اختلاف فشاری-هیدرواستاتیک-دیسپلیسر

استفاده از ترانسمیترهای سطح در صنایع مختلف از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا این تجهیزات به کنترل و نظارت بر سطح مایعات و مواد جامد در مخازن، سیلوها و سایر سیستم‌های ذخیره‌سازی کمک می‌کنند. همچنین ترانسمیترهای سطح مزایایی از جمله بهبود کنترل فرآیندها، افزایش ایمنی، کاهش هزینه‌ها و بهبود کیفیت را ارائه می دهند.

ترانسمیترهای سطح با تکنولوژی های گوناگونی نظیر راداری، خازنی، التراسونیک، هیدرواستاتیک، اختلاف فشاری، دیسپلیسری، سروو، هسته ای و غیره تولید می شوند. با توجه به نوع کاربرد و شرایط فرآیندی، انتخاب نوع مناسب ترانسمیتر می‌تواند تأثیر زیادی بر عملکرد کلی فرآیندهای صنعتی داشته باشد.

هدف از این مقاله آشنایی با سه مدل دیگر از ترانسمیترهای سطح (هیدرواستاتیک، اختلاف فشاری و دیسپلیسری) است و به بررسی عملکرد، مزایا و معایب هر کدام می پردازیم تا بهترین ترانسمیتر سطح را بر اساس نیازهای فنی و بودجه خود انتخاب نمایید.

فروش ترانسمیتر سطح (هیدرواستاتیک، اختلاف فشاری، دیسپلیسری)

فروشگاه تخصصی پیکاتک به عنوان یکی از بزرگ‌ترین و معتبرترین عرضه‌کنندگان تجهیزات اندازه‌گیری سطح در ایران، مجموعه‌ای گسترده و متنوع از این ابزار دقیق را به مشتریان خود ارائه می‌دهد. این فروشگاه با هدف تأمین نیازهای متنوع صنایع مختلف، انواع تجهیزات اندازه‌گیری سطح را از برندهای معتبر جهانی و با مدل‌های مختلف در دسترس قرار می‌دهد.

پیکاتک با ارائه انواع ترانسمیترهای سطح هیدرواستاتیکی، اختلاف فشاری، دیسپلیری، رادارای ، خازنی و  التراسونیک به مشتریان این امکان را می‌دهد که بر اساس نیاز خاص خود، بهترین گزینه را انتخاب کنند. این تجهیزات در صنایع مختلف از جمله آب و فاضلاب، نفت و گاز، صنایع شیمیایی و غذایی مورد استفاده قرار می گیرند.

کارشناسان فروش پیکاتک با تجربه و دانش فنی بالا، آماده‌اند تا شما را در انتخاب بهترین ترانسمیتر سطح بر اساس نیازهای فنی و بودجه مورد نظر راهنمایی کنند.

این مشاوره تخصصی به شما کمک می‌کند تا با آگاهی کامل از ویژگی‌ها و مزایای هر محصول، تصمیمات بهتری در زمینه خرید تجهیزات بگیرید. بازدیدکنندگان محترم جهت کسب اطلاعات بیشتر در زمینه خرید، فروش و استعلام قیمت انواع ترانسمیتر سطح (هیدرواستاتیک، اختلاف فشاری و دیسپلیسری)، سوئیچ سطح با کارشناسان فروش ما به شماره 87700142-021 تماس حاصل فرمایید.

ترانسمیتر سطح هیدرواستاتیک چیست؟

ترانسـمیتر سطح هیدرو استاتیکی (Hydrostatic Level Transmitter) در واقع یک ترانسـمیتر فشار است که فشار ناشی از ارتفاع ستون مایع در مخازن روباز را اندازه‌گیری می‌کند. این فشار که به فشار هیدرواستاتیکی معروف است، تحت تأثیر دو پارامتر چگالی و ارتفاع سیال قرار دارد.

در صورتی که چگالی ثابت باشد، فشار هیدرواستاتیکی تنها ناشی از ارتفاع سیال است و ترانسـمیتر با اندازه‌گیری این فشار قادر به محاسبه ارتفاع سیال داخل مخزن خواهد بود. به عبارت دیگر، با افزایش ارتفاع سیال و افزایش وزن آن تحت تأثیر نیروی گرانش، فشار هیدرواستاتیکی نیز افزایش می‌یابد.

لازم به ذکر است که این تجهیزات تنها برای مخازن اتمسفریک (روباز) قابل استفاده هستند و تغییرات فشار اتمسفر در آن‌ها به طور خودکار جبران خواهد شد. ترانسمیترهای هیدرواستاتیکی در دو نوع غوطه‌وری (submersible) و اختلاف فشار (D/P) در مخازن به کار می‌روند.

مدل غوطه‌وری برای مخازن مناسب است که امکان نصب ترانسمیتر فشار به بدنه مخزن وجود ندارد. در این حالت، سنسور فشار از طریق یک کابل به پایین‌ترین سطح مخزن فرستاده می‌شود تا فشار ناشی از ستون مایع بالای سنسور محاسبه شود. در مدل‌های اختلاف فشار، یک ترانسمیتر فشار به قسمت پایین دیواره بیرونی مخزن نصب شده و فشار هیدرواستاتیک ناشی از وزن سیال را اندازه‌گیری می‌کند.

ترانسمیتر سطح هیدرو استاتیک چگونه کار می کند؟

ترانسمیترهای سطح هیدرو استاتیکی بر مبنای اندازه‌گیری فشار، سطح سیالات مختلف را تعیین می‌کنند. این تجهیزات به عنوان ترانسمیترهای فشار نیز شناخته می‌شوند، اساساً با اندازه‌گیری فشار هیدرواستاتیک، ارتفاع سیال را اندازه گیری می‌کنند.

ویژگی‌هایی مانند کاربری آسان و فناوری اندازه‌گیری دقیق و قابل اعتماد، این ترانسمیترها را به یکی از رایج‌ترین سنسورهای سطح تبدیل کرده است. برای نظارت بر سطح با دقت بسیار بالا، دمای محیط ممکن است برای در نظر گرفتن اثرات دما بر چگالی سیال مورد توجه قرار گیرد.

فشار هیدرواستاتیک به فشاری گفته می‌شود که توسط یک ستون مایع بر اساس ارتفاع (h) و چگالی آن (ρ) ایجاد می‌شود و با استفاده از فرمول زیر تعریف می‌شود:

p=ρgh

در این رابطه، p فشار هیدرواستاتیک، h ارتفاع ستون مایع، ρ چگالی مایع و g شتاب گرانشی (معمولاً برابر با 9.8 m/s²) است. با توجه به این رابطه، فشار هیدرواستاتیک تحت تأثیر چگالی و ارتفاع سیال قرار دارد. در صورتی که چگالی سیال ثابت باشد، فشار هیدرواستاتیک تنها ناشی از ارتفاع ستون مایع خواهد بود. این ترانسمیترها فشار هیدرواستاتیک را اندازه‌گیری کرده و سیگنال 4 تا 20 میلی‌آمپر به اتاق کنترل ارسال می‌کنند و ارتفاع سیال محاسبه می‌شود:

Ptotal=ρgh+Patm

اگر فشار یک اتمسفر در نظر گرفته شود، به آسانی می‌توان ارتفاع سیال را تعیین کرد. فقط توجه داشته باشید که این مقدار باید هنگام کالیبره کردن ترانسمیتر از مقدار فشار کل Ptotal کم شود یا پس از خواندن در اتاق کنترل، یک بار از آن کسر گردد. ترانسمیترهای سطح هیدرواستاتیکی تنها برای سیالاتی که چگالی ثابتی دارند، قابل استفاده هستند؛ زیرا در صورت تغییر چگالی سیال، تمامی معادلات به هم می‌ریزد.

مزایای ترانسمیتر هیدرواستاتیک

• اندازه گیری قابل اعتماد و دقیق
• تکرارپذیری بسیار خوب و پایداری طولانی مدت
• نصب آسان
• نسبت به کف و ویسکوزیته حساس نیست
• مستقل از ثابت دی الکتریک مایع
• سازگار با تمام ساختارهای داخلی مخزن و همزن
• محدوده اندازه گیری گسترده

معایب ترانسمیتر سطح هیدرواستاتیک

• سنسورهای سطح هیدرواستاتیک تنها برای اندازه‌گیری مایعات طراحی شده‌اند.
• این ترانسمیترها اندازه‌گیری را از طریق تماس مستقیم با سیالاتی که باید اندازه‌گیری شوند، انجام می‌دهند.
• این روش تنها در مخازن روباز قابل استفاده است و در مخازن تحت فشار نمی‌توان از آن استفاده کرد
• دقت اندازه‌گیری سطح به چگالی مایع مورد نظر و فشار موجود در مخزن ستگی دارد.
• برای حفظ عملکرد صحیح سنسور، نیاز به تعمیر و نگهداری منظم وجود دارد تا غشای سنسور از رسوبات و زباله‌ها پاک شود.

 ترانسمیتر سطح اختلاف فشاری چیست؟

اندازه‌گیری سطح با استفاده از روش اختلاف فشار یکی از روش‌های پرکاربرد و مقرون به صرفه است. ترانسمیترهای اختلاف فشار (Differential Pressure (DP) transmitters) قادرند ارتفاع مایعات داخل مخازن (روباز و تحت فشار) را با دقت بالا و به‌صورت پیوسته اندازه‌گیری کنند. این تجهیزات اختلاف فشار بین قسمت‌های با فشار بالا (قسمت حاوی سیال) و قسمت کم‌فشار (قسمت خالی مخزن) را اندازه‌گیری کرده و با توجه به چگالی سیال، میزان سطح را با دقت نسبتاً بالایی محاسبه می‌کنند.

یکی از نکات مهمی که در استفاده از ترانسمیترهای سطح اختلاف فشار باید مد نظر قرار گیرد، نوع نصب و محل قرارگیری ترانسمیتر است. این تجهیزات معمولاً به‌صورت لوله‌کشی (تیوب‌کاری) برای ارتفاع‌های کمتر از 6 متر نصب می‌شوند، زیرا ملاحظات مربوط به تیوب‌کاری و محدودیت‌های آن در این ارتفاع‌ها مهم است. همچنین، در مواردی که سیالات خورنده یا با ویسکوزیته بالا وجود دارد، از دیافراگم سیل و  کپیلاری تیوب استفاده می‌شود.

برای اندازه‌گیری سطح در مخازن روباز، اختلاف فشار بین قسمت حاوی سیال در مخزن و فشار اتمسفر اندازه‌گیری می‌شود. این روش برای اندازه‌گیری سیالات تک‌فازی مناسب است. همچنین تغییرات چگالی سیال به دلیل تغییرات دما یا عوامل دیگر می‌تواند بر دقت اندازه‌گیری تأثیر بگذارد و منجر به خطای اندازه‌گیری شود.

ترانمسیتر سطح اختلاف فشاری چگونه کار می کند؟

این مدل ترانسمیترها اختلاف فشار بین دو نقطه را محاسبه می کنند و در نهایت این اطلاعات را از طریق یک سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر به مانیتوریگ (PLC) یا اتاق کنترل ارسال می کنند. کانکشن های روی مخزن با اتصال تیوب به سمت ورودی های فشار بالا HP (کف مخزن) و فشار پایین LP (بالای مخزن) ترانسمیتر اختلاف فشاری متصل می شود. در این روش به کمک تعیین اختلاف فشار در مخازن توسط ترانسیمتر اختلاف فشار سطح سیال اندازه گیری می شود. (ΔP = P2 – P1 = ρ.g.h)

ترانسمیتر اختلاف فشار یک فناوری رایج و شناخته شده برای اندازه گیری سطح مایعات است. اگر مخزن بسته یا تحت فشار باشد برای جبران فشار مخزن باید اندازه گیری اختلاف فشار محاسبه شود. ترانسمیترهای اختلاف فشار به دو روش Dry leg (برای مخازن بسته) و Wet leg کالیبره می‌شوند.

برای انتخاب ترانسمیترDP، لازم است سطح Zero و Span را در نظر بگیرید. محدوده پایین (LRV) و محدوده بالایی (URV) با استفاده از دستگاه هارت کامیونیکتور کالیبره می‌شوند. روش Dry leg برای مخازن بسته مورد استفاده قرار می‌گیرد، در این مخازن فشار پایین (Low pressure) برابر با فشار اتمسفر است و Leg مربوط به فشار بالا (high pressure) به پایین مخزن متصل می‌شود. مقادیر LRV و URV در این روش به صورت زیر محاسبه می‌شوند:

Span= ρgh1

LRV= ρgh2

URV= ρg(h1+h2) = LRV+ Span

اگر در قسمت بالای مخزن بخار باشد در این حالت بخار وارد تیوب شده و در اثر کندانس به مایع تبدیل می شود. بنابراین ستون مایعی درون تیوب تشکیل می شود که سطح آن به مرور زمان تغییر خواهد کرد این وضعیت باعث خطای اندازه گیری می شود. به همین منظور پایه بالایی نیز به صورت Wet leg در نظر گرفته می شود و ابتدا leg بالایی از یک سیال مرجع پر می شود. سیالاتی نظیر آب مقطر، اتیلن گلیکول (ضد یخ)، سیلیکون، گلیسیرین برای این امر استفاده می شوند.

هنگامی که سمت LP ترانسمیترDP با مایع پر می شود آن را به عنوان Wet Leg می نامند و از روش Wet Leg برای محاسبات LRV و URV استفاده می کنند. در این روش دو سیال داریم بنابراین دو چگالی در نظر گرفته خواهد شد:

LRV (Lower Range Value) = ρgh1 - ρ₂gh2

URV (Upper Range Value) = ρ.g.(h2 + h1) – ρ₂gh2 = LRV+ Span

مزایای ترانسمیتر اختلاف فشاری

• اندازه گیری دقیق سطح سیالات مختلف در مخازن اتمسفریک و مخازن تحت فشار
• مقرون به صرفه
• کاربرد با سیالات خورنده و چسبناک (روشی غیر تماسی)
• کالیبراسیون آسان
• هزینه تعمیر و نگهداری کم
• سنسور از راه دور الکترونیکی (ERS) می‌تواند تغییرات دما را با جایگزین کردن لوله‌های ضربه‌ای و کپیلاری حذف کند.
• آنها در طیف گسترده ای از شرایط فرآیندی مانند فشار و دما و همچنین در فوم و تلاطم عمل می کنند.

معایب ترانسمیتر اختلاف فشاری

• دقت اندازه گیری تحت تأثیر تغییرات چگالی سیال قرار می گیرد.
• پیچیدگی نصب در صورت تیوب کاری و احتمال نشتی
• دقت پایین تر نسبت به روش های دیگر

ترانسمیتر سطح دیسپلیسری چیست؟

ترانسمیترهای سطح دیسپلیسری یا جابه جایی یکی از انواع رایج اندازه گیری سطح می باشند که بر اساس قانون ارشمیدس عمل می کنند. این ترانسمیترها مناسب کنترل سطح در مخازن حاوی سیالات هیدرو کربنی و دو فازی می باشند.

جهت نصب ترانسمیتر هنگامی که دسترسی خوبی به مخزن ندارند از حالت Top mounted نصب از بالا روی مخزن استفاده می شود. در این نوع نصب از chamber استفاده نخواهد شد و تنها دیسپلیسر از طرف بالا در مخزن قرار می گیرد و مستقیما از بالا نصب می شود. تنها نکته در این نوع نصب این است که سیال باید آرام و بدون تلاطم باشد در غیر این صورت دیسپلیسر مانند پاندول  شروع به حرکت می کند و عدد درستی را نمایش نمی دهد.

به دلیل اینکه بیشتر سیالات تلاطم دارند و حرکت می کنند از یک استوانه پر از سوراخ به نام Stilling Well در داخل مخزن استفاده می شود. در واقع روی بدنه استوانه سوراخ هایی جود دارد که دیسپلیسر در داخل آن قرار می گیرد. ترانسـمیترهای سـطح دیسپلیسـری بایـد در محـل و بـا سـیال حقیقـی کالیبـره شـوند زیرا در غیـر ایـن صـورت انـدازه گیـری  دقیقـی را ارائـه نمی دهند. دو نوع ترانسمیتر دیسپلیسری که امروزه بسیار رایج است عبارتند از:

• torque tube
• spring operated

هر دو مدل دارای یک المنت دیسپلیسری استوانه‌ای هستند که طول آن مربوط به محدوده اندازه‌ گیری سطح مورد نیاز و وزن برای فرورفتن در مایع است. در هر دو حداکثر تغییر در وزن موثر المنت دیسپلیسری معادل وزن مایع جابه جا شده زمانی است که دیسپلیسر به طور کامل در مایع غوطه ور شود. تفاوت بین دو نوع  ترانسمیتر شامل مکانیک انتقال حرکت دیسپلیسر به دلیل نیروی شناوری است.

دقت اندازه گیری این مدل ترانسمیترهای سطح +/-0.5 درصد است و قیمت آن از ترانسمیترهای اختلاف فشاری بالاتر است. همچنین طول استاندارد برای ساخت این تجهیزات مطابق با استانداردها 14،32،48،60،72،84،96،108 و 120 اینچ می باشد. جهت انتخاب طول دیسپلیسر باید HH  و LLمخزن را در نظر بگیرید.

ترانسمیتر سطح دیسپلیسری چگونه کار می کند؟

قانون ارشمیدس (نیروی شناوری) بیان می کند هرگاه جسمی درون سیال غوطه ور شود نیروی شناوری که از طرف سیال به جسم وارد می شود با وزن مقداری از مایع که بر اثر فرورفتن جسم جابه ‌جا شده است برابر است. فرمول نیروی شناوری در فیزیک بر اساس اصل ارشمیدس به صورت F= ρvg می باشد.

در رابطه فوق F نیروی شناوری است که به جسم درون سیال وارد می ‌شود (نیوتن)، ρ نشان ‌دهنده چگالی سیال است که جسم درون آن قرار دارد (کیلوگرم بر متر مکعب)، g نشان ‌دهنده شتاب جاذبه است (متر بر مجذور ثانیه) و v حجم جسم درون سیال (متر مکعب) است. به عبارت دیگر مطابق ایــن قانــون هــرگاه یــک جســم در ســیالی غوطــه ور شــود، وزن آن کاهــش پیــدا  می کند و ایـن کاهـش وزن برابـر بـا وزن سـیال جابه جـا شـده توسـط آن جسـم است.

اسـاس انـدازه گيـری ترانسمیتر دیسپلیسری بديـن صـورت اسـت كـه دیسپلیسـر داخـل یـک محفظـه یـا چمبـر کـه از سـیال پـر شـده اسـت فـرو می رود و انتهـاي دیسپلیسـر بـه يـک بـازوی گشـتاور یـا tube Torque  متصل شـده اسـت. در طراحـی تـورک تیـوب یـک میلـه رابـط بیـن دیسپلیسـر و تـورک تیـوب وجـود دارد کـه بـه آن بازویـی گفتـه میشـود. یـک سـر بازویـی بـه شـناور (دیسپلیسـر) و سـر دیگـر آن بـه تـورک تیـوب متصـل است.

هر گاه وزن دیسپلیسـر در اثـر تغييـرات سـطح سـيال تغییـر کنـد، بـازوی گشـتاور نيـز بـه سـمت بـالا يـا پاييـن حركـت خواهـد كـرد. بـا بـالا و پاییـن رفتـن شـناور قسـمت انتهایـی تـورک تیـوب نیـز حرکــت میکنــد و ایــن حرکــت از نــوع چرخشــی می باشــد. باحرکــت چرخشــی قســمت انتهایــی تــورک تیــوب کــه بــه ترانســمیتر متصـل اسـت، حرکـت میکنـد. در نهایت ترانسـمیتر ایـن چرخـش زاویـه ای تـورک تیـوب را می سـنجد و آن را بـه تغییـرات سـطح سـیال تبدیـل  می کند.

ترانسمیترهای دیسپلیسری سطح سیالات دو فازی با  interface را نیز اندازه گیری می کنند و با توجه به اینکه دیسپلیسر در تماس با سیال Wetted Part است حداقل از متریال استنلس استیل 316 جهت ساخت این تجهیزات استفاده می شود.

تا دمای 370 درجه سانتی گراد از متریال مونل K-monel و  برای دماهای تا 450 درجه سانتی گراد از متریال اینکونل Inconel ساخته می شوند. در مواقعی که دمای فرآیندی حدود200 درجه سانتی گراد است استفاده ازCooling fin الزامی است زیرا باعث می شود دما اطراف chamber یا torque tube خیلی سریع افت پیدا کند. هنگامی که دمای سیال پایین تر از 200- درجه سانتی گراد باشد استفاده از Heat Trace در اطراف چمبر ضروری است تا بدنه را گرم نگه دارد و از یخ زدگی قطعات داخلی جلوگیری می کند.

مزایای ترانسمیتر سطح دیسپلیسری

• دقت بسیار بالا در اندازه‌گیری سطح سیالات مختلف
• مناسب اندازه گیری سطح سیالات دو فازی
• قابلیت عملکرد در سیالات خورنده و دماهای بالا
• دوام و طول عمر بالا
• مناسب برای استفاده در شرایط فرآیندی دشوار
• مقرون به صرفه

معایب ترانسمیتر سطح دیسپلیسری

• دقت ترانسمیترهای سطح جابجایی را می توان تحت تأثیر تغییرات چگالی مایع اندازه گیری شده قرار داد که ممکن است نیاز به کالیبراسیون مجدد داشته باشد.
• آنها به فضای عمودی کافی برای کارکرد موثر جابجایی نیاز دارند که ممکن است در همه تاسیسات موجود نباشد.
• ترانسمیتر دیسپلیسر لوله گشتاور به طور خاص نیاز به تعمیر و نگهداری منظم و بررسی های کالیبراسیون دارند و ممکن است در طول شرایط تلاطم دچار آسیب شوند.

نکات مهم خرید ترانسمیترهای سطح

خرید ترانسمیترهای سطح یکی از مراحل کلیدی در طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های اندازه‌گیری و کنترل در صنایع مختلف است. انتخاب صحیح این تجهیزات می‌تواند تأثیر زیادی بر کارایی، دقت و ایمنی فرآیندهای صنعتی داشته باشد. بنابراین هنگام خرید ترانمسیترهای سطح به نکات زیر توجه فرمایید:

1. 1. نوع ترانسمیتر سطح (اختلاف فشاری / دیسپلیسری / هیدرو استاتیکی)
2. 2. رنج قابل اندازه گیری
3. 3. نمایشگر (دارد/ ندارد)
4. 4. نوع اتصال (فلنجی / رزوه ای)
5. 5. متریال بدنه و اتصال
6. 6. دمای فرآیندی
7. 7. نوع سیال (ویسکوزیته/ چگالی/ چند فازی)
8. 8. خروجی و پروتکل ارتباطی (4 تا 20 میلی آمپر / هارت/ فیلدباس و ...)
9. 9. درجه حفاظتی بدنه (IP) (IP65/IP66/IP68)
10. 10. تائیدیه ضدانفجار   (Ex d/ CSA/Ex i)

برندهای مطرح تولید کننده انواع ترانسمیتر سطح (هیدرواستاتیک، اختلاف فشاری، دیسپلیسری)

• اندرس هاوزر ENDRESS+HAUSER
• روزمونت ROSEMOUNT
• زیمنس SIEMENS
• ویکا WIKA
• ای بی بی ABB
• وگا VEGA