لول متر یا سطح سنج چیست؟
لول سنج دستگاهی است که برای اندازه گیری سطوح سیالات مختلف مانند آب، روغن، دوغاب، ذرات گرد و غبار و ... استفاده میشود. سیالی که قرار است سطح آن اندازه‌گیری شود را می‌توان در ظرف، سطل، مخزن، سیلو و غیره ذخیره کرد. نقطه‌ی مرجع سطح سیال می‌تواند در بالا یا پایین آن قرار گیرد. همچنین این سنسور صنعتی قادر به تشخیص سطوح پودر و همچنین آشکار ساز مرز بین مایعات مخلوط هستند.
سنسور سطح برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مورد نیاز بوده و در سیستم های سیال اجتناب ناپذیر هستند. مایعی که قرار است اندازه گیری شود می تواند در یک مخزن یا به شکل های طبیعی مثل دریاچه یا رودخانه باشد. تغییرات در سطح سیال را می توان توسط لول سنج حس کرده و این اطلاعات را به اپراتور منتقل کرد.
طبقه بندی سنسور سطح بر اساس نقطه سنجش
سنسور سطح تک نقطه‌ای
این نوع سطح سنج برای اندازه گیری ارتفاع سطح سیال در یک نقطه استفاده میشود.
سنسور سطح چند نقطه ای
این نوع لول سنج در چندین مکان برای انجام اندازه گیری سطح سیال استفاده می شود.
سنسور سطح پیوسته
این نوع لول سنج در جایی استفاده می شود که اندازه گیری در تمام سطوح و به طور پیوسته باید انجام شود.
سنسور سطح مستقیم
در این روش، اندازه گیری سطح به وسیلۀ یکی از پارامترهای فیزیکی، مانند حرکت سیال، ویژگی های الکتریکی، حرارتی و بصری انجام میشود.
انواع سنسور سطح مستقیم
- سایت گلس (شیشه شفاف)
- لول سنج خازنی
- لول سنج رسانایی
- لول سنج دیاپازونی (ارتعاش)
- لول سنج پتانسیومتری
- لول سنج شناور
- لول سنج سوئیچ دیسپلیسر
سنسورهای سطح غیر مستقیم
در این روش، اندازه گیری سطح مایع با استفاده از تبدیلات مقادیر و یا داده های به دست آمده مانند نسبت مقدار فشار به حجم و یا سایر تبدیل ها انجام میشود.
انواع سنسورهای سطح غیر مستقیم
- سنسور سطح اولتراسونیک
- سنسور سطح هیدرواستاتیک
- سنسور سطح مغناطیسی
- سنسور سطح رادار
- سنسور سطح رادیومتریک
- سنسور سطح پراکندگی حرارتی
سنجش مستقیم سطح شناور
این نوع از سنسورهای سطح از خاصیت غوطه ور شدن یک جسم شناور بر روی سطح سیال بهره می‌برند. رویکرد در این سطح سنج ها به این صورت است که شناور از طریق یک زنجیر به یک وزنۀ تعادل متصل شده است که این وزنۀ تعادل با بالا و پایین رفتن شناور، نمایشگر میزان سطح ارتفاع سیال در مخزن است.
| مزایای سنسور سطح شناور |
معایب سنسور سطح شناور |
| دقت بالا |
محدودیت استفاده برای مایعات چسبنده و خورنده |
| استفاده برای مایعات با چگالی های مختلف |
حجم زیاد |
| عدم امکان استفاده برای سیالات کم حجم |
سوئیچ دیسپلیسر
این نوع از لول سنج‌ها با استفاده از قانون ارشمیدس عمل کرده و بر طبق این قانون، به وسیلۀ سیال بر روی دیسپلیسر یک نیروی به طرف بالا اعمال میشود که با جا به جا شدن سطح سیال، میلۀ دیسپلیسر، بالا و پایین رفته و می‌تواند این تغییرات از طریق کالیبراسیون به عنوان مرجع برای اندازه گیری سطح به کار رود.
| مزایای سوئیچ دیسپلیسر |
معایب سوئیچ دیسپلیسر |
| امکان استفاده در دما و فشارهای بالا |
تأثیرپذیری از تغییر چگالی سیال |
| نیاز به جا به جایی کمتر در دیسپلیسر (عنصر جابه جاشونده) |
قابل استفاده برای مخازن کوچک |
سایت گلس (شیشه شفاف)
استفاده از روش سایت گلس به طور کلی آسان ترین روش برای اندازه گیری ارتفاع سطح سیال درون مخزن است. در این روش یک سایت گلس به بیرون مخزن چسبیده و مایع درون آن متناسب با سیال درون مخزن تغییر سطح می‌دهد که به وسیلۀ مدرج کردن سایت گلس می‌توان میزان ارتفاع سیال را محاسبه کرد.
| مزایای سایت گلس (شیشه شفاف) |
معایب سایت گلس (شیشه شفاف) |
کاربردهای سایت گلس (شیشه شفاف) |
| قیمت پایین |
عدم امکان استفاده برای مایعات غلیظ |
صنایع غذایی |
| امکان خواندن مستقیم |
ناکارآمد برای استفاده جهت مایعات با قابلیت خوردندگی |
روغن کاری |
| عدم امکان استفاده برای مایعات موجود در فرآیندهای خطرناک |
سنسور سطح خازنی
لول سنج خازنی اندازه گیری سطح را به روش پیوسته انجام می‌دهد. در این سطح سنج یک پروب خازنی در مرکز مخزن قرار گرفته و همراه با دیوارۀ مخزن که البته باید رسانا باشد صفحات یک خازن را تشکیل می‌دهند. سیالی که در بین این دو صفحه قرار می‌گیرد به عنوان دی الکتریک عمل می‌کند که با بالا رفتن سطح سیال در مخزن مقدار ظرفیت خازنی بیشتر شده که از طریق کالیبراسیون می‌توان مقدار ارتفاع سطح سیال را به دست آورد.
نکته: رسانایی که به عنوان دی الکتریک عمل می‌کند می‌تواند رسانا یا نارسانا باشد.
| مزایای سنسور سطح خازنی |
معایب لول سنج خازنی |
| امکان استفاده در دما و فشارهای بالا |
عدم امکان استفاده از دی الکتریک های مختلف |
| قابل استفاده با مواد مذاب و دوغاب |
تغییر شکل پروب در صورت رسوب رسانا بر روی پروب |
| قابل استفاده با مواد مخلوط |
تغییر ثابت دی الکتریک با تغییر دما |
| نگهداری راحت و کم هزینه |
لول سنج رسانایی
دو الکترود در قسمت بالای سیال در ارتفاع مد نظر و مشخصی قرار می‌گیرند. زمانی که سیال رسانا به سطح دو الکترود رسید و بین دو الکترود قرار گرفت باعث میشود مدار AC کامل شده و یک جریان برقرار شود که برقراری جریان می‌تواند باعث عمل کرد یک سوئیچ شده و ارتفاع مشخصی را نشان دهد.
| مزایای لول سنج رسانایی |
معایب لول سنج رسانایی |
کاربردهای لول سنج رسانایی |
| قیمت پایین |
برای مواد قابل اشتعال و نارسانا مانند روغن و بنزین قابل استفاده نیستند. |
اندازه گیری سطح آب دیگ بخار |
| کاربری آسان |
| بدون قطعات متحرک |
| قابل استفاده برای اسید ها، محلول های قلیایی |
سنسور سطح پتانسیومتری
این نوع اندازه گیری سطح با اندازه گیری تغییر نسبت ولتاژ بین میله اندازه گیری و دیواره مخزن که حاوی سیال فرآیند است انجام می گردد. میله اندازه گیری یا پروب در محیط فرآیند غوطه ور می گردد و این لوله اندازه گیری مقاومت کمی دارد. برق AC از یک منبع تغذیه به پروب منتقل می شود. نسبت ولتاژ بین دیواره مخزن و پروب برای تعیین سطح گرفته می شود.
| مزایای سنسور سطح پتانسیومتری |
معایب سنسور سطح پتانسیومتری |
کاربردهای سنسور سطح پتانسیومتری |
| می توان از آن برای انجام کنترل سطح خمیر یا چسب استفاده کرد. |
مقدار مشخصی از رسانایی برای سیال مورد نیاز است. |
می توان آن را با مواد چسبنده یا دارای کف استفاده کرد. |
| از آن می توان برای انجام اندازه گیری سطح مخازن کوچک استفاده کرد. |
نمی توان از آن در مناطق دارای خطر انفجار استفاده کرد. |
تشخیص سطح در تولید کرم |
دیاپازونی
لول سنج های دیاپازونی، به روش نقطه‌ای اندازه گیری سطح را انجام می‌دهند. در این روش یک میله و یا یک چنگال شروع به ارتعاش می‌کند. زمانی که این چنگال یا میله در تماس با سیال قرار می‌گیرد میزان ارتعاشات تغییر کرده و این سطح سنج‌ها برای تعیین سطح سیال و محافظت از سر ریز شدن آن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
| مزایای لول سنج دیاپازونی |
معایب لول سنج دیاپازونی |
کاربردهای لول سنج دیاپازونی |
| حجم کم |
عدم امکان استفاده برای اندازه گیری سطح سیال به صورت پیوسته |
برای کنترل حداکثر مقدار جامدات و مایعات در بسیاری از کاربردها مانند دانه، سیمان، گرانول، پودر استفاده می شود. |
| قابل استفاده با سیالاتی که دارای خاصیت چسبندگی یا کف هستند. |
غذا و نوشیدنی |
| مستقل از خاصیت سیال |
لول سنج اولتراسونیک
این لول سنج، امواج سیگنال اولتراسونیک با فرکانس بالا را ارسال کرده و از سیالی که قرار است مورد اندازه گیری قرار گیرد، منعکس میشود. بنابراین زمان صرف شده از زمان ارسال سیگنال تا انعکاس و دریافت آن از سیال، محاسبه شده و با در نظر داشتن میزان سرعت صوت در فضا، می‌توان ارتفاع سطح را تعیین کرد.
| مزایای لول سنج اولتراسونیک |
معایب لول سنج اولتراسونیک |
کاربردهای لول سنج اولتراسونیک |
| عدم تاثیر پذیری از نوع سیال مورد اندازه گیری |
قیمت بالا |
تصفیه آب |
| حجم کم |
تأثیرپذیری از فشار ودمای بالا |
اندازه گیری جامدات حجیم |
| اندازه گیری بدون نیاز به تماس |
تأثیر پذیری در صورت وجود آشفتگی در سیال |
اندازه گیری سیالات با ویسکوزیته بالا |
| تأثیرپذیری از تغییر غلظت، وجود فوم و بخار |
لول سنج هیدرواستاتیک
در این روش از اندازه گیری سطح، برای تعیین ارتفاع سطح، از اندازه گیری فشار استفاده می‌کنیم. به این صورت که تمامی ترانسمیترهای فشار برای اندازه گیری سطح قابل استفاده می‌باشند. به طور ساده اگر بخواهیم توضیح دهیم روش اندازه گیری به این صورت است که یک بازوی سنسور(فشار) در انتهای مخزن قرار گرفته و فشار هیدرواستاتیک سیال محاسبه میشود. هرچه ارتفاع سیال بالاتر باشد، فشار وارد شده بیشتر خواهد بود و از طریق انجام کالیبراسیون می‌توان این مقدار فشار را به یک ارتفاع سطح متناظر، مرتبط کرد.
| مزایای لول سنج هیدرواستاتیک |
معایب لول سنج هیدرواستاتیک |
کاربردهای لول سنج هیدرواستاتیک |
| کالیبراسیون آسان |
قیمت بالا |
استفاده در محیط های مخاطره آمیز |
| عدم تأثیر پذیری از شکل و ابعاد مخزن |
تعمیر و نگهداری سخت |
در صنایع ساخت پلاستیک |
| استفاده از روش اندازه گیری قدرتمند با قابلیت اطمینان بالا |
حجم زیاد |
تشخیص عمق آب دریا |
| عدم تأثیرپذیری از ویژگی هایی مثل آلایندگی، بخار،کف |
عدم امکان استفاده برای مواد فله |
استفاده در عمق کم |
| استفاده در مخازن کوچک |
لول سنج مغناطیسی
این نوع لول سنج به موازات مخزن قرار گرفته و این دستگاه از ستونی با نشانگرهای بصری تشکیل شده و سطح را نشان می دهد. این دستگاه از شناورهای مغناطیسی تشکیل شده است و با توجه به سطح آب در مخزن بالا و پایین می‌رود. این لول سنج با استفاده از شناوری که به صورت مغناطیسی به یک شاخص یا ستونی از فلپ های چرخان کوپل شده است، سطح را نشان می دهد. همچنین این شناور مغناطیسی نشانگرهای بصری را در ستون حرکت می دهد.
مزایای لول سنج مغناطیسی
- نمایشگر سطح به صورت بصری
- نشانگرهای بصری از مایع فرآیندی که در حال اندازه گیری است تشکیل نشده است، بنابراین در صورت شکستن شیشه خطری وجود ندارد.
- امکان اندازه گیری مایعات بی رنگ
- امکان اندازه گیری سطح مایعاتی که میتوانند سطح شیشۀ شفاف را آلوده کنند.
رادار موج هدایت شونده
در این روش اندازه گیری سطح به وسیلۀ ارسال امواج راداری انجام میشود. این لول سنح در قسمت بالای مخزن قرار گرفته و موج رادار را به سمت پایین ارسال کرده و بر اساس زمان ارسال سیگنال و سپس انعکاس و دریافت آن توسط آنتن رادار، با دانستن سرعت صوت در فضا، ارتفاع سطح مایع تعیین میشود.
| مزایای لول سنج رادار |
معایب لول سنج رادار |
کاربردهای لول سنج رادار |
| دقت بالا |
صفحه سنسور حساس |
امکان استفاده برای کاربردهای با دما و فشار زیاد |
| اندازه گیری بدون نیاز به تماس |
قیمت بالا |
امکان استفاده در محیط های دارای رطوبت، بخار و گرد و غبار |
| امکان اندازه گیری در مخازن پلاستیکی |
فاصله(برد) عملیاتی محدود |
| قابل استفاده برای انواع مایعات |
رادیومتریک
این نوع اندازه‌گیری سطح با استفاده از تابش اشعه گاما از طریق یک منبع(فرستنده) انجام شده و برای این منظور از موادی با ایزوتوپ های سزیم و یا کبالت در اشعه تابیده شده استفاده میشود. بنابراین از منبع، اشعه گاما منتقل شده و این تابش به گونه ای ساطع می شود که از مواد عبور می کند تا به فرستنده ای که در طرف مقابل مخزن قرار دارد برسد. بنابراین از شدت سیگنال دریافتی برای تعیین سطح سیال فرآیند استفاده می گردد.
| مزایای لول سنج رادیومتریک |
کاربردهای لول سنج رادیومتریک |
| اندازه گیری بدون نیاز به تماس |
امکان استفاده در سیالات با ویسکوزیته بالا |
| ایمنی و قابلیت اطمینان بالا |
امکان استفاده برای سیالات سمی |
| امکان استفاده در شرایط سخت |
امکان استفاده در دما‌ها وفشارهای بالا |
| بدون نیاز به تعمیر و نگهداری |
لول سنج پراکندگی حرارتی
این نوع از لول سنج‌ها دارای دو پروب بوده که یک از آن ها دارای هیتر و RTD، و دیگری فقط دارای RTD است. پروب دارای هیتر و RTD به عنوان پروب فعال و دیگری به عنوان پروب مرجع عمل می‌کند. این دو پروب در یک فاصله کوتاهی از یکدیگر قرار گرفته‌اند و بنابراین اختلاف دمای کمی بین آن‌ها وجود دارد. در حال عادی پروب فعال دارای دمای بیشتری نسبت به محیط بوده و بنابراین بین پروب فعال و مرجع، اختلاف دما وجود دارد. زمانی که ارتفاع سیال حداقل باشد اختلاف دمای بین دو پروب حداکثر بوده و زمانی اختلاف دما بین دو پروب حداقل میشود که مایع در بیشترین ارتفاع سطح خود باشد. این اختلاف و تغییرات دما می‌تواند با انجام محاسبات وکالیبراسیون، مشخص کنندۀ ارتفاع سطح سیال باشد.
| مزایای لول سنج پراکندگی حرارتی |
کاربردهای لول سنج پراکندگی حرارتی |
| تعمیر ونگهداری آسان |
نیروگاه های برق آبی |
| دقت و حساسیت بالا |
پتروشیمی |
| امکان استفاده برای سیالات با خاصیت خورندگی |
تهویه مطبوع |
| صنایع غذایی |
انتخاب سنسور سطح
مواردی که باید در هنگام انتخاب یک سنسور سطح در نظر داشته باشیم:
- نوع محیط کاربری
- محدودۀ فشار و دما
- محدودۀ اندازه گیری
- رسانا بودن یا نارسانا بودن سیال مورد اندازه گیری
- مشخص بودن شرایط سیال از نظر وجود آشفتگی، بخار یا کف
- روش اندازه گیری مورد نظر ومتناسب از نظر نقطه ای یا پیوسته-تماسی یا غیرتماسی بودن