سوئیچ سطح

سطح سنج چیست ؟

اهمیت اندازه گیری سطح (Level Measurement) در صنعت برای کسی پوشیده نیست. اندازه‌گیری اشتباه یا نامناسب، ممکن است ارتفاع محصول موجود در مخزن را بیشتر یا کمتر از مقدار واقعی‌ آن نشان دهد. پایین آمدن سطح مخزن می‌تواند منجر به آسیب رسیدن به تجهیزات و خرابی پمپ‌ها شود. از سوی دیگر، بالا آمدن سطح مخزن نیز ممکن است سرریز شدن محصول و به خطر افتادن ایمنی را در پی داشته باشد. علاوه بر این موارد، سنجش صحیح سطح مخزن، در مصرف هزینه و زمان صرفه‌جویی می‌کند و موجب بهینه‌سازی عملکرد مجموعه خواهد شد. در اینجا به اصول اندازه گیری سطح و روش‌های مختلف آن در صنعت می‌پردازیم و برخی از ترانسمیترهای سطح (Level Transmitters) را معرفی خواهیم کرد.

همان‌طور که گفتیم، حفظ دقت اندازه گیری، کیفیت محصول، ایمنی مجموعه و راندمان اقتصادی مواردی هستند که استفاده از روش‌های سطح سنجی را در یک فرآیند توجیه می‌کنند. اما روش‌های اندازه گیری سطح بسیار وسیع‌ است. محصول درون مخزن می‌تواند مایع، خمیر، توده انباشته (مانند سیمان و گندم) یا گاز مایع باشد. از طرف دیگر، شکل مخزن، سیلو یا حتی محفظه‌های متحرک، می‌تواند در انتخاب نوع تجهیز تأثیرگذار باشد.

دمای فرآیند در شرایط مختلف ممکن است از حدود 200- تا 450+ درجه سانتیگراد متغیر باشد. از طرف دیگر، تغییرات و بازه فشار هم باید در نظر گرفته شود. ممکن است در مخزنی، حالت خلأ و فشار 1bar- حاکم باشد. ولی مخزن دیگری، تحت فشار 400bar+ قرار بگیرد. مثال‌هایی از این موارد، تمام فرآیندها را شامل می‌شود؛ از صنایع شیمیایی و پتروشیمی تا داروسازی و صنایع غذایی. علاوه بر این مشخصات فیزیکی، ملاحظات اقتصادی و قابلیت اطمینان از سایر مواردی هستند که باید در انتخاب تجهیز مناسب، مد نظر قرار داده شوند.

انواع تجهیزات اندازه گیری سطح

گستردگی تجهیزات اندازه گیری سطح به این دلیل است که هیچ‌یک از این تجهیزات به تنهایی برای تمام فرآیندها مناسب نیست. از این رو باید در هر فرآیند و هر کاربردی، بهترین و بهینه‌ترین گزینه را انتخاب کرد. در این بخش، انواع تجهیزات اندازه گیری سطح معرفی و هریک به اختصار بررسی خواهد شد. برخی از این تجهیزات برای اندازه گیری پیوسته سطح به کار می‌روند. این تجهیزات، از یک سنسور و ترانسمیتر سطح تشکیل شده‌اند و در نهایت، سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر را به اتاق کنترل ارسال می‌کنند. دسته دیگر، تجهیزاتی هستند که برای سنجش سطح در یک نقطه مورد استفاده قرار می‌گیرند. به این تجهیزات، سوئیچ سطح (level switch) گفته می‌شود. کاربرد سوئیچ‌های سطح، در باز و بسته کردن کنتاکت‌های متصل به آنهاست.

سوئیچ سطح ارتعاشی/دیاپازونی (Vibration)

سوئیچ‌های سطح ارتعاشی که در صنعت به نوع چنگالی هم معروف هستند، می‌توانند در صنایع مختلف برای مایعات و ذرات جامد مورد استفاده قرار گیرند. ابتدا سنسور این تجهیز با فرکانس رزونانس، تحریک شده و با فرکانس ثابت به ارتعاش در می‌آید. به محض اینکه ماده موجود در مخزن، سطح سنسور را بپوشاند، فرکانس نوسان، تغییر می‌کند. در نهایت، این تغییر فرکانس، منجر به ارسال سیگنال سوئیچینگ شده و سوئیچی را قطع یا وصل می‌کند.

از مزایای این روش، می توان به کم هزینه‌ بودن و نصب آسان آن اشاره کرد.

سوئیچ سطح القایی (Conductive)

این سوئیچ‌ها را می‌توان در مایعاتی با هدایت الکتریکی حداقل 10μS/cm به کار برد. در برخی از سوئیچ‌های سطح، این امکان وجود دارد که تجهیز، پنج ارتفاع مختلف را تشخیص دهد. این تجهیزات، عموماً برای مایعات مناسب هستند ولی در برخی کاربردها برای خمیر یا دوغاب نیز به کار گرفته می‌شوند.

برای تعیین دو نقطه ماکسیمم و مینیمم در مخزن، به تجهیزی با سه پراب نیاز داریم. یکی از پراب‌ها نقش زمین را ایفا می‌کند. هنگامی که مخزن خالی است، بین پراب‌ها ولتاژ متناوبی برقرار می‌شود. به محض اینکه ماده‌ای رسانا، بین پراب زمین و یکی دیگر از پراب‌ها (مثلاً پراب ماکسیمم) قرار بگیرد، بین این دو پراب، جریان الکتریکی برقرار شده و سوئیچ عمل می‌کند. از طرف دیگر نیز به محض اینکه مخزن خالی شود، دیگر در بین دو پراب، ماده رسانا وجود نخواهد داشت. در این حالت، مجدداً جریان الکتریکی قطع شده و سوئیچ به نقطه اول خود بر می‌گردد. وجود این ولتاژ متناوب، از خوردگی پراب‌ها جلوگیری کرده و اجازه بروز تغییرات الکترولیتی در محصول موجود در مخزن را نمی‌دهد.

سوئیچ سطح شناوری (Floater)

سوئیچ‌های شناوری در ارتفاع مشخصی از مخزن نصب می‌شوند. این سوئیچ‌ها در دو حالتی که سطح مایع از آنها بالاتر یا پایین‌تر باشد، تغییر وضعیت می‌دهند. با تغییر وضعیت این سوئیچ‌ها، کنتاکت متصل به آنها قطع یا وصل می‌شود. ساختار این سوئیچ‌ها بسیار ساده و کم‌هزینه است. بالا رفتن سطح مخزن از حد ماکسیمم و پایین‌تر آمدن آن از حد مینیمم، می‌تواند موجب سرریز شدن یا آسیب رسیدن به پمپ‌ها شود. در چنین موقعیت‌هایی استفاده از سوئیچ سطح اهمیت زیادی دارد. در شکل زیر، موقعیت‌های مختلفی را مشاهده می‌کنید که می‌توان در آنها این سوئیچ را نصب کرد.

از آنجایی که این سوئیچ‌ها از روش تماسی استفاده می‌کنند، انتخاب جنس بدنه و حتی کابل آنها باید با توجه به میزان خورندگی مایع و سایر مشخصات آن انجام شود. از این سوئیچ ‌می‌توان حتی در مخازن و مجراهایی که در آنها اسید، نفت و فاضلاب وجود دارد، استفاده کرد.