همه چیز درباره اندازه گیرهای فشار هیدرواستاتیکی
- این دستگاه اندازه گیری ارتفاع، دارای یک سنسور فشار می باشد که فشار هیدرواستاتیکی ستون مایع را اندازه گیری می کند.
- فشار هیدرواستاتیکی با ارتفاع مایع رابطه مستقیم دارد.
- تنوع ابزارهای اندازه گیری فشار باعث استفاده گسترده از این روش در اندازه گیری ارتفاع مایعات شده است.
- فشار اندازه گیری شده برابر فشار ستون مایع به اضافه فشار سطح می باشد.
- در تانک های اتمسفری فشار سطح برابر فشار اتمسفر خواهد بود .
- اگر فشار سطح مایع کمتر یا بیشتر ازفشار اتمسفری باشد، سنسور فشار دیفرانسیلی به کار گرفته می شود.
- فشاری که به سطح اعمال می شود از فشار کل کم می شود، تا فقط فشار ستون مایع محاسبه شود.
- کلیه روش های اندازه گیری ارتفاع سطح سیال که بر اساس اندازه گیری فشار ستون سیال می باشد،
- چگالی سیال بطور دقیق باید مشخص باشد،
- تغییرات نسبتاً زیاد دما باعث تغییر در چگالی سیال می شود.
- در همه این دستگاه ها از جمله اندازه گیره ای هیدرواستاتیکی،از جبران ساز دما نیز استفاده می شود
- متدوال ترین ترانسدیوسر این وسایل از نوع پیزو الکتریک می باشد.
- بیشتر سنسور های فشار برای شرایط اتمسفری تنظیم میشوند
- فشار در سطح مایعات بدون سرپوش صفر خواهد بود.
- واحد اندازه گیری فشار پاسکال است، ۱ پاسکال برابر با فشار ۱ متر ارتفاع اب است.
- مبدلهای فشار هیدرواستاتیک همواره شامل غشایی است که به صورت مکانیکی یا هیدرولیکی به المان مبدل متصل میشود.
- المان مبدل براساس تکنولوژی هایی شامل: القایی، خازنی، کشش سنج یا نیمه هادی می باشد.
- مبدل فشار به صورتهای مختلف می تواند نصب شود و کاربرد ان با توجه به احتیاط ها و اوضاع فرایندی مشخص گردد.
- فشار ناشی از سیال باعث حرکت غشا فقط به میزان چند میکرون میشود
- مبدل نیمه هادی نسبت به کثیفی یا رسوب ناشی از مواد غیر حساس است.
- ویژگی این نوع مبدل برای کاربری های فاضلاب، گل و لای، رنگ و روغن مناسب است.
- برای مایعات خورنده و چسبنده یا در جاهای که از لوله برای انتقال هیدولیکی فشار به گیج استفاده شده است، به اب بندی مناسب نیاز است.
- سنسور فشار برای اینکه در معرض فشار سیستم قرار گیرد باید در پایین تانک نصب شود.
- در مواردی که نصب سنسور مستقیما در نزدیکی تانک و در عمق مناسب نباشد، باید ان را در بالای تانک نصب کرد و توسط یک میله یا کابل به درون مایع انتقال داد.
- این روش معمولا در کاربردهای انبار و تانکهای خزانه مورد استفاده قرار میگیرد.
- اگر استفاده از نازل و لوله بلند اجتناب پذیر باشد، باید برای جلوگیری از سفت شدن مایع و گرفتگی لوله احتیاط لازم انجام شود.
- در صورت بروز چنین اتفاقی فشاری که اشکار شده صحیح نخواهد بود.
- برای جلوگیری از این مورد میتوان از روش نصب متفاوت یا هیترهای لوله ای استفاده کرد.
- در این روش، لازم است فشار استاتیکی محاسبه شود.
- سنسور نباید مستقیما در مسیر جریان سیال قرار گیرد زیرا در این صورت فشار اندازه گیری شده بسیار بالا خواهد بود.
- سنسور فشار نباید در خروجی تخلیه تانک قرار گیرد زیرا فشار اندازه گیری شده در هنگام تخلیه پایین تر از مقدار واقعی خواهد بود.
سنسورهای فشار هیدرواستاتیک
- قابل نصب در زیر آب و محیط باز می باشند و برای اندازه گیری سطح مایعات خورنده در مخازن و تانک های عمیق مناسب می باشند.
- سنسورهای موجود در بازار از m bar ۱۰ تا bar ۱۰۰ موجود می باشند.
- لول متر (ارتفاع سنج) هیدرو استاتیک بر اساس اندازه گیری عملکرد فشاری میتواند ارتفاع اب را اندازه گیری کند.
- این نوع لول سنج دقت کاری بالایی دارد و عملکرد بسیار مناسب بوده و توسط پروب شناوری داخل مخزن سیال قرار می گیرد .
- همچنین این تجهیزات دارای خواص ضدانفجارEX نیزمی باشند.
سیگنال های خروجی
- Analog signal (mA) 4…..20
- Analog signal with HART ( mA) 4…..20
سنسور فشار هیدرواستاتیک چگونه کار می‌کند؟
- سنسور فشار هیدرواستاتیک (سنسور فشار غوطه‌ور)، در انتهای مخزن یا چاه می‌نشیند و با شناسایی فشار وارد شده توسط حجم مایع بالای آن، سطح آب را می‌سنجد
- این مقدار بر اساس ابعاد مخزن یا چاه و گرانش خاص مایع اندازه‌گیری شده،تبدیل میشود به یک مقدار سطح. در این مورد، گرانش خاص یک است چون مایع آب است.
- سطح خوانده شده توسط سنسور سطح، یک سیگنال ۴-۲۰ mA به کنترلر ارسال می نماید.
- دو نقطه‌ی انتهای مقیاس ۴-۲۰ mA کالیبره شده‌اند برای اینکه اندازه‌گیری دقیق و درستی انجام پذیرد.
- این کار با تنظیم ۴mA روی ۰ psi و ۲۰mA روی حداکثر psi عملی میشود.
- فشار در آب تقریبا ثابت (یا همان فشار هیدرواستاتیک) با ضرب کردن چگالی آب در گرانش و فاصله بین نقطه مورد نظر و سطح آب (P=ρgh) حساب می شود.
- این معادله را می توان به سادگی معکوس کرد تا فاصله یا عمق (h=P/ρg) را به دست آوریم.
- وهمانطور که چگالی و گرانش برای آب ثابت هستند،
- مقدار اندازه‌گیری‌شده توسط سنسور فشار ما، با دقت و سرعت بالا به اندازه‌گیری سطح تبدیل میشود (۲٫۳۱ شماره‌ی جادویی است که PSI را به فوت تبدیل می‌کند).
چطور از سنسور فشار هیدرواستاتیک در برابر الکترولیز محافظت کنم؟
- الکترولیز (یا برق‌کافت) یک واکنش شیمیایی در جریان موجود در مایع شمامی باشد.
- این واکنش، نتیجه‌ی ناخواسته یک حلقه زمین (ground loop) است.
- زمانی است که چندین نقطه اتصال زمین، پتانسیل الکتریکی متفاوت داشته باشند و جریانی در بین آن‌ها جاری شود.
- برای از بین بردن الکترولیز، دو گزینه وجود دارد:
- عدم استفاده از حلقه زمین
- استفاده از متریالی پلاستیکی، به جای فلزی
- برای جلوگیری از حلقه زمین باید اطمینان حاصل کنیم که سنسور شما تنها به یک نقطه اتصال زمین متصل باشد.
- احتمالا الکترولیز به دلیل این رخ می‌دهد که سنسور غوطه‌ور به مایع پیرامونش، به زمین متصل شده است و جریان از پوشش سنسور به نزدیک‌ترین نقطه اتصال زمین جاری میشود.
- در چنین حالتی کافی است که سیم ارت سنسور از ترمینال سیم‌کشی داخل جعبه کنترل قطع شود.
چطور از دیافراگم سنسور فشار غوطه ور محافظت کنیم؟
- دو گزینه مناسب برای محافظت از دیافراگم داریم:
- دماغه مخروطی (Nose Cone)
- قفس (Cage)
- به طور معمول دماغه مخروطی کافی است. البته در شرایط محیطی پرتلاطم و جریان بالا با جامدات معلق، قفس توصیه میشود
وله ونت (vent tube) چیست و چرا مهم است؟
- لوله ونت یا لوله تهویه، جزئی است از کابل سنسور فشار هیدرواستاتیک ونتد که محفظه پشت دیافراگم را در معرض فشار اتمسفریک قرار می‌دهد (یا ونت می‌کند).
- این مساله برای درستی عملکرد سنسور حیاتی است.
- فشار اتمسفریک نقطه مرجع سنسوراست، یعنی به شکل خودکار با تغییرات فشار اتمسفریک (بارومتریک) تنظیم میشود
- در واقع به شما می‌گوید که علاوه بر فشار اتمسفریک، چه مقدار فشار به سنسور وارد شده است.
- اهمیت دارد که لوله ونت را هم خشک نگه داشته و هم مانعی سر راه آن نباشد.
- برای خشک نگه داشتن لوله، دو گزینه را ارائه می شود:
- کارتریج خشک‌کننده
- درب ونت قابل تنفس هیدروفوبیک (آب‌گریز)
- باید مطمئن باشید که یکی از این دو مورد روی لوله ونت شما نصب باشد تا از قطعات الکترونیکی محافظت شود.
- اگر مانع یا شی ناخواسته در این لوله وجود داشته باشد، ضرر دارد.
- اگر سنسور به خوبی تهویه نشود، صحت و درستی سنسور افت می‌کند،
- زیرا فشار اتمسفر تاثیر متفاوتی بر عملکرد دیافراگم سنسور خواهد گذاشت.
- مهر و موم کردن این لوله، باعث تغییر مرجع سنسور به یک فشار میشود و در نتیجه در برابر تغییرات ارتفاع و آب و هوا آسیب‌پذیر خواهد بود.
- سنسورهای فشار غوطه‌ور ابزار اندازه‌گیری فشار در محیط‌های کم‌فشار هستند
- این تغییرات کوچک در اتمسفر تاثیری قابل توجه روی مقادیر خوانده شده دارد.
مگر آنکه دقت بالا مهم نباشد
- اگر تنها انتظار می‌رود که تغییرات کوچکی در چگالی رخ بدهد و دقت و درستی، اولویت اول شما نیست،
- در این مورد استفاده از سنسور فشار غوطه‌ور احتمالا انتخاب خوبی است.
- بین دقت و درستی و تغییر چگالی، ارتباطی مستقیم وجود دارد.
- اگر این تغییر جزئی باشد، تغییر در دقت احتمالا قابل چشم‌پوشی است.
همه با این مشکل روبرو نمی شوند
- تغییر در جاذبه میتواند برای سنسورهای فشار مشکل‌داشته باشد، اما در بیشتر کاربردها، به مشکل منجر نمی‌شود.
- اگر در گذشته مشکلی با این مساله نداشتید، احتمالا در آینده نیز لازم نیست که نگران آن باشید.
- مساله مهم این است که با کاربرد مورد نظر خود آشنایی داشته باشید و بدانید که مایع شما چگونه به تغییرات محیط زیست و شیمیایی واکنش نشان می‌دهد.
- تغییراتی که در شرایط روتین و شرایط خطادار رخ می‌دهد. در این حالت، شما می‌توانید در مورد سنسورهای سطح و کنترل، تصمیماتی عالی بگیرید.
سنسورهای فشار هیدرواستاتیک
- قابلیت نصب در زیر آب و محیط باز دارند و برای اندازه گیری سطح مایعات خورنده در مخازن و تانک های عمیق مناسب اند.
- سنسورهای موجود در بازار از m bar ۱۰ تا bar ۱۰۰ می باشند.
- لول متر (ارتفاع سنج) هیدرو استاتیک بر اساس اندازه گیری عملکرد فشاری به اندازه گیری ارتفاع ( لول ) آب قادر می باشد .
- این نوع لول سنج دارای دقت وعملکرد بسیار مناسب بوده و توسط پروب شناوری داخل مخزن سیال قرار می گیرد .
- همچنین این تجهیزات دارای خواص ضدانفجارEX نیز می باشند
سیگنال های خروجی:
Analog signal (mA) 4…..20
Analog signal with HART ( mA) 4…..20
- ترانسمیتر سطح هیدرواستاتیک : قابل نصب در زیر آب و محیط باز می باشند و برای اندازه گیری سطح مایعات خورنده در مخازن و تانک های عمیق مناسب اند.
- در این سنسورها استفاده و کارایی مواد سازگارخیلی مهم است.
- ارتفاع سنج هیدرواستاتیک سنسوری مناسب برای اندازه گیری ، میزان عمق آب درون مخازن فلزی و یا عمق ستون آب درون چاههای عمیق یا نیمه عمیق و همچنین عمق مخازن آب پشت سدها می باشد.
- این دستگاه می تواند جایگزین ارتفاع سنج های اولتراسونیک در مخازن گردد.
- این روش اندازه گیری در مخازنی به قطر کم استفاده میشود.
- صورت استفاده از سنسورهای التراسونیک امواج ساطع شده از آن ممکن است قبل از رسیدن به سطح مایع به دیواره مخزن برخورد کند،
- در مخازنی که نمیتوان نگهدارنده سنسور التراسونیک را در دهانه مخزن تعبیه نمود کاربرد بسیاری دارند .
- سنسور های اندازه گیری سطح مایعات با روش هیدرواستاتیک : این دستگاه توانایی دارد برای اندازه گیری ارتفاع سیالات که دارای یک سنسور فشار که فشار هیدرواستاتیکی ستون مایع را اندازه گیری می کند.
- فشار هیدرواستاتیکی رابطه مستقیم با ارتفاع مایع دارد .
- تنوع ابزارهای اندازه گیری فشار منجر به استفاده گسترده از این روش در اندازه گیری ارتفاع مایعات شده است.
- فشار اندازه گیری شده برابر فشار ستون مایع به اضافه فشار سطح می باشد.
- لازم به ذکر است که در تانک های اتمسفری فشار سطح برابر فشار اتمسفر خواهد بود .
- اگر فشار سطح مایع بیشتر یا کمتر ازفشار اتمسفری باشد، سنسور فشار دیفرانسیلی به کار گرفته می شود.
- در این موارد، فشاری که به سطح اعمال می شود از فشار کل کم می شود، تا فقط فشار ستون مایع محاسبه شود.
- لازم به ذکر است کلیه روش های اندازه گیری ارتفاع سطح سیال که بر اساس اندازه گیری فشار ستون سیال می باشد،
- چگالی سیال باید بطور دقیق مشخص باشد، چرا که تغییرات نسبتاً زیاد دما باعث تغییر در چگالی سیال می شود.
چگالی چطور تغییر می‌کند
دو عامل وجود دارد که میتواند منجر به تغییر چگالی در مایع شود: دما و فشار.
- کنترل کردن این دو متغیر برای حفظ چگالی ،مهم است.
- چگالی بسیاری از مایعات در دمای اتاق و دمای محیط، پایدار می باشد.
- اما برخی مایعات نیازمند کنترل دقیق شرایط محیطی هستند تا چگالی ویژه‌ی آن‌ها تثبیت شود.
- زمانی که دو مایع با چگالی مختلف در یک مخزن یکسان نگهداری میشوند یا زمانی که مایعات طبیعتاً ناسازگار هستند، چگالی تغییر می‌کند.
- به این دلیل است که در همه این دستگاه ها از جمله اندازه گیرهای هیدرواستاتیکی،از جبران ساز دما نیز استفاده می شود
شاید تعویض سنسورها بهترین راه باشد
- برخی مایعات به راحتی تغییر چگالی می‌دهند.
- به این مایعات، مایعات فرار می گویند.
- بعضی مایعات چگالی نامشخصی دارند یا چگالی آن‌ها تخمین زده میشود.
- نفت خام یک مثال عالی برای مایعی طبیعی است که چگالی آن به شدت متغیر است.
- وقتی که بخواهید سطح یکی از این مایعات را اندازه‌گیری کنید، باید از یک تجهیزی به جز سنسور فشار استفاده کنید.
- اگر ستون هوا ی بالای مایع باز باشد، یک سنسور فراصوت (التراسونیک) بهترین گزینه است.