7 نوع اصلی سنسورهای سطح سنج صنعتی

سنسورهای سطح سنج صنعتی یا لول متر دستگاه هایی هستند که برای نظارت و یا تعیین سطح مایع یا جامد در یک مخزن، تانک، و یا هر ظرف دیگر به عنوان بخشی از یک سیستم یا فرایند استفاده می شود. انواع مختلفی از سنسورهای سطح سنج صنعتی در تنظیمات و سیستم های کنترل فرآیند صنعتی و صنعتی استفاده می شود. سنسورهای سطح سنج صنعتی پیگیری مقدار محصول در ظروف ذخیره سازی را به عهده دارند. استفاده از آنها در محیط های تولیدی و صنعتی گذشته گسترش یافته است و آنها وسیله محرکی در اندازه گیری سطح سوخت در اکثر هواپیماها، اتومبیل ها و قایق ها هستند. سنسورهای سطح سنج صنعتی شامل طیف گسترده ای از فناوری از اهرم های ساده تا تشخیص اشعه گاما است و تقریباً در هر کاربرد با مایع در مخزن یا محصول جامد به شکل دانه ای استفاده می شود.

 انتخاب این سنسورهای سطح سنج صنعتی به موارد زیر بستگی دارد:

•      نوع مایع/جامد تحت نظارت
•      میزان دسترسی به سیال/جامد و خواص آن

افزایش تولید وسایل نقلیه، توسعه سنسورهای کوچکتر، هوشمندتر و ارزان‌تر، و قوانین حمایتی دولتی عوامل اصلی هستند که انتظار می‌رود بازار حسگرهای سطح صنعتی را هدایت کنند. علاوه بر این، انتظار می رود پذیرش رو به رشد سنسورهای سطح سنج صنعتی در برنامه های کاربردی نهایی مراقبت های بهداشتی و پیشرفت روزافزون اینترنت صنعتی اشیا (IIoT) و انقلاب چهارم صنعتی (صنعت 4) از رشد بازار حمایت کند.

در این پست قصد داریم انواع سنسورهای سطح سنج صنعتی را مورد بحث قرار دهیم .

سنسورهای سطح صنعتی را می توان به دو طبقه بندی تقسیم کرد - سطح سنج نقطه ای و سطح سنج پیوسته.

هنگامی که یک محصول در یک نقطه خاص وجود دارد، با اندازه گیری سطح نقطه ای مشخص می شود، در حالی که اندازه گیری سطح پیوسته سطح پیوسته یک محصول را هنگام بالا و پایین رفتن نشان می دهد. ظرفیت، اپتیکال، رسانایی، لرزش (چنگال تنظیم)، سوئیچ شناور حسگرهایی برای نشان دادن سطح نقطه هستند، در حالی که سنسورهای اولتراسونیک و رادار (مایکروویو) برای اندازه‌گیری مداوم سطح هستند.

سنسورهای سطح سنج نقطه

بیایید ابتدا در مورد سنسورهای نشانگر سطح نقطه بحث کنیم و با سنسورهای سطح خازنی شروع کنیم.

سنسورهای سطح ظرفیتی

سنسورهای سطح خازنی با استفاده از یک پروب برای بررسی تغییرات سطح کار می کنند. این تغییرات سطح به سیگنال های آنالوگ تبدیل می شوند. به طور کلی، پروب ها از سیم رسانا توسط عایق PTFE ساخته می شوند. اما، پروب های فولادی ضد زنگ بسیار واکنش گرا هستند و بنابراین برای اندازه گیری دانه های غیر رسانا یا مواد با ثابت دی الکتریک پایین مناسب هستند. استفاده از این نوع سنسورها بسیار آسان است و تمیز می شوند زیرا هیچ اجزای متحرک ندارند. علاوه بر این، آنها کوچک، ارزان نسبت به سایر سنسورها، دقیق و تهاجمی برای محصول هستند. با این حال، ممکن است نیاز به کالیبراسیون داشته باشند و فقط در مایعات خاصی قابل استفاده هستند.

سنسورهای سطح ظرفیتی معمولاً در کاربردهایی مانند نظارت بر سطح مخزن در صنایع شیمیایی، مواد غذایی، تصفیه آب، صنایع باتری و نوشیدنی استفاده می شوند.

سنسورهای سطح نوری

سنسورهای نوری بر اساس تغییرات انتقال در نور مادون قرمز ساطع شده از یک LED IR کار می کنند. با استفاده از دیود IR پر انرژی و روش مدولاسیون پالس می توان تداخل نور تولید شده را کاهش داد. به عبارت ساده، آنها با تبدیل پرتوهای نور به سیگنال های الکتریکی کار می کنند که مقدار فیزیکی نور را اندازه گیری می کند و سپس آن را به اندازه گیری تبدیل می کند. این سنسورها همچنین قطعات متحرک ندارند، تحت تأثیر دما یا فشار بالا قرار نمی گیرند، می توانند در کاربردهای مایع استفاده شوند و اندازه کوچکی دارند. با این حال، اگر لنز کثیف یا پوشش داده شود، تمیز کردن مورد نیاز است.

آنها می توانند به عنوان نشانگرهای سطح پایین برای جلوگیری از شرایط خشک شدن هنگام استفاده از خنک کننده، روغن یا هیدرولیک استفاده شوند. معمولاً در برنامه هایی مانند اندازه گیری سطح مخزن و تشخیص نشت استفاده می شود.

از سوی دیگر، سنسورهای سطح نوری پیوسته، از نور لیزر بسیار شدید استفاده می‌کنند که می‌تواند محیط‌های غبارآلود را القا کند و متوجه مواد مایع شود.

سنسورهای سطح سنج رسانایی

سنسورهای سطح مقاومتی یا سنسورهای کاوشگر رسانا نیز نامیده می شوند. این سنسورهای سطح صنعتی برای اندازه گیری سطح مایعات یا سیالاتی که رسانای الکتریکی هستند استفاده می شود. از یک کاوشگر برای خواندن رسانایی استفاده می کند. پروب از یک جفت الکترود تشکیل شده و جریان متناوب را روی آنها اعمال می کند. 

هنگامی که مایعی کاوشگر را می پوشاند، الکترودهای آن بخشی را در یک مدار الکتریکی تشکیل می دهند و باعث می شوند جریانی به جریان بیفتد که سطح پایین یا بالا را نشان می دهد. سنسورهای سطح رسانایی همچنین فاقد قطعات متحرک هستند، کم هزینه هستند و استفاده از آنها نسبتاً آسان است. معایب این حسگرها این است که تهاجمی هستند، فقط می توانند مایعات رسانا را حس کنند و کاوشگر به مرور زمان فرسایش می یابد.

این سنسورهای سطح برای اندازه گیری سطح مخزن برای آب دیگ بخار، مایعات بسیار خورنده و نظارت بر معرف استفاده می شوند.

سطح سنج ویبره (ارتعاشی)

سنسور ارتعاش یا ویبره را می توان برای تشخیص پر شدن بیش از حد یا جلوگیری از دویدن خشک برای کاربردهایی که در آن تلاطم، حباب هوا یا محصولات مختلف وجود دارد استفاده کرد. در این نوع سنسورها از یک عنصر حسگر چنگالی با دو تیغه استفاده شده است. چنگال تنظیم در فرکانس تشدید مکانیکی خود تقریباً 1200 هرتز ارتعاش می کند و دارای انرژی پیزوالکتریک است. فرکانس چنگال زمانی که چنگال در رسانه غوطه ور می شود تغییر می کند و این تغییر توسط نوسانگر داخلی تشخیص داده می شود و به سیگنال خروجی دیجیتال تبدیل می شود. سنسورهای چنگال تیونینگ مقرون به صرفه و جمع و جور هستند، نصب آنها آسان است، برای محصول تهاجمی بوده و اساساً بدون نیاز به تعمیر و نگهداری است.

با این حال، سنسورهای ارتعاشی می توانند در ارتباط با سیستم های تشخیص سطح مداوم مورد استفاده قرار گیرند و به عنوان نقاط زنگ خطر نشت و پر شدن بیش از حد عمل می کنند. سنسورهای ارتعاشی برای کنترل سطح جامد و مایع از جمله فوم و مواد چسبنده و همچنین جامدات و پودرهای ریزدانه مناسب هستند. آنها بسته به ماده ای که می توانند حس کنند کاربرد نامحدودی دارند.

صنایع غذایی، نوشیدنی، معدن و صنایع شیمیایی از این حسگرها برای کاربردهای خود استفاده می کنند.

سنسور سوئیچ شناور

این نوع سنسور سطح صنعتی یکی از مقرون به صرفه ترین، اما به خوبی اثبات شده فناوری برای سنجش سطح مایع است. سوئیچ‌های شناور از یک شناور استفاده می‌کنند، وسیله‌ای که هنگام اعمال یا برداشتن محصول بالا یا پایین می‌آید، که با افزایش یا کاهش سطح حرکت شناور مدار را باز یا بسته می‌کند. اگرچه طراحی ساده است، اما این فناوری قابلیت اطمینان طولانی مدت را با قیمتی جذاب فراهم می کند. بر اساس سبک نصبی که کاربر انتخاب می کند، به شدت به ساختار و طراحی مخزن یا کانتینر بستگی دارد، سوئیچ قرار خواهد گرفت. به طور معمول، تامین‌کنندگان طیف وسیعی از گزینه‌های نصب را پیشنهاد می‌کنند که رایج‌ترین آن‌ها نصب جانبی/افقی و عمودی است. سوئیچ های شناور دستگاه های غیر برقی هستند که نشان دهنده مستقیم هستند. آنها نسبتاً ارزان هستند. معایب سوئیچ شناور این است که به محصول تهاجمی هستند، دارای قطعات متحرک هستند و می توانند از نظر اندازه بزرگ باشند.

سوئیچ های شناور فقط سطح پایین/بالا را نشان می دهند، نمی توانند سطح متغیر را اندازه گیری کنند. یک کاربرد بسیار زیاد برای سوئیچ های شناور در مخازن ذخیره مایع برای نشان دادن سطح بالا یا پایین است.

سنسورهای سوئیچ شناور معمولاً در کاربردهای سطح مخزن که در آن از روغن، آب، مواد شیمیایی و سیالات هیدرولیک استفاده می شود، استفاده می شود.

سنسورهای اندازه گیری سطح پیوسته

بیایید ابتدا سنسورهای سطح سنج پیوسته را مورد بحث قرار دهیم. ما با سطح سنج های اولتراسونیک صنعتی شروع خواهیم کرد .

سنسورهای سطح سنج اولتراسونیک صنعتی

سنسورهای اولتراسونیک صنعتی برای تشخیص سطوح مواد مایع چسبنده و مواد حجیم نیز استفاده می شود. آنها با انتشار و دریافت امواج اولتراسونیک، در محدوده فرکانس 20 تا 200 کیلوهرتز کار می کنند. سپس امواج به یک مبدل تکرار می شوند. فاصله با مدت زمانی که طول می کشد تا امواج به عقب منعکس شوند اندازه گیری می شود. فشار، رطوبت، تلاطم و دما بر پاسخ سنسور اولتراسونیک تأثیر می گذارد.

علاوه بر این، مبدل باید به طور مناسب افزایش یابد تا پاسخ بهتری دریافت کند. سطح سنج های اولتراسونیک صنعتی بدون قطعات متحرک، فشرده و مقرون به صرفه، قابل اعتماد و غیر تهاجمی هستند. در این سنسور سطح، به دلیل ارتعاشاتی که ایجاد می‌کنند و تحت تأثیر خواص موادی که حس می‌کنند، به خود تمیز شوندگی نیاز است. استفاده از سنسورهای سطح اولتراسونیک به دلیل هزینه کمتر و مزایای خاص کاربرد، بهترین انتخاب به عنوان سنسور سطح آب صنعتی است.

سنسورهای سطح اولتراسونیک صنعتی برای کنترل مواد جامد ریز در معدن و پودر، سطح مایع، صنایع غذایی و آشامیدنی، و پردازش شیمیایی استفاده می شود.

سطح سنج رادار (مایکروویو)

عملکرد سنسورهای رادار یا مایکروویو مشابه امواج مافوق صوت است. اما، پالس ها با سرعت نور و دوباره حرکت می کنند. تکرارپذیری و قابلیت اطمینان را می توان اغراق کرد - اما این بار توسط ثابت دی الکتریک سیال. این سنسورها توسط آنتن مایکروویو را روی حسگر رادار ارسال می کنند. محصولی که حس می شود این مایکروویوها را به آنتن باز می گرداند و زمان انتشار تا دریافت سیگنال متناسب با سطح محصول است. با این حال، اطلاعات سطح بسیار دقیق را می توان با رادار به دست آورد و همچنین ساختارهای ثابت درون ظرف را جبران کرد. سنسورهای رادار تحت تأثیر گرد و غبار، دما یا فشار قرار نمی گیرند. آنها همچنین می توانند خمیرها، مایعات، جامدات و پودرها را اندازه گیری کنند.

اینها بسیار دقیق هستند و نیازی به کالیبراسیون ندارند. علاوه بر این، آنها غیر تهاجمی هستند، همانطور که نیستند نباید محصولی را که حس می کند لمس کنید. سنسورهای رادار گران هستند و برد تشخیص محدودی دارند. آنها حتی به عنوان سنسور سطح فاضلاب برای اندازه گیری سطح، لجن و محلول های شیمیایی در تصفیه فاضلاب استفاده می شوند.

آنها معمولاً در برنامه های کاربردی مانند محیط های مرطوب ، بخار و گرد و خاک استفاده می شوند. آنها همچنین در سیستم هایی که دما در آنها متفاوت است استفاده می شود.

معیارهای انتخاب

قبل از انتخاب یک لول متر، کنترل کننده یا هر وسیله اندازه گیری سطح دیگر، مطمئن شوید که پاسخ سوالات اصلی زیر را دارید.

آیا در حال اندازه گیری مایع هستید یا جامد (توده)؟

ضخامت/ویسکوزیته مواد چقدر است؟

محدوده دما و فشار عملیاتی برنامه چیست؟

آیا سطح نقطه یا اندازه گیری مداوم مورد نیاز است؟

به چه سطحی محدوده اندازه گیری نیاز دارید؟

 خواص شیمیایی محصول برای پایداری و خورندگی چیست؟

آیا برنامه یک نصب جدید یا مقاوم سازی یا نصب فرآیند موجود است؟

 آیا مواد اندازه گیری شده رسانای الکتریکی هستند؟ ثابت دی الکتریک برای رسانه چیست؟

 آیا موانع/محدودیت هایی وجود دارد که قرارگیری پروب یا سنسور را مسدود کند؟         

آیا این ماده روی سطوح می پوشد یا می چسبد؟

آیا تلاطم، کف سطحی، بخار، پوشش سنسورها در سطح مایع رخ می دهد؟

آیا نیاز به اندازه گیری سطح تماس یا بدون تماس دارید؟

چه نوع خروجی – آنالوگ، رله، نمایشگر دیجیتال و غیره از سنسور نیاز دارید؟

نتیجه

چند برنامه حسگر سطح ممکن است همپوشانی داشته باشند و هنگام تصمیم گیری در مورد سنسور، شناسایی محصولی که حس می کنید و نوع بازخورد مورد نیاز برنامه شما ضروری است. سطح بالا یا پایین را می توان با حسگرهایی مانند رسانایی یا مقاومت، ظرفیت خازنی، چنگال تنظیم، سوئیچ های شناور و سنسورهای سطح نوری نشان داد، در حالی که سنسورهای سطح اولتراسونیک و رادار می توانند سطح شما را تعیین کنند تا پاسخ خاصی به مقدار محصول در آن ارائه دهند. یک تانک این نوع سنسورهای سطح صنعتی را می توان در کاربردهای مختلفی مانند سنجش سطح بالا یا حسگر سطح پایین، تشخیص نشت، آلارم، خاموش کردن بیش از حد استفاده کرد و همچنین در صنایع مختلف مانند تولید، دریایی، غذا و نوشیدنی یافت می شود. ، تولید، پزشکی، دارویی و مدیریت سوخت/انرژی.