آشنایی با ۱۴ روش اندازه گیری با سطح سنج

اندازه گیری سطح یا به عبارتی استفاده از سطح سنج ها یکی از مهمترین پروسه ها در صنایع و کارخانه ها می باشد.

در این مقاله سعی می کنیم که شما را با انواع روش های اندازه گیری سطح مخازن آشنا کرده و
اصول اندازه گیری سطح را به شما بیاموزیم.

از مفاهیم و استانداردها شروع کرده و روش های مختلف را بررسی می کنیم.

1# آشنایی اولیه با کاربرد سطح سنج ها

2# مفاهیم و اصطلاحات اولیه در اندازه گیری سطح

در تمامی پروژه ها و کارهایی که انجام می دهیم، همیشه به اطلاعاتی برای به دست آوردن میزان سیال ذخیره سازی شده نیاز داریم.

خب ربط آن به اندازه گیری سطح چیست؟

خیلی ساده است، شما یک مخزن با سطح مقطع 500m² دارید که ارتفاع آن 15m است.

شما به راحتی با اندازه گیری سطح مخزن می توانید به حجم ذخیره سازی شده، دست یابید.

بنابراین خیلی بعید است که در پروژه ای تعدادی مخزن داشته باشید و سطح آن ها اندازه گیری نشود.

در ادامه مقاله به فلوتر ها هم خواهیم پرداخت.

1-2# استاندارد ها

پرکاربردترین استانداردها در اندازه گیری سطح عبارت اند از:

API 550 Part 1 – Section 2

IPS – IN – E/M/C – 140

(API 2545 (Tank gauging

2-2# دیمانسیون یا واحد اندازه گیری

توجه کنید که اندازه گیری سطح را همیشه به صورت درصد بیان می کنیم و
همیشه به دنبال آن هستیم که ببینیم چند درصد از کل مخزن پر است.

دقت کنید که با داشتن درصد پر بودن مخزن، به راحتی می توانیم حجم سیال ذخیره سازی شده را به دست آوریم.

زیرا سطح مقطع مخزن ثابت بوده و با داشتن ارتفاع مخزن (اینکه چند درصد از سطح کلی مخزن پر است؟)
به راحتی میزان سیال موجود داخل مخزن را خواهیم داشت.

و تنها در روش Tank gauging، سطح مخزن را بر حسب میلی متر خواهیم خواند.

3# معرفی 4 سطح سنج گیجی (کاربرد در حالت Gauge)

به عنوان مقدمه ای برای معرفی روش های اندازه گیری سطح، با هم به روش هایی که خودمان با کمترین امکانات می توانیم با آن ها سطح را اندازه گیری کنیم، می بپردازیم.

مواد اولیه:

یک تکه چوب و یک تانک آب

خیلی ساده و فقط با فرو دادن چوب در تانک و مشاهده میزان خیس شدن چوب، می توانید به صورت تقریبی به درصد آب داخل مخرن پی ببرید.

خب حالا برویم به سراغ روش های کاربردی و صنعتی برای اندازه گیری سطح.

1-3# عمق سنج (Deep)

ساده ترین روش اندازه گیری سطح، روش Deep است. این تجهیز دقیقا همانند گیج روغن ماشین است.

در جاهایی که سیال ویسکوزیته بالا یا چسبندگی دارد، می توان از این تجهیز استفاده کرد.

زیرا به وضوح بر روی دستک عمق سنج تغییر رنگ ایجاد می شود و میزان تغییر رنگ تا شاخص، مقدار سطح را نشان می دهد.

از فلوتر به عنوان تجهیزی که صنعتی شده عمق سنج ها می باشد استفاده می کنیم.

2-3# فلوتر (Floater)

فلوتر همان تجهیزی است که در کولرهای آبی کوچکی که در خانه ها داریم، استفاده می شود.

یک فلوتر، بر روی سطح مایع درون مخزن شناور است و
کافی است توسط یک استند، این فلوتر را به یک محور (چرخ دنده) و یک پوینتر متصل کنیم.

حرکت بالا و پایین سطح و در نتیجه حرکت فلوتر، منجر به حرکت پوینتر روی یک صفحه مدرج می گردد.

دقت کنید که گیج از بالا شماره گذاری شده است و اگر سطح سیال بالا بیاید، پوینتر به سمت پایین حرکت کرده و مقدار بیشتری را نشان می دهد و
اگر سطح سیال پایینتر برود، فلوتر به سمت بالا می رود و پوینتر به بالا رفته و مقدار کمتری را نمایش می دهد.

در باک بنزین ماشین نیز از این مکانیزم استفاده می شود.

در ماشین های قدیمی تر و تعداد اندکی از ماشین های امروزی، به هنگام حرکت ماشین در مسیر سربالایی، عقربه بنزین ماشین پایین می آمد و مقدار کمتری را نمایش می داد.

این مشکل به دلیل مورب شدن سطح باک و در نتیجه تاثیر بر روی محل اصلی فلوتر بوده و هست.

در صنعت معمولا راه حل این روش را به صورت سرو لول گیج خواهیم داشت که در ادامه آورده شده است.

3-3# سرو لول گیج (Servo level gauge)

این روش، یکی از روش های بسیار قدیمی در اندازه گیری سطح است.

به طور مثال در آمریکا و از همان ابتدای کشف نفت در ایالت پنسیلوانیا (Pennsylvania)، برای ذخیره نفت در مخازن از این روش استفاده می کردند.

این روش برای مخازن بلند تا سقف 15 متر، استفاده می گردد.

روی مخزن، عموما یک منهول (Man-hole) پیاده سازی می کنند.

سایز منهول بایستی به اندازه ای باشد که یک انسان بتواند از آن عبور کرده و
به داخل مخزن برود.

زیرا فلوتر بایستی از این منفذ بر روی سطح آب قرار بگیرید و همچنین برای تعمیرات و نگهداری از طریق این منفذ به داخل مخزن رفته و تعمیرات را انجام می دهیم.

مکانیزم عملکرد سرو لول گیج

مکانیزم اندازه گیری به این روش به صورت زیر است:

• اگر دقت کنید، دو عدد سیم هدایت شونده (Guided wire) وجود دارد که در بالا و پایین مخزن به وسیله لنگر (Anchor) محکم شده اند.
• فلوتر نیز به وسیله یک نوار اندازه گیری (Measuring tap) به چرخ دنده ها متصل شده و روی این قرقره ها یک عدد پوینتر موجود است.
  درنتیجه حرکت فلوتر در نهایت به این عقربه اعمال می شود و عقربه را می چرخاند.
• اگر بیشتر دقت کنید، نوار اندازه گیری در بالای مخزن از طریق دو عدد زانویی (sheave elbow) به چند قرقره متحرک متصل می گردد.
  این elbow ها به گونه ای می باشند که اصطکاکی بین tap و آن ها ایجاد نشود و خطایی در اندازه گیری ایجاد نگردد.
• فلوتر توسط دو Guided wire از دو سمت مهار شده و در امتداد طول آن ها می تواند حرکت کند.
  Guided wire برای این در نظر گرفته شده است که اگر سطح متلاطم شد، Measuring tap که نازک است آسیب نبیند.
• پیشتر به Man-hole اشاره کردیم و همانطور که مشاهده می کنید، نازل مربوط به فلوتر و Guide wire ها، روی منهول نصب می شوند.
• به عنوان آخرین نکته، به این مسئله اشاره می کنیم که در داخل گیج، تعدادی قرقره وجود دارد که شل و سفت شدن tape، منجر به تغییر قرقره ها و حرکت پوینتر می شود.
• طول Measuring tap بایستی حداقل دو برابر طول مخزن (طول مورد نظر جهت اندازه گیری) باشد.

4-3# سایت گلاس (Level gauge)

سایت گلاس، پرکاربردترین روش اندازه گیری سطح به صورت گیج است و
به خاطر همین کاربرد گسترده به آن Level gauge گفته می شود.

4# سطح سنج خازنی

سطح سنج خازنی را از بالا بر روی مخازن، جهت اندازه گیری سطح نصب می کنیم.

ابتدا بر روی مخزن یک پروجکشن نازل توسط واحد پایپینگ ایجاد شده و
سپس بر روی آن، یک فلنج 2 تا 4 اینچ قرار گرفته و بر روی آن سطح سنج را نصب می کنیم.

سیالی که داخل مخزن قرار دارد، یک ضریب دی الکتریک دارد،
این ضریب را با K نشان می دهیم و اگر K<10 باشد، سیال نارسانا بوده و اگر K>10 باشد، سیال داخل مخزن رسانا خواهد بود.

سپس طبق فرمول ظرفیت خازن مقدار سطح به دست می آید.

از سطح سنج خازنی برای هر دو نوع سیال می توان استفاده کرد، ولیکن
هر کدام دارای الزامات و شرایط خاصی است که بایستی حتما رعایت شود.

این الزامات را در حین توضیح نحوه عملکرد سطح سنج خازنی بررسی خواهیم کرد.

5# شیوه عملکرد سطح سنج خازنی

این سنسور اندازه گیری سطح ممکن است، تک صفحه ای (میله ای) (probe) یا دو صفحه ای باشند.

در واقع یا دو صفحه خازن داشته باشیم و یا اینکه یک صفحه خازن داشته باشیم و دیگری جداره مخزن باشد.

(منظورمان این است که در حالت دوم، به جای یکی از صفحات خازن که میله بایستی باشد، از دیواره مخزن استفاده کنیم)

مثلا در شکل زیر، دو صفحه خازن داریم:

که این مسئله، وابسته به نوع جنس دیواره های مخزن است.

با این روش اندازه گیری، یک خازن در قسمتی که سیال قرار دارد، تشکیل شده و یک خازن نیز در قسمت بالای سیال ایجاد می شود.

در این روش باید حتما دیواره های مخزن را به زمین متصل کنیم تا از تشکیل خازن بین پراب ها و دیواره های مخزن جلوگیری کنیم.

کاملا واضح است که این دو خازن، چون صفحه های هم نام شان بهم متصل است، با یکدیگر موازی بوده و داریم:

اما اگر بدنه و دیواره های مخزن فلزی باشند می توان از روش دوم نیز استفاده کرد، به این صورت که
از یک تک پراب استفاده کرد و صفحه دوم خازن را دیواره مخزن نزدیک به آن در نظر گرفت.

6# استفاده از سطح سنج خازنی در سرویس های Interface

همچنین از این روش اندازه گیری می توان در سرویس هایی که دارای سطح جدایی (Interface) نیز است، استفاده کرد.

به طور مثال در شکل بالا سطح اول آب، سطح دوم امولسیون و سطح سوم روغن است.

زیرا هر کدام از این سیالات دارای ضریب دی الکتریک مختص به خود است و در هم حل نمی شوند.

در این حالت هر یک از این سیالات خازن های متفاوتی را ایجاد می کنند.

از سازندگان معتبر سطح سنج خازنی می توان به Siemens ،Endress+Hauser  FMI51  FMI52 اشاره کرد.

1-6# ویژگی های کاربردی سطح سنج خازنی

این روش هیچ محدودیتی از نظر فشار و دمای سیال ندارد.

ولیکن اگر سیال عبوری توده ای و partial باشد، از این روش نباید استفاده شود.

زیرا probe (میله) ها نازک بوده و پس از مدتی دچار آسیب و شکستگی می شوند.

برای سیالات ویسکوز (ویسکوزیته بالا) هم کمتر از این روش استفاده می شود،
زیرا میله ممکن است دچار خوردگی و از بین رفتگی شود.

همچنین حداکثر تا طول های 2 تا 3 متر از این روش استفاده می شود.

در شکل زیر از یک سطح سنج خازنی برای اندازه گیری سطح یک مخزن 2 متری گازوئیل استفاده شده است.

که همان طور که گفته شد، هم ارتفاع کمی داشته و هم سیال تمیزی در داخل آن ذخیره می شود.