اندازه گیری سطح با نشانگرهای سطح

اندازه گیری سطح توسط نشانگرهای سطح Level Gauges - Level Indicators

تعریف نشانگرهای سطح: 
نشانگرهای سطح  یا سطح سنج ها دستگاه هایی هستند که در اندازه گیری سطح سیالات در کاربردهای مختلف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. از این دستگاه ها برای تعیین سطح مایع در مخازن، بشکه ها، مخازن تحت فشار و غیره استفاده می شود.

نشانگرهای سطح زیادی برای مطابقت با نیازهای برنامه های مختلف وجود دارد. به طور معمول، سیالات به اشکال مختلف در صنایع تجاری بسیاری استفاده می شود. بدون دستگاه های مناسب، یافتن مقدار و سطح مایع ذخیره شده بسیار دشوار خواهد بود. همچنین در شرایط خاصی که ماهیت سیال خطرناک است یا مکانی که مایع در آن ذخیره می شود به گونه ای است که به صورت دستی نمی توان سطح را پیدا کرد، نشانگرهای سطح (Level Indicators) از اهمیت بالایی برخوردار هستند. بسته به نوع برنامه مورد استفاده، نوع نشانگر سطح باید انتخاب شود. به عنوان مثال، در صنعت، از شاخص های سطح لوله ای بصری برای نشان دادن بهتر سطح مایع استفاده می شود. اگر برای اندازه گیری سطح نوع غیر تماسی باشد، باید از نشانگرهای نوع رادار یا نشانگرهای نوع اولتراسونیک استفاده شود.

انواع نشانگرهای سطح:

انواع مختلفی از شاخص های سطح وجود دارد که هر کدام کاربرد خاص خود را دارند. نشانگر های سطح شفاف در صنایع شیمیایی و کودهای پتروشیمی بسیار مفید است. از آنجایی که سیال در فشار بالا و دمای بالا ذخیره می شود، نشانگر سطح شفاف برای یافتن سطح سیال بسیار مفید است. نشانگرهای سطح رفلکس یا بازتابی برای کاربردهایی هستند که شامل دمای بالا، فشار بالا و استفاده از سیالات خورنده هستند. سیال بی رنگ به کار رفته در این دستگاه شفافیت بهتری به نشان دادن سطح می دهد. شناورهای استوانه ای و آهنرباهای قدرتمند برای یافتن سطح سیال استفاده می شود. حرکت شناور توسط کپسول های مغناطیسی دنبال می شود، و بنابراین، میزان سطح روی نشانگر نشان داده شده است. این نوع نشانگر دید خوبی دارد و استفاده از آن کاملاً ایمن است زیرا حاوی محفظه فلزی غیر شکننده است.

برخی دیگر از نشانگر های سطح برای مرجع عبارتند از نشانگرهای سطح لوله ای، نشانگرهای سطح شناور و تخته، نشانگرهای جریان دید، نشانگرهای جریان دید نوع پنجره، مانومترها و نشانگرهای دو رنگ. برخی از نشانگرهای سطح دارای ویژگی های مختلفی مانند کنترل داخلی، اندازه گیری خروجی پیوسته و کلیدهای زنگ قابل تنظیم هستند.

سطح سنج شفاف:

اصل کار:
جدا از سطح سنج های لوله شیشه ای، سطح سنج های شفاف همیشه دارای دو شیشه شفاف صفحه ای هستند که مایع بین آنها قرار می گیرد. سطح سیال به عنوان نتیجه شفافیت متفاوت دو محیط و در برخی موارد (برای بخار آب)، با انتقال به سمت بالا به سطح جداسازی (بین مواد مایع و گاز) منبع نور واقع در پشت نشان داده می شود. گیج که پرتوهای آن کاملاً به سمت ناظر منعکس می شود.

 

برنامه های کاربردی:

سطح سنج های شفاف تقریبا برای تمام تاسیسات مناسب هستند.
در واقع اجازه می دهند که موارد زیر صورت پذیرد...

1- استفاده از سپرهای میکا یا سپرهای پلی تری فلوئوروکلرواتیلن برای محافظت از شیشه در برابر خورندگی سیال فرآیند 2-مشاهده سطح 3-مشاهده رنگ مایع

این ابزار شامل یک بدنه فلزی است که برای داشتن یک محفظه داخلی و یک یا چند پنجره جلو (در هر طرف گیج) ماشین کاری شده است. روی هر پنجره یک شیشه شفاف صفحه مخصوص با مقاومت بالا با اتصال آب بندی و صفحه پوشش فلزی توسط پیچ و مهره اعمال می شود.

محفظه با اتصالات متقاطع و انتهای فلنجی، رزوه ای یا جوشی به ظرف متصل می شود. معمولاً بین ابزار و انتهای اتصال آن، دریچه‌هایی تعبیه می‌شوند تا لوله‌های قطع و وصل شونده و سطح سنج را بدون تخلیه ظرف جدا کنند. شیرهای تخلیه را می توان به دستگاه اتصالات متقاطع نیز نصب کرد.

برای جلوگیری از نشتی در صورت شکستگی شیشه، دستگاه چک توپ ایمنی ball-check device را می توان در اتصالات متقاطع یا دریچه های قطع کننده ارائه کرد. این نوع نشانگر برای آب یا بخار مناسب است. برای محافظت از سطوح شیشه ای در برابر خورندگی سیال فرآیند، گیج های سطح شفاف را می توان با سپرهای میکا یا سپرهای پلی تری فلوئوروکلرواتیلن نصب کرد. این نوع نشانگر برای مایعات بی رنگ و بسیار روان مناسب است.

در برخی موارد (به عنوان مثال برای آب/بخار) بهترین قرائت با انتقال به سمت بالا در سطح جداسازی (مایع/بخار یا واسط بخار)، منبع نور واقع در پشت سطح سنج بدست می آید که پرتوهای آن به طور کامل به ناظر منعکس شده است.

 

سطح سنج رفلکس:
اصل کار:
اصل کار گیج های سطح شیشه رفلکس بر اساس قوانین شکست و بازتاب نور است. سطح سنج‌های شیشه‌ای رفلکس از شیشه‌هایی استفاده می‌کنند که روی آن‌ها به سمت محفظه نصب شده است تا شیارهای منشوری با زاویه مقطع 90 درجه داشته باشد. در هنگام کار، محفظه با مایع در ناحیه پایین و گازها یا بخارات در ناحیه بالایی پر می شود. سطح مایع با روشنایی متفاوت شیشه در مایع و در منطقه گاز/بخار متمایز می شود. سطح سنج های رفلکس نیاز به نور خاصی ندارند. نور محیطی روز کافی است. فقط در طول شب باید نور مصنوعی تامین شود.

روشنایی متفاوت در دو ناحیه به شرح زیر بدست می آید.

منطقه مایع:

این منطقه زمانی که گیج در حال کار است و همانطور که در بالا گفته شد روشن می شود کاملا تاریک به نظر می رسد.
با توجه به ساختار، بیشتر پرتوهای نور محیطی که بر روی وجه خارجی شیشه می تابند، کاملاً عمود بر وجه مذکور هستند و در نتیجه توسط شیشه منحرف نمی شوند. این پرتوها با شیب تقریبی به سطح مشترک شیشه/مایع می‌رسند. در شیشه/مایع با زاویه بحرانی 45 درجه، زاویه شکست همیشه بالاتر از 45 درجه است. بنابراین پرتوهای وارد شده در زاویه بحرانی (عملاً کل) در داخل مایع شکسته می‌شوند و از آنجایی که دیواره‌های داخلی محفظه سطح سنج منعکس نمی‌شوند، پرتوها از بیرون دیده نمی‌شوند. در واقع این منطقه برای ناظر تاریک و تقریباً سیاه به نظر می رسد.

منطقه گاز/بخار:
این منطقه برای ناظر تقریباً نقره ای روشن به نظر می رسد. در مورد ناحیه مایع، پرتوهای نور با زاویه 45 درجه به سطح مشترک شیشه/گاز و بخار می‌رسند. از آنجایی که این زاویه از زاویه بحرانی شیشه/گاز-بخار بزرگتر است، پرتوها شکست نمی‌شوند، بلکه کاملاً منعکس می‌شوند و 90 درجه می‌چرخند، بنابراین دوباره با زاویه 45 درجه به نزدیک‌ترین رابط شیشه/گاز-بخار می‌رسند. به همین دلیل آنها منعکس شده و 90 درجه به سمت ناظر می چرخند، که این منطقه به رنگ نقره ای روشن به نظر می رسد.

برنامه های کاربردی:
سطح سنج های شیشه ای رفلکس را می توان در بیشتر موارد استفاده کرد و مزایای زیادی از نظر هزینه اولیه پایین، هزینه عملیاتی کم، خواندن آسان سطح را ارائه می دهد.

سطح سنج های رفلکس را نمی توان در موارد خاصی استفاده کرد، به عنوان مثال:

هنگامی که سطح جدایی بین دو مایع باید خوانده شود.
هنگامی که علاوه بر نشانگر سطح، مشاهده رنگ مایع مورد نیاز است.
هنگامی که سیال فرآیند، بخار آب پرفشار است، زیرا در این حالت شیشه باید با استفاده از سپرهای میکا از عملکرد حلال آب دیگ محافظت شود.
هنگامی که سیال فرآیند به گونه ای است که می تواند شیشه را دچار خوردگی کند (مثلاً محلول های قلیایی با دمای بالا یا اسید هیدروفلوئوریک)، زیرا باید از محافظ های میکا یا محافظ های پلی تری فلوئوروکلرواتیلن برای محافظت از شیشه استفاده شود.

 

گیج سطح مغناطیسی:
ابزاری برای خواندن نشانگر سطح در هر کارخانه یا شرایط عملیاتی است که به تعمیر و نگهداری رایگان، امنیت پیشگیرانه در برابر نشت، ایمنی محیطی، کاربرد مطمئن و بدون مشکل با مواد شیمیایی تهاجمی، آلاینده، مضر یا سمی، قابل اشتعال یا انفجاری، از نظر نوری کمک می کند.

اصول عملکرد: عملکرد سطح سنج مغناطیسی بر اساس برخی اصول اولیه فیزیکی است.

اصل که به موجب آن مایع در رگ های ارتباطی همیشه در یک سطح است

اصل ارشمیدس که بر اساس آن جسم غوطه ور در مایع، شناوری برابر وزن مایع جابجا شده دریافت می کند.
اصل جاذبه بین قطب شمال N و جنوب S دو آهنربای دائمی و دافعه بین قطب های مشابه.
این اصل دو کاربرد در سطح سنج مغناطیسی دارد.

ابتدا بین آهنربا در شناور محفظه و هر آهنربای مقیاس نشانگر
دوم بین آهنرباهای مقیاس نشانگر

برنامه های کاربردی:
دامنه کاربرد بسیار گسترده است و شامل تمام موقعیت هایی است که سیالات در آن قرار دارند.

در فشار بالا، در دمای پایین یا بالا
در فشار کم، در دمای پایین یا بالا
در محیط تهاجمی شیمیایی
در محیط آلاینده محیط زیست
برای سلامتی افراد مضر یا سمی است
در محیط قابل اشتعال یا منفجره

طرح:
سطح سنج مغناطیسی شامل اجزای زیر می شود. 

یک محفظه عمودی متشکل از یک لوله با قطر و ضخامت مناسب حاوی یک شناور که در آن یک آهنربای دائمی دقیقاً روی خط سطح مایع قرار می‌گیرد.
دو لوله کوچک افقی برای اتصال به ظرف حاوی مایعی که می خواهیم سطح آن را بدانیم.
دو شیر توقف (توصیه می شود، اما اجباری نیست) یکی در هر لوله کوچک، برای جداسازی سطح سنج
یک مقیاس نشان‌دهنده، خارج از محفظه عمودی، متشکل از محفظه‌ای از مواد غیر مغناطیسی با نمای جلویی شفاف که حاوی مجموعه‌ای از آهنرباهای دائمی کوچک محصور در استوانه‌های کوچکی است که می‌توانند بر روی محور افقی خود بچرخند.
این استوانه ها یک سطح خارجی با دو رنگ متفاوت را نشان می دهند.

 

با توجه به جهت هر آهنربا (به دلیل عملکرد آهنربا در شناور) هر سیلندر نیمی از سطح خود را به یک رنگ یا رنگ دیگر نشان می دهد.
مقیاس نشان‌دهنده یک رنگ (مثلاً سفید) در ناحیه محفظه‌ای است که توسط فاز گاز یا بخار گرفته شده است و در تضاد با رنگ دیگر (مثلاً قرمز) در ناحیه محفظه گرفته شده توسط فاز مایع است.
سیستم هشدار برای شناور آسیب دیده. سه سیلندر پایین ترازوی نشانگر پایین تر از اتصال پایین تراز سنج مغناطیسی قرار می گیرند. آنها برای کنترل بازده شناور استفاده می شوند. با آسیب شناور و در نتیجه فرو رفتن آن در مایع، این سه سیلندر سطوح زرد را نشان می دهند.

این سطح سنج ها برای خواندن رابط بسیار مناسب هستند. شناور سطح سنج فقط باید در مایع با وزن مخصوص پایین تر فرو رود و روی مایع با وزن مخصوص بالاتر شناور شود.

 

 

 نویسنده : Mohsen Lotfi Someie / منبع : WERMAC