آشنایی با سطح سنج (لول گیج) اختلاف فشاری
سطح سنج اختلاف فشاری (Pressure Differential Level Gauge) ابزاری است که با استفاده از دو مقدار اندازه گیری فشار و کمی ریاضی، میتواند سطح، جریان، رابط و حتی چگالی را محاسبه کند. مهندسان فرآیند سطح سنج اختلاف فشاری را میشناسند و به آن اعتماد دارند. زیرا این یک روش آزمایش شده و واقعی برای کنترل سطح سیالات در شرکت های صنعتی و تولیدی است. در این مقاله از سری مقالات آموزشی گروه صنعتی سپیانی به توضیح درباره این ابزار ضروری برای کارخانه های صنعتی و خطوط تولید می‌پردازیم.
مطالب مرتبط:
عملکرد لول گیج مغناطیسی چگونه است؟
سطح سنج اختلاف فشاری چیست؟
ترانسمیترهای اختلاف فشار برای اندازه گیری فشار قبل و بعد از برخورد سیال با وقفه، مانند فیلتر یا پمپ، طراحی شده اند. با این حال، این ابزار فشار میتواند برای اندازه گیری سطح مایع در مخازن نیز استفاده شود. ابزارهای موجود در بازار روش های مختلفی را برای اندازه گیری و نظارت بر سطوح مایع ارائه میدهند.
برای مخازن بسته، اپراتورها معمولاً یک فرستنده اختلاف فشار را انتخاب میکنند. این یک تکنیک اثبات شده است. به خصوص زمانی که ابزار اندازه گیری نباید در ماده سیال غوطه ور شود. مانند تانک هایی که دارای آسیاب هستند یا مواد اسیدی و خطرناک را در خود نگه میدارند. با این حال، اگر برنامه به دقت بالایی نیاز دارد. این روش اندازه‌گیری سطح ممکن است نتواند آنطور که باید جوابگو باشد.
این مقاله صرفاً بر چگونگی استفاده از فشار تفاضلی برای اندازه‌گیری سطح مایع در مخازن تحت فشار تمرکز میکند. پس در این مقاله مزایا، محدودیت ها و کاربردهای صنعتی رایج برای سطح سنج اختلاف فشاری مورد بحث قرار خواهد گرفت.
نحوه عملکرد سطح سنج اختلاف فشاری
اندازه گیری سطح به روش سنتی شامل یک دیافراگم دو طرفه است که فشار را از پایین ظرف در یک طرف و از بالای ظرف از طرف دیگر حس میکند. این اندازه‌گیری‌های فشار مخالف، دو طرف دیافراگم دو طرفه را فشار میدهند. و اندازه‌گیری حاصل، اختلاف فشار بین این دو است. سطح سنج اختلاف فشاری سنتی طیف وسیعی از کاربردها را با توانایی تشخیص فشارهای حاصل از سطح سیالات پوشش میدهد. اما تنها با دقت چند میلی بار.
ترانسمیترهای (سطح سنج) اختلاف فشاری در ابتدا برای استفاده در لوله ها برای اندازه گیری فشار قبل و بعد از برخورد سیال با فیلتر، پمپ یا وقفه دیگری در جریان طراحی شده بودند. اساسا ترانسمیترهای اختلاف فشار استاندارد دارای دو اتصال فرآیند هستند که در کنار هم قرار گرفته اند. تا افت فشار بین نقاط بالاتر و پایین تر را اندازه گیری کنند. ترانسمیترهای اختلاف فشار کلاسیک همچنین میتوانند دبی را اندازه گیری کنند. طولی نکشید که مردم متوجه شدند که میتوان از اندازه گیری فشار تفاضلی برای تعیین سطح مایع نیز استفاده کرد.
حتما بخوانید: سوئیچ فشار مکانیکی چیست؟
اتصالات لول گیج فشاری
اتصالات این تجهیزات به خط تولید به طور سنتی به دو روش مختلف انجام میشود:
- روش خطوط ضربه ای
- روش خطوط مویرگی
خطوط ضربه ای خطوط سختی هستند که به سیال یا گاز در فرآیند اجازه میدهند مستقیماً با دیافراگم دستگاه اندازه گیری تماس پیدا کنند. با این کار خطوط بخشی از فرآیند میشوند. خطوط مویرگی سنسور را با استفاده از فلنجی که یک دیافراگم فلزی روی ظرف نصب شده است، از فرآیند جدا میکند. به این دیافراگم های خارجی، خطوط انعطاف پذیر و با پوشش زرهی پر از روغن متصل میشوند. مهر و موم های از راه دور، فرستنده فشار را از پارامترهای بالقوه آسیب رسان فرآیند مانند دماهای بالا یا مواد سوزاننده حذف می کنند.
هر دو بخش سطح سنج اختلاف فشاری را اندازه گیری میکنند. این دستگاه بعد از نصب، فشار در پایین مخزن یا بالای مخزن، فشار کلی ایجاد شده توسط سیال و فضای بخار بالای آن را اندازه‌گیری میکند. این کار به فشار استاتیک اجازه میدهد تا از اندازه گیری کلی حذف شود. و فشار تولید شده توسط سیال باقی بماند. و به ما امکان میدهد سطح سیال را در مخازن مختلف با محاسبه به دست آوریم.
حتما بخوانید:
لول ترانسمیتر اولتراسونیک چیست؟
کاربردهای رایج سطح سنج اختلاف فشاری
سطح سنج اختلاف فشاری برای اندازه گیری سطح مایعات و گازهای مایع در مخازن تحت فشار استفاده میشود. مخازن تحت فشار به دلایل مختلفی مانند ایجاد خروجی ثابت، از بین بردن کف، ایجاد مانعی برای مواد سوزاننده و گاز مایع برای ذخیره سازی راحت تر استفاده میشوند. در تمام این سناریوها، یک فرستنده سطح سنج اختلاف فشاری فقط تفاوت فشار استاتیک و فشار کلی را اندازه گیری میکند. برای محاسبه سطح محصول کمی محاسبات ریاضی لازم است.
فرمول استاندارد فشار هیدرواستاتیک از سه متغیر فشار، چگالی و ارتفاع تشکیل شده است. سنسور فشار را اندازه گیری میکند. چگالی بعنوان یک ثابت توسط مسئول اندازه‌گیری و اپراتور وارد میشود و درنهایت هم ارتفاع سطح محصول با فرمول به دست می‌آید. برای اینکه این فرمول کار کند، چگالی یک متغیر کاملاً کلیدی است و باید نسبتاً ثابت بماند.
محدودیت های سطح سنج اختلاف فشاری
سطح سنج اختلاف فشاری یک روش اندازه گیری سطح سیالات است که کاربردهای فراوانی دارد و یک روش استاندارد و معتبر است، اما دارای معایبی است. برای شروع، نصب این نوع سطح سنج ها مستلزم توقف فرآیند و تخلیه مخزنی است که قرار است در آن اندازه گیری سطح انجام شود. این کار میتواند یک فرآیند پرهزینه یا وقت گیر باشد. به خصوص اگر چندین مخزن وجود داشته باشد که به این نوع اندازه گیری نیاز دارند.
علاوه بر این، خطوط ضربه ای و خطوط مویرگی مورد استفاده در اندازه گیری فشار تفاضلی مستعد تأثیرات خارجی نیز هستند. اگر این خطوط در مناطق پرترافیک قرار داشته باشند، در معرض خطر له شدن هستند و اگر خارج از یک منطقه تحت کنترل آب و هوا باشد، خطوط میتوانند گرم یا سرد شوند و باعث تغییر در تراکم مواد و خطای اندازه گیری سطح شوند. خوشبختانه راه حلی برای این مسائل رایج وجود دارد.
سطح سنج اختلاف فشاری الکترونیکی
تمایل به انجام کارها با روشی بهتر و کارآمدتر منجر به ایجاد سطح سنج اختلاف فشاری الکترونیکی با استفاده از ترکیبی نوآورانه از نرم افزار و سخت افزار شده است. این سیستم از دو سنسور فشار مجزا استفاده میکند که مستقیماً روی مخزن نصب شده‌اند که توسط یک کابل الکتریکی کوچک به هم متصل شده‌اند. این ابزار از مبدل دو طرفه که در روش سنتی به آن نیاز داشتیم و همچنین نیاز به خطوط ضربه ای یا مویرگی بی نیاز است و نصب و نگهداری را آسان تر میکند.
حتما بخوانید: فلومتر اختلاف فشار چیست؟
اصل سطح سنج اختلاف فشاری الکترونیکی مانند یک مبدل منفرد عمل میکند. و از دو خروجی فشار متفاوت برای تعیین سطح سنج اختلاف فشاری استفاده میکند. یک فرستنده فشار اولیه است که اندازه گیری کلی محصول و فضای بخار را ارائه میدهد و فرستنده ثانویه اندازه گیری فشار واحدی از فضای بخار را برای سنسور اولیه فراهم میکند. فرستنده اولیه از محاسبات ساده برای تفریق این دو استفاده میکند. اساساً فضای بخار را از معادله حذف میکنند و سپس با استفاده از فرمول هیدرواستاتیک برای ارائه یک خروجی تراز، کمی محاسبه ریاضی انجام میدهد.
دیگر خصوصیات:
سطح سنج اختلاف فشاری الکترونیکی نیاز به خطوط ضربه ای یا خطوط مویرگی را از بین میبرد. این کار به نوبه‌ی خود، هر گونه حساسیت به تأثیرات خارجی را که باعث خطای اندازه گیری میشود، از بین میبرد. همچنین گزینه‌های دیافراگمی بهتر مانند سرامیک را که در برابر سایش مقاوم است و برای تحمل محیط‌های سخت مناسب‌تر است، باز میکند. بی نیازی از خطوط ضربه ای یا مویرگی و استفاده از یک سلول اندازه گیری ده برابر سخت تر از فولاد ضد زنگ میتواند اندازه گیری دقیق سطح را با حداقل نیاز به تعمیرات یا حتی بدون نیاز به تعمیر در زمان‌های طولانی، میّسر کند.
دو سنسور فشار مجزا که به صورت پشت سر هم کار میکنند، روش‌های جدیدی را برای انجام کارها، از جمله سطح جبران‌شده چگالی، امکان‌پذیر می‌سازد. این خروجی خاص از دو اندازه گیری فشار برای محاسبه مداوم چگالی استفاده میکند. سپس از آخرین چگالی محاسبه سطح پیوسته بهره میگیرد. سطح جبران‌شده چگالی برای اندازه‌گیری سطح مایع زمانی که خواص سیال دائماً در یک فرآیند تغییر میکند ایده‌آل است.
سطح سنج اختلاف فشاری الکترونیکی نیاز یا سودمندی سطح سنج اختلاف فشاری سنتی را از بین نمیبرد. چون بالاخره هر روشی مزایا و معایب خود را دارد و کاربران باید تصمیم بگیرند که چه روش اندازه‌گیری را در فرآیند کاری خود باید به کار ببرند.
حتما بخوانید:
ترانسمیتر چیست؟ انواع و کاربرد آن
استفاده از دو فرستنده برای اندازه گیری اختلاف فشار
با راه حل ابتکاری که در آن، سیستمی مورد استفاده قرار میگیرد. که از دو فرستنده فرآیند به هم پیوسته، برای اندازه گیری فشار تفاضلی استفاده میکند. نظارت بر سطح مایع بسیار دقیق تر انجام میشود. این پیکربندی بسیار دقیق است، نصب و استفاده آسان است و در برابر تغییرات دما حساس نیست.
اشکال استفاده از سطح سنج اختلاف فشار متداول
یک فرستنده فشار تفاضلی که در اصل برای اندازه گیری فشار قبل و بعد از برخورد سیال با وقفه طراحی شده است. میتواند سطح مایع را با محاسبه فشار تفاضلی بین فازهای مایع و گاز سیال در داخل یک مخزن بسته نیز تعیین کند. با این حال، مشکل اصلی این است که لوله کوچک (مویرگی) مورد استفاده برای اتصال این دو فاز، تابع قانون گی-لوساک است. در یک سیستم بسته، فشار گاز با دمای آن رابطه مستقیم دارد. به عبارت دیگر، دماهای بالاتر منجر به خوانش فشار بالاتر از واقعی میشود. راه حل این موضوع چیست؟
اندازه گیری اختلاف فشار با دو فرستنده
در این پیکربندی، فرستنده فرآیند فرعی فشار گاز (P1) را اندازه‌گیری میکند و آن را از طریق یک گذرگاه داخلی به اصل انتقال میدهد. فرستنده اصلی فشار مایع (P2) را اندازه گیری میکند و سپس تفاوت بین P1 و P2 را محاسبه میکند. با استفاده از این تفاوت و همچنین پارامترهای از پیش برنامه ریزی شده مانند متغیرهای هندسی مخزن و چگالی خاص مایع، می توان حجم و سطح دقیق مایع را تعیین کرد. سپس دستگاه این مقدار را به اتاق کنترل میفرستد یا آن را به عنوان سیگنال دیجیتال یا آنالوگ روی فرستنده نمایش میدهد.
بدون نیاز به استفاده از مویرگ ها، این سیستم حتی نوسانات دما را به راحتی کنترل میکند. معادل دقت آن تا 0.05٪ است. علاوه بر این، کابل سیگنال مستعد خرابی های مربوط به روش مویرگی که در همین مقاله آن را توضیح دادیم، نیست.
حتما بخوانید: اندازه گیری سطوح مخازن با سنسورهای خازنی
ترانسمیترهای فشار در مقابل ترانسمیترهای فرآیند
از لحاظ نظری و تئوری، این سیستم میتواند با فرستنده های فشار و همچنین فرستنده های فرآیند کار کند. با این حال، استفاده از ترانسمیترهای فشار به چندین جزء اضافی نیاز دارد:
- دستگاهی برای انجام محاسبات
- یک واحد ولتاژ دوم برای تغذیه دستگاه فرعی
- دو ورودی فشار
از آنجایی که فرستنده‌های فرآیند دارای تمام اجزای فوق هستند، سیستم ساده‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر است.
مزایای استفاده از فرستنده های فرآیند برای اندازه گیری فشار تفاضلی
- زمان چرخش سریعتر از آنجایی که هیچ مویرگ وجود ندارد. نیازی به انجام آزمایشات بالادستی برای تأیید حذف فشار، وجود ندارد.
- جایگزینی آسان تر و ارزان تر در صورت بروز نقص، فقط فرستنده فرآیند معیوب باید تعویض شود. هنگام استفاده از ترانسمیترهای اختلاف فشار سنتی، کل سیستم باید تعویض شود.
- تطبیق پذیری بیشتر این سیستم برای مایعات همگن و همچنین محیط های ناهمگن/متنوع ایده آل است.
- اندازه گیری سطح در سیالات متنوع؛ سیستمی که از دو فرستنده فرآیند برای اندازه‌گیری اختلاف فشار استفاده میکند، برای اندازه‌گیری سطح در محیط مخلوط ایده‌آل است.
به عنوان مثال در ساخت آبمیوه، این نوع سیستم میتواند نسبت کنسانتره به آب را بر اساس چگالی و در نتیجه تغییر فشار تعیین کند. مثال دیگر مخازن آب‌گیری در کشتی‌ها است که در آن آب با روان‌کننده‌ها و مایعات دیگر مخلوط میشود. دو فرستنده فرآیند متصل میتوانند اختلاف فشار را به دلیل چگالی رسانه اندازه گیری کنند.
خرید انواع سطح سنج ها، تجهیزات صنعتی، ابزاردقیق، پنوماتیک و… فقط از سایت فروشگاهی drplc
جمع بندی
در این مقاله سطح سنج اختلاف فشاری (Pressure Differential Level Gauge) را معرفی کردیم و توضیح دادیم که این نوع سطح سنج مایعات و سیالات چه کاربردی در صنعت دارد. اگر بخواهیم روش‌های مختلف استفاده از این نوع سطح‌سنج‌های اختلاف فشار را در تمام صنایع توضیح دهیم حجم مقاله بیش از اندازه زیاد می‌شد پس به توضیح نکات اصلی و فنی بسنده کردیم.
اگر به دنبال خرید تجهیزات صنعتی یا نصب و راه اندازی آنها هستید و فکر می‌کنید نیاز به راهنمایی و مشاوره دارید. می‌توانید با مهندسان باتجربه گروه صنعتی سپیانی مشورت کنید. برای این کار کافی است فرم درخواست مشاوره را پر کنید تا همکاران ما در اولین فرصت با شما تماس بگیرند یا اینکه از بخش تماس با واتس اپ با ما تماس بگیرید و از مشورت مهندسان مشاور متخصص استفاده کنید. امیدواریم این مقاله به دردتان بخورد و برایتان مفید باشد.
