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

در این مقاله سعی می کنیم که شما را با انواع روش های اندازه گیری سطح و 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:

آشنایی اولیه با کاربرد سطح سنج ها

#0 مفاهیم و اصطلاحات اولیه در اندازه گیری سطح

در تمامی پروژه‌ها و کارهایی که انجام می‌دهیم، همیشه به اطلاعاتی برای بدست آوردن میزان سیال ذخیره سازی شده نیاز داریم.

خب ربط آن به اندازه‌گیری 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 می‌توانید به حجم ذخیره سازی شده، دست یابید.

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

در ادامه مقاله به فلوتر ها هم خواهیم پرداخت.

استاندارد ها

پرکاربردترین استانداردها در اندازه گیری سطح عبارتند از:

API 550 Part 1 Section 2

IPS IN E/M/C 140

(API 2545 (Tank gauging

دیمانسیون

توجه کنید که اندازه‌گیری سطح را همیشه به صورت درصد بیان می‌کنیم 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 می‌توانیم حجم سیال ذخیره سازی شده را بدست آوریم.
زیرا سطح مقطع مخزن ثابت بوده و با داشتن ارتفاع مخزن (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 میلیمتر خواهیم خواند.

این را هم ببینید
مرجع ابزار دقیق

#1 معرفی 4 سطح سنج گِیجی (کاربرد به صورت در حالت Gauge)

به عنوان مقدمه‌ای برای معرفی روش‌های اندازه گیری سطح، با هم به روش هایی که خودمان با کمترین امکانات می‌توانیم با آنها سطح را اندازه‌گیری کنیم، می‌بپردازیم

مواد اولیه:

یک تکه چوب – یک عدد کفش – یک تانک آب

کمی فکور باشید!! و لطفا یک راهکار ساده برای اندازه‌گیری سطح تانک با وسایل فوق، ارائه بدهید

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

خب حالا برویم به سراغ روش‌های کاربردی و صنعتی برای اندازه گیری سطح:

#1-1 عمق سنج Deep

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

عمق سنج

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

زیرا به وضوح بر روی دستکِ عمق سنج تغییر رنگ ایجاد می‌شود و میزان تغییر رنگ تا شاخص، مقدار سطح را نشان می‌دهد.

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

#1-2 فلوتر Floater

فلوتر همان تجهیزی است که در کولرهای آبی کوچکی که در گوشه‌ی خانه‌ها داریم، استفاده می‌شود.

یک فلوتر، بر روی سطحِ 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 می‌گردد.

فلوتر

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 می‌دهد و

اگر سطح سیال پایینتر برود، فلوتر به سمت بالا می رود و پوینتر به بالا رفته و مقدار کمتری را نمایش می‌دهد.

در باک بنزین ماشین نیز از این مکانیزم استفاده می‌شود.

بله از همین فلوتر

در مایشن‌های قدیمی‌تر و تعداد اندکی از ماشین‌های امروزی، به هنگام حرکت ماشین در مسیر سربالایی، عقربه بنزین ماشین پایین می‌آمد و مقدار کمتری را نمایش می‌داد

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

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

#1-3 سرو لول گیج Servo level gauge

این روش، یکی از روش‌های 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 می‌کردند.

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

روی مخزن، عموما یک منهول Man-hole پیاده سازی می‌کنند.

سایز منهول بایستی به اندازه‌ای باشد که یک انسان بتواند از آن عبور کرده و به داخل مخزن برود
(یک man رو بتوانیم هُل بدهیم داخلش)(24”)

منهول سرو لول گیج ها و فلوتر

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 می‌دهیم.

مکانیزم عملکرد سرو لول گیج

مکانیزم اندازه گیری به این روش به صورت زیر است:

ساختمان سروو لول گیج ها به عنوان تجهیز پیشرفته تر فلوتر ها

  • اگر دقت کنید، دو عدد Guided wire وجود دارد که در بالا و پایین مخزن به وسیله Anchor (لنگر) محکم شده‌اند! (در شکل بعدی مشخص شده‌ اند)
  • فلوتر نیز به وسیله یک Measuring tape (نوار اندازه‌گیری) به چرخدنده ها متصل شده و روی این قرقره‌ها (چرخدنده‌ها) یک عدد پوینتر موجود است.
    درنتیجه حرکت فلوتر در نهایت به این عقربه اعمال می‌شود و عقربه را می‌چرخاند.
  • اگر بیشتر دقت کنید، Measuring tape (نوار‌ اندازه‌گیری) در بالای مخزن از طریق دو عدد sheave elbow (زانویی) به چند قرقره متحرک متصل می‌گردد.
    این elbow ها به گونه‌ای می‌باشند که اصطکاکی بین tap و آنها ایجاد نشود و خطایی در اندازه‌گیری ایجاد نگردد.
  • پس اگر دقت کنید، فلوتر توسط دو Guided wire از دو سمت مهار شده و در امتداد طول آنها می‌تواند حرکت کند.
    Guided wire برای این در نظر گرفته شده است که اگر سطح متلاطم شد، Measuring tape که نازک است آسیب نبیند.
  • پیشتر به منهول Man-hole اشاره کردیم و اگر دقت کنید، نازلِ مربوط به فلوتر و Guide wire ها، روی منهول نصب می‌شوند.
  • و به عنوان آخرین نکته، به این مسئله اشاره می‌کنیم که در داخل گیج، تعدادی قرقره وجود دارد که شل و سفت شدن tape، منجر به تغییر قرقره‌ها و حرکت پوینتر می‌شود.
  • طول Measuring tape بایستی حداقل دو برابر طول مخزن H (طول مورد نظر جهت اندازه گیری) باشد.

         Length of Measuring taps > 2H

سرو لول گیج

#1-4سایت 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 می‌شود.

به خاطر اهمیت و کاربرد این روش اندازه گیری، آن را در قالب یک مقاله دیگر به طور کامل آموزش داده ایم:

این را هم ببینید
آشنایی با روش سایت گلاس

#2 سطح سنج خازنی (بخشی از بسته INSTART)

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

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 می‌کنیم.

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

فرمول محاسبه ظرفیت خازن را که یادتان هست! همان فرمول …

فرمول ظرفیت خازن

از سطح سنج خازنی برای هر دو نوع سیال می‌توان 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.

شیوه عملکرد سطح سنج خازنی

این سنسور اندازه گیری سطح ممکن است، تک صفحه‌ای (میله‌ای) (probe) یا دو صفحه‌ای باشند.
در واقع یا دو صفحه خازن داشته باشیم و یا اینکه یک صفحه خازن داشته باشیم (و دیگری جداره مخزن)
(منظورمان این است که درحالت دوم، به جای یکی از صفحات خازن که میله بایستی باشد، از دیواره مخزن استفاده کنیم)

مثلا در شکل زیر، دو صفحه خازن داریم:

صفحات سطح سنج خازنیکه این مسئله، وابسته به نوع سیال داخل مخزن و ضریب K است.

اگر سیال رسانا باشد، بایستی از سطح سنج خازنی دو صفحه ای استفاده کرد،
تا بین دو صفحه یک خازن ایجاد شود. دقیقا مطابق شکل قبلی.

یک خازن در قسمتی که سیال قرار دارد، تشکیل شده و یک خازن نیز در قسمت بالای سیال ایجاد می‌شود.

کاملا واضح است که این دو خازن، چون صفحه های هم نام‌شان بهم متصل است، بایکدیگر موازی بوده و داریم:

فرمول ظرفیت 2 خازن موازی

سطح سنج خازنی دو صفحه ای

اما اگر سیال عبوری نارسانا باشد، خازن را با جداره مخزن ایحاد کرده و از همان تک صفحه خازن استفاده می‌شود:

سطح سنج خازنی تک صفحه ای

استفاده از سطح سنج capacitive در سرویس های Interface

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

تفکیک سیالات ذخیره سازی شده با سطح سنج خازنی

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

زیرا هر کدام از این سیالات دارای ظریب دی الکتریک مختص به خود است و در هم حل نمی‌شوند.
در این حالت هریک از این سیالات خازن های متفاوتی را ایجاد می‌کنند.

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

ویژگی های کاربردی سطح سنج خازنی

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

ولیکن اگر سیال عبوری توده‌ای و partial بود، از این روش نباید استفاده بشود.
زیرا probe (میله) ها نازک بوده و پس از مدتی دچار آسیب و شکستگی می‌شوند.

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

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

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

سطح سنج خازنی

که همان‌طور که گفته شد، هم ارتفاع کمی داشته و هم سیال تمییزی در داخل آن ذخیره می‌شود.

ما در مباحث مختلفی از بسته جامع ابزار دقیق به آموزش کاربردی مطالب این حوزه پرداخته ایم.

دریافت 99 دقیقه فیلم رایگان ابزاردقیق

مقاله بالا بخشی از بسته جامع آموزش ابزار دقیق (INS) است.

برای مشاهده کامل این بسته کلیک کنید.

مشاهده بسته ابزار دقیق
بسته جامع ابزاردقیق

به آموزش ابزار دقیق علاقه مندم

اگر محتوای آموزشی ابزار دقیق را می پسندید برای دریافت آموزش های رایگان فرم را تکمیل کنید.

شماره موبایل پشتیبانی: ۰۹۰۱۷۰۳۹۳۲۹


نظرتون درباره این مقاله چیه؟
ما رو راهنمایی کنید تا اون رو کامل تر کنیم و نواقصش رو رفع کنیم.

توی بخش دیدگاه ها منتظر پیشنهادهای فوق العاده شما هستیم.