. سطح سنج خازنی (Capacitive Level Sensors)
6. سطح سنج نوری (Optical Level Sensors)
7. سطح سنج دیاپازونی (Tuning Fork Level Sensors)
سطح سنجهای شناوری
سطح سنجهای شناوری از یک جسم شناور استفاده میکنند که با تغییر سطح مایع بالا و پایین میرود. این حرکت مکانیکی به یک سیگنال الکتریکی تبدیل میشود که سطح مایع را نشان میدهد.
به عنوان مثال، در مخازن ذخیره آب خانگی و صنعتی، استفاده از لول سوئیچ شناوری یا فلوتری برای کنترل سطح آب رایج است. برای درک بهتر مطالب در تصویرهای زیر دو نمونه سنسور شناوری یا فلوتری قرار دادهایم.
Float Level Switch NEC
For liquids
Contact
1 micro switch
Material
polypropylene (PP) Hypalon® coated
pmax
5.5 bar
tmax
85°C
Switching voltage
max 250VAC 6A
Level Switch RFS KOBOLD
For liquids
Contact
1 reed switch
Connection
G½, ½” NPT
Material
stainless steel 1.4305, 1.4404
pmax
10 bar
tmax
120°C
Liquid density
>0.8 g/cm3
Switching voltage
max 300VAC 0.5A
max 350VDC 0.7A
سطح سنجهای مبتنی بر فشار
سطح سنج هیدرواستاتیک بر اساس اصل فشار پاسکال کار میکند. با اندازهگیری فشار مایع در انتهای مخزن، میتوان ارتفاع مایع را محاسبه کرد. این روش برای مخازن بزرگ و عمیق مناسب است.
ترانسمیتر فشار از این نوع دستگاهها است که در صنعت نفت، گاز و پتروشیمی برای اندازهگیری سطح مخازن ذخیره نفت خام استفاده میشود.
ترانسمیتر فشار هیدرواستاتیک وگا VEGAWELL 52 با سلول اندازه گیری سرامیکی برای اندازه گیری سطح مایعات همانند مخازن آب، فاضلاب و همچنین اندازه گیری سطح در سد ها و چاه های عمیق ایده آل است.
سنسور فشار هیدرو استاتیک با حداکثر طول کابل سنسور 1000 متر قابل سفارش است.
VEGAWELL 52
Submersible pressure transmitter with ceramic measuring cell
Measuring Pressure
0 … 60 bar
Process temperature
-20 … 80 °C
Measuring range
500 m
Accuracy
0.1 %
Frequency
80 GHz
Output
4 … 20 mA
Two-wire: 4 … 20 mA/HART
Protection rating
IP66/IP67
IP68
سطح سنجهای التراسونیک
سطح سنجهای فراصوت از امواج صوتی برای اندازهگیری فاصله تا سطح مایع استفاده میکنند. این دستگاهها غیرتماسی هستند و برای مخازن با مایعات خورنده یا در شرایط بهداشتی مناسب هستند.
در تصفیهخانه های آب شهری، سطح سنج التراسونیک برای نظارت بر سطح مخازن آب و فاضلاب به کار میروند.
Ultrasonic Level Meter NUS-4
Measuring range
liquids up to 25 m, solids up to 10 m
Connection
G 1½ , G2, 1½” NPT, 2″ NPT male thread,
flange DN80, 125, 150, ANSI 3″,5″,6″
Material connection
PP, PVDF
pmax
3 bar abs.
tmax
90°C
Accuracy
±0.2 % of reading ±0.05 % of full scale
Power supply
12 – 36 VDC, 2-wire
Output
4 – 20 mA, relay
LCD-indication and programming unit
سطح سنجهای راداری
سطح سنجهای راداری از امواج رادار برای اندازهگیری سطح مایع استفاده میکنند. این دستگاهها دقت بالایی دارند و میتوانند در شرایط سخت محیطی و در دماهای بالا یا پایین کار کنند.
از کاربردهای سطح سنج راداری در مخازن آب، استخرها و فلوی کانال های باز است همچنین در صنایع شیمیایی و دارویی، برای اندازهگیری سطح مواد خورنده و خطرناک استفاده میشوند.
در تصویر زیر سطح سنج راداری 80 گیگا هرتز سری بیسیک وگا با قیمتی رقابتی نسبت به دیگر برندها آورده شده است. برای دیدن نقد و بررسی این دستگاه ویژه بر روی عکس کلیک فرمایید.
VEGAPULS 31
Compact radar sensor for continuous level measurement
Process temperature
-40 … 80 °C
Measuring range
15 m
Process pressure
-1 … 3 bar
Accuracy
± 2 mm
Frequency
80 GHz
Output
4 … 20 mA/HART
Protection rating
IP66/IP67, Type 4X
سطح سنجهای خازنی
سطح سنجهای خازنی بر اساس تغییرات ظرفیت خازنی که با تغییر سطح مایع ایجاد میشود، کار میکنند. این دستگاهها معمولاً در محیطهای بهداشتی مانند صنایع غذایی و دارویی استفاده میشوند.
در مخازن مواد آبکی، سیلوهای سیمان، آهک، سیلیس و کربنات سدیم، لول سوئیج خازنی نصب و کاربرد دارد.
سطح سنجهای نوری و لیزری
سطح سنجهای نوری از تغییرات در بازتاب نور برای اندازهگیری سطح مایع استفاده میکنند. این دستگاهها نیز غیرتماسی هستند و برای مایعات شفاف و نیمهشفاف مناسباند.
به عنوان مثال، در صنایع دارویی، سطح سنجهای نوری برای نظارت بر سطح مایعات شفاف مانند محلولهای دارویی به کار میروند.
سطح سنجهای دیاپازونی
سطح سنجهای دیاپازونی از ارتعاشات یک چنگال تنظیمشده برای تشخیص سطح مایع استفاده میکنند. این دستگاهها با ایجاد ارتعاشات فرکانسی در چنگال و تحلیل تغییرات فرکانس در تماس با مایع، سطح مایع را تعیین میکنند. این سنسورها برای مایعات چسبناک و جامدات پودری نیز مناسب هستند.
در صنایع غذایی و نوشیدنی لول سوئیچ دیاپازونی برای نظارت بر سطح مایعات چسبناک مانند سسها و شربتها استفاده میشوند. در تصاویر زیر چند نمونه سنسور دیاپازونی قرار دادهایم.
VEGASWING 61
Vibrating level switch for water
liquids (density: > 0.5 … 2.5 g/cm³)
Process temperature
-50 … 250 °C
Process pressure
-1 … 64 bar
Output
Relay (DPDT), Transistor (PNP/NPN)
Contactless electronic switch
Two-wire, NAMUR
Operating voltage
12 … 35 V DC
Process fitting
Thread G½, G¾, G1, M24 x 1.5
Thread ½ NPT, ¾ NPT, 1 NPT
Clamp 1″, 1½”, 2″
نحوه انتخاب سطح سنج مخزن آب چگونه است؟
در ادامه مراحل انتخاب و خرید سطح سنج برای مخازن آب آورده شده است، که عبارتند از:
- تعیین نیازمندیها
برای انتخاب مناسبترین سطح سنج، ابتدا باید نیازمندیهای خاص کاربرد خود را مشخص کنید. عواملی مانند نوع مایع، دمای عملیاتی، فشار، اندازه مخزن و شرایط محیطی باید در نظر گرفته شوند. همچنین، دقت اندازهگیری مورد نیاز و نوع خروجیهای سیگنال (آنالوگ یا دیجیتال) نیز مهم هستند.
2. بررسی شرایط مایع
نوع و ویژگیهای مایع داخل مخزن بسیار مهم است. برخی مایعات ممکن است خورنده، چسبنده یا دارای ذرات معلق باشند که میتواند بر عملکرد سطح سنج تاثیر بگذارد. همچنین، ویژگیهای فیزیکی مایع مانند چگالی، ویسکوزیته و دمای کاری نیز باید در نظر گرفته شود.
3. نوع مخزن و محیط
اندازه و شکل مخزن، نوع مواد ساخت مخزن و شرایط محیطی نیز از عوامل تاثیرگذار در انتخاب سطح سنج مناسب هستند. برای مثال، در مخازن باز یا تحت فشار، نوع سطح سنج متفاوت خواهد بود. همچنین، در محیطهای صنعتی با شرایط سخت مانند دمای بالا، رطوبت زیاد یا محیطهای خورنده، سطح سنجهای مقاوم و با قابلیت تحمل بالا باید انتخاب شوند.
4. دقت و پاسخدهی
دقت مورد نیاز برای اندازهگیری سطح مایع و زمان پاسخدهی سطح سنج نیز باید در نظر گرفته شود. برخی کاربردها نیاز به دقت بالا و پاسخدهی سریع دارند، در حالی که در برخی دیگر دقت کمتری مورد نیاز است.
5. هزینه و نگهداری
هزینه اولیه خرید سطح سنج و هزینههای نگهداری و تعمیرات آن نیز باید در نظر گرفته شود. برخی سطح سنجها نیاز به کالیبراسیون دورهای دارند که هزینه و زمان اضافی میطلبد. انتخاب سطح سنجی با کمترین هزینه نگهداری و با طول عمر بالا میتواند در بلندمدت اقتصادیتر باشد.
6. استاندارد
در صنایعی که استانداردهای ایمنی و بهداشتی بالا مانند داروسازی، مواد غذایی و آشامیدنی اهمیت دارند، انتخاب سطح سنج باید با توجه به این استانداردها انجام شود. این سنسورها باید توانایی مقاومت در برابر شرایط سخت، مواد خورنده و تغییرات دمایی شدید را داشته باشند. رعایت استانداردهای بینالمللی مانند FDA نیز ضروری است تا از صحت و دقت در اندازهگیری و ایمنی دستگاه اطمینان حاصل شود.
سطح سنج مخصوص مخزن آب
با توجه به مطالب گفته شده انواع روشهای سوئیچ برای مخازن آب عبارتند از:
- لول سوئیچ شناوری یا فلوتری
- لول سوئیچ مغناطیسی
- لول سوئیچ دیاپازونی
- لول سوئیچ خازنی
لازم به یادآوری است سوئیچهای شناوری نسبت به دیگر روشها اقتصادی تر هستند. همچنین لول سوئیچ های دیاپازونی و خازنی نیز بعد از فلوتری مقرون به صرفه هستند.
شرکت وگا از سال 2020 میلادی اقدام به تولید لول سوئیچ های خازنی بیسیک با نام وگا پوینت VEGAPOINT نموده است. این سنسورهای خازنی بسیار بادوام، دقیق و مقرون به صرفه هستند. در ادامه تصویر تعدادی از سنسورهای خازنی را بهمراه مشخصات فنی نشان میدهیم.
VEGAPOINT 11
Ultra-compact capacitive limit switch
For the detection of water-based liquids
Process temperature
-20 … 100 °C
Process pressure
-1 … 25 bar
Output
Transistor (PNP), IO-Link
Operating voltage
12 … 35 V DC
Process fitting
Thread G½, G¾, G1, M24 x 1.5
Thread ½ NPT, ¾ NPT, 1 NPT
Clamp 1″, 1½”, 2″
برای دیدن توضیحات تکمیلی بر روی تصویر کیلک فرمایید.
VEGAPOINT 21
Compact capacitive limit switch
For the detection of water-based liquids
Process temperature
-40 … 115 °C
Process pressure
-1 … 64 bar
Output
Transistor (PNP/NPN), IO-Link
Operating voltage
12 … 35 V DC
Process fitting
Thread G½, G¾, G1, M24 x 1.5
Thread ½ NPT, ¾ NPT, 1 NPT
Clamp 1″, 1½”, 2″
Capacitive sensor
Point level measurement, Interface level measurement
Liquids, Solids
Process temperature
-40°C … +125°C
Process pressure
-1 … 10 bar
Output
Relay, Transistor, IO-Link, 8/16 mA
Operating voltage
12 … 35 V DC
Process fitting
G 1/2″ Hygienic, G 1/2″, G 3/4″, G 1“
NPT 3/4″
Minimum sensitivity
DK ≥ 1.5
در تصویر زیر سطح سنج (لول سوئیچ مغناطیسی) با مشخصات فنی قرار دارد.
Magnetic Level Switches M
For liquids
Contact
max. 4 reed switches
Connection
G ⅛ … G 2 male thread, flange DN50 … DN125, 1½ … 4″
Material
brass, stainless steel, PVC-U, PP, PVDF, NBR
pmax
100 bar
tmax
150°C
Liquid density
from 0.5 g/ml
مشاوره اختصاصی در انتخاب سطح سنج مایعات
مشاوره با متخصصان این حوزه میتواند به انتخاب دقیق و صحیح کمک کند. تیم فنی آداک فرایند سپهر با تجربه علمی و عملی، شما را در انتخاب بهترین سطح سنج مخزن آب نسبت به کاربردتان همراهی میکند.
شرکت آداک فرایند سپهر نمایندگی وگا VEGA – نماینده رسمی UWT و کمپانی کوبولد KOBOLD در زمینه تجهیزات تشخیص و کنترل سطح است.
خلاصه
انتخاب سطح سنج مناسب برای مخزن آب و مایعات نیازمند بررسی دقیق و جامع از نیازمندیها، شرایط عملیاتی و ویژگیهای فنی سطح سنجهای موجود است. با در نظر گرفتن تمامی این عوامل و مشاوره با متخصصان، میتوان سطح سنجی را انتخاب کرد که بهترین عملکرد و دقت را در شرایط خاص شما ارائه دهد و نیازهای شما را به بهترین نحو برآورده سازد.
هزینههای پنهانی مانند تعمیرات دورهای، کالیبراسیون و عمر مفید دستگاه باید در انتخاب سطح سنج مدنظر قرار گیرد. برخی سنسورها مانند مدلهای خازنی و دیاپازونی نیاز به نگهداری کمتری دارند و میتوانند در دراز مدت مقرون بهصرفه باشند. انتخاب دستگاهی که با حداقل نگهداری و حداکثر طول عمر عملیاتی همراه باشد، نهتنها هزینههای عملیاتی را کاهش میدهد بلکه زمان توقف تولید را به حداقل میرساند.
چه ویژگیهایی باعث میشود که سطح سنجهای شناوری Float Level Sensors برای استفاده در مخازن آب خانگی و صنعتی انتخاب مناسبی باشند؟
فلوتر یا شناور گزینهای عالی برای کنترل سطح آب در مخازن خانگی و صنعتی هستند. این سنسورها به خاطر طراحی ساده و اقتصادی، هزینه کمتری نسبت به تکنولوژیهای پیچیدهتر دارند و در عین حال دقت قابل قبولی را در اندازهگیری سطح مایع ارائه میدهند.
همچنین، نصب و نگهداری آسان این سنسورها باعث کاهش هزینههای عملیاتی و زمان تعمیرات میشود.