سطح سنج مغناطیسی

سطح سنج مغناطیسی

دمو عملکرد سطح سنج مغناطیسی

  • سطح سنج مغناطیسی وسیله ای مناسب جهت اندازه گیری و نمایش سطح مایع درون مخازن (روباز و تحت فشار) می­ باشد.
  • مجموعه سطح سنج های مغناطیسی بسیاری از صنایع شیمیایی، پتروشیمی و پالایشگاهی، نفت و گاز، انرژی و نیروگاه، غذایی و دارویی، کاغذ و لاستیک و… مورد استفاده قرار می گیرد.
  • این دستگاه را می توان با استفاده از اتصالات مخازن به راحتی بر روی آنها نصب نمود.
  • سطح سنج مغناطیسی از یک بدنه یا ستون تشکیل شده است که درون آن یک شناور (Floater) با آهنربای دائمی قرار گرفته است.
  • شناور بر روی سطح مایع قرار میگیرد و همراه با آن بالا و پایین می رود.
  • میدان مغناطیسی درون شناور با میدان مغناطیسی آهنربای نشانگر (Indicator) کوپل شده و آن را به حرکت در می آورد.
  • نشانگر بر روی بدنه نصب می شود و هیچ گونه تماسی با مایع فرآیندی ندارد. به منظور کنترل سطح مایعات در فرآیندها می توان از دستگاه های کنترلی از جمله سوئیچ و ترانسمیتر مغناطیسی به راحتی بر روی آن استفاده نمود.

سطح سنج مغناطیسی کجا کاربرد دارد

  • مخازن آب
  • مخازن شیمیایی
  • تانک های سوخت
  • تانک های اسید
  • دیگ های آب گرم و بخار
  • صنایع  پتروشیمی
  • مخازن اسید (Acid Tank)
  • بویلرها (Steam Drums, Boilers)
  • مخازن دارای مایعات دو فازی (Interface Application)
  • کندانسورها (Condensers)
  • جداکننده ها (Separators)
  • مخازن سرد (Cold Services)
  • گاز مایع (Liquid Natural Gas)

سطح سنج مغناطیسی چگونه کار میکند

سطح سنج مغناطیسی و عملکرد آن

مزایای سطح سنج مغناطیسی

  • وضوح نشانگر
  • دقت بالا
  • قابلیت افزودن رله خروجی
  • ایمن
  • بدون نیاز به نگهداری یا بسیار کم
  • نصب ساده و آسان
  • قابل استفاده در انواع شرایط فرآیندی
  • طول عمر بالا
  • مکانیزم کاملا مکانیکی و بدون منبع تغذیه الکتریکی

معایب سطح سنج مغناطیسی

  • وابسته به سایز غلطک دارای دقت محدودی است
  • احتمال گرفتگی وجود دارد
  • سایز بالای خط و وجود محفظه فرعی به دلیل نیاز داستن به  شناور
  • در موارد وجود سیال رنگی بهترین پیشنهاد برای سطح ینجی استفاده از سطح سنج های مغناطیسی می باشد.
  • در هنگام استفاده از گیج های مغناطیسی باید موارد زیر نیز در نظر گرفته شود:
  • رعایت فاصله مناسب از سازه های فلزس
  • به علت خاصیت مغناطیسی از جنس کربن استیل برای چمبر نمی توان استفاده کرد
  • البته استفاده از استنلس استیل سری 300 به دلیل اینکه اهنربا نمی شود مناسب است و همچنین استفاده از جنس های غیرفلزی همچون پلی پروپیلن و PVC نیز مناسب می باشد.
  • اتصال این نوع سطح سنج به دو صورت اتصال کنار – کنار و یا اتصال بالا و پایین می باشد.

روش های اندازه گیری سطح

روش :Dip stick

این روش یکی از روش های اندازه گیری سطح بصورت مستقیم‌‌ می‌باشدبدین صورت که یک نوار مدرج وارد مخزن مایع شده و توسط آن سطح مایع را اندازه‌‌ می‌گیرند.

ارتفاع سنج شیشه ای  :(Gauge Glass)

این وسیله از یک شیشه تخت درست شده که در بدنه‌ی مخازن به صورت عمودی قرار‌‌ می‌گیرد و سطح مایع در آن قابل مشاهده‌‌ می‌باشد. که در دو نوع موجود است:

الف-  گیج های شفاف : (Transparent)
گیج های transparent برای مایعات رنگی و غلیظ، تعیین سطح مشترک دو مایع و همچنین برای مواد خورنده‌ی شیشه، بکار‌‌ می‌رودساختار آنها شبیه نوع انعکاسی است ولی شیشه‌ی این گیج‌ها دارای شیارهای منشوری‌‌ نمی‌باشد و شیشه‌ها در جلو و پشت محفظه نصب گردیده اندبدلیل دو شیشه بودن گیج محدودیت های فشار و دمای این نوع کمتر از نوع انعکاسی‌‌ می‌باشد.
 آتصا | ابزاردقیق و اتوماسیون

ب –  گیج های انعکاسی :(Reflective)
گیج های انعکاسی از پدیده‌ی بصری شکست نور و تغییر آن به انعکاس کلی استفاده‌‌ می‌نمایند. شیارهای منشوری در پشت شیشه قالب گیری شده اندهنگامی که گیج خالی باشد شعاع تابش از روی سطوح منشوری انعکاس کلی یافته و سبب‌‌ می‌شود که قسمتی از شیشه دارای رنگ نقره‌ای باشد و چون مایع در داخل گیج بالا رود زاویه‌ی بحرانی تغییر‌‌ می‌یابد زیرا ضریب شکست مایع با ضریب شکست بخار بالای مایع متفاوت‌‌ می‌باشداین گیج برای مایعات تمیز،بی رنگ و رقیق بکار‌‌ می‌رود.

ارتفاع سنج شناوری :(Floater)

شناورها معمول ترین عنصر اندازه گیری ارتفاع سطح مایعات به شمار‌‌ می‌روندحرکت شناور که تابع ارتفاع سطح مایع‌‌ می‌باشد ایجاد سیگنال اندازه گیری و یا کنترل‌‌ می‌نمایدیک سرکابل به شناور و سر دیگر آن به وزنه متصل‌‌ می‌گردداجزای این سیستم عبارتند از: شناورکه همراه با مایع بالا و پایین‌‌ می‌شودکابل رابط شناور و وزنه شاخص در مخازنی که فشار آنها فشار محیط باشد،‌‌ می‌توان با قرائت مقادیر، سطح را اندازه گرفت.

ارتفاع سنج غوطه وری :(Displacer)

اساس کار ارتفاع سنج غوطه وری، بر قانون ارشمیدس استوار‌‌ می‌باشدطبق این قانون، هرجسمی که درمایع فرو رود بوسیله‌ی نیرویی معادل با وزن مایع جابجا شده از وزن آن جسم کاسته‌‌ می‌شود (این نیرو در جهت بالا وارد‌‌ می‌شود).
بنابراین Displacer همیشه از نیروی سبک کننده سنگین تر است و نیروی سبک کننده با افزایش  مایعی که Displacer در آن فرو رفته افزایش‌‌ می‌یابد.
ارتفاع سنج های از نوع Displacer معمولاً استوانه‌ای شکل هستندهم چنین دارای سطح مقطع یکنواختی هستند تا بیشترین فشار را تحمل کنند و نیروی سبک کننده درست متناسب با تغییر ارتفاع مایع باشدو در نهایت رابطه‌ی تغییر سطح و سیگنال تناسبی و خطی باشد.

وقتی که Displacer با مایع در تماس نبوده و هیچ جزیی از آن درمایع پوشیده نشده باشد، کلیه‌ی وزن آن به Torque Tube وارد‌‌ می‌گردد و هنگامیکه مایع، تمام ارتفاع Displacer را فرا گیرد، وزن آن متناسب  با ارتفاع مایع کاهش‌‌ می‌یابد و تغییرات سیگنال بوجود‌‌ می‌آید.
تیوب Displacer به مجموعه Torque Tube که از حرکت چرخشی برای نشان دادن و یا کنترل ارتفاع سطح مایع استفاده‌‌ می‌کند وصل شده، که به ازای هر تغییری در نیروی شناوری به همان نسبت تغییری در پیچش آن بوجود‌‌ می‌آید و به تغییرات فشار داخل مخزن حساس‌‌ نمی‌باشدبا چرخش آن سیگنال لازم جهت اندازه گیری سطح بدست‌‌ می‌آید.

ارتفاع سنج حبابی:

در این روش با ایجاد حباب از کف مخزن یا پایین ترین قسمت مخزن ارتفاع را اندازه گیری‌‌ می‌کننداین حباب معمولاً بوسیله‌ی هوای ابزاردقیق یا نیتروژن تاُمین‌‌ می‌شودفشار تولید شده از ارتفاع مایع از بالا رفتن حباب‌ها جلوگیری کرده و در نتیجه فشار بر روی هوای ابزاردقیق بیشتر‌‌ می‌شوداین فشار را با یک فشار سنج اندازه گیری‌‌ می‌شود که معادل ارتفاع مایع‌‌ می‌باشد.
دقت این دستگاه درحد دستگاه اندازه گیری فشاری است که در آن بکار رفته استدر صورتی که مخزن خالی باشد، هوا به آزادی از انتهای لوله خارج و فشار صفر خواهد بودبا افزایش ارتفاع مایع، به همان نسبت در مقابل هوای داخل لوله مقاومت ایجاد خواهد کرد و این مقاومت بصورت واحد اندازه گیری ارتفاع مایع بوسیله دستگاه اندازه گیری نشان داده خواهد شد.

ارتفاع سنج اختلاف فشاری :(DP)

هر مایع که در یک مخزن قرار گیرد به سطح پایین مخزن فشاری وارد‌‌ می‌سازدبا توجه به این قابلیت‌‌ می‌توان تغییرات سطح را به تغییرات فشار تبدیل کرد و آنرا توسط یک ترانسمیتر فشار Transmitter) Pressure) به سیگنال الکتریکی یا دیجیتالی تبدیل کرده یا توسط فشارسنج آنرا دیدبرای حس کردن و اندازه گیری این اختلاف فشار در مخازن سر باز فشار کم  (L) ترانسمیتر را به هوای آزاد و سر فشار زیاد (H) آنرا به پائین ترین نقطه مخزن وصل‌‌ می‌کنیم.

الف – مخازن سرباز:
در مخازن دارای هواکش، طرف فشار بالای وسیله (H) ابزاردقیق، به پایینترین نقطه اندازهگیری وصل میشود و طرف فشار پایین وسیله ابزاردقیق، به هوای آزاد وصل میشود. بنابر این وسیله اندازهگیری کننده، به تغییرات سطح استاتیک پاسخ‌‌ می‌دهد.

ب – مخازن سربسته:
همانند مخازن سرباز، طرف فشار بالای وسیله‌ی ابزاردقیق به پایینترین نقطه‌ی اندازه گیری وصل میشود و طرف فشار پایین هم به نقطهای بالاتر از بالاترین سطح مایع که فقط شامل گاز یا بخار است، وصل میشودبه این اتصال معمولاً Dry leg گفته میشوددر این روش، هرگونه تغییر فشاری که بالای سطح مایع رخ دهد، میتواند توسط وسیله ابزاردقیق، جبران شودهر چند فشار داخل به دو طرف وسیله‌ی ابزاردقیق اختلاف فشار اعمال میگردد، هرگونه تغییر در سطح مایع، به خروجی وسیله‌ی ابزاردقیق فرستاده‌‌ می‌شود.

اگر وسیله‌ی ابزاردقیق پایینتر از مخزن قرار گیرد، موقعی که مخزن خالی است، ی ک ارتفاع کاذب، توسط ترانسمیتر (بوسیله مایع درون لوله های رابط) خوانده میشودبا قرار دادن یک کیت فرونشانی صفر (Zero Suppression Kit) در ترانسمیتر، میتوان مقدار قرائت را در این حالت به صفر رساند و افست این خطا را گرفت.

چنانچه بخارات بالای مخزن قابل مایع شدن در شرایط فرایندی باشند ممکن است این مورد باعث بروز خطا در سیستم اندازه گیری سطح گردد، از اینرو با افزودن مایع (عمدتاً مونواتیلن گلایکل (MEG به بازوی فشار پایین ترانسمیتر اختلاف فشار و اعمال صفر برای حالت مخزن خالی این خطا حذف‌‌ می‌گردد.

ارتفاع سنج اولتراسونیک (Ultrasonic) :

این نوع سیستم اندازه گیری بر اساس معین بودن سرعت صوت در گازها کار‌‌ می‌کندقسمت سنسور دارای یک المان پیزو الکتریک‌‌ می‌باشد که با تحریک آن یک موج مافوق صوت ایجاد شده با عبور از گاز و رسیدن به سطح مایع منعکس و در دریافت کننده که از جنس پیزوالکتریک‌‌ می‌باشد تبدیل به ولتاژ گردیده، از اختلاف زمانی ارسال و دریافت و سرعت صوت در گاز مورد نظر سطح مایع اندازه گیری‌‌ می‌شود.

ارتفاع سنج راداری (Radar Type) :

این نوع سیستم اندازه گیری با استفاده از امواج رادیویی کار‌‌ می‌کند و اختلاف زمان بین ارسال و دریافت را از طریق تکنیک موج پیوسته‌ی مدوله شده‌ی فرکانسی محاسبه‌‌ می‌نمایدبدین ترتیب که زمان ارسال موج فرکانس f1  و در زمان دریافت فرکانس مبدا با توجه به تغییر دندانه اره‌ای مقدار دیگری مانند fo خواهد بود. لذا مقدار تفاوت این دو فرکانس رابطه‌ی مستقیم با فاصله‌ی سطح مایع با ترانسمیتر راداری خواهد داشت.
طول موج امواج رادیویی در حدود 12 الی 52 میلیمتر ارسالی از سوی این نوع سیستم اندازه گیری قابلیت نفوذ به محیط های کدر نظیر بخارات را میسر‌‌ می‌نمایداز سوی دیگر شدت امواج رادیویی منتشره زیر یک هزارم میزان استاندارد تشعشع ایمن برای بدن انسان‌‌ می‌باشد.
اجزاء سیستم اندازه گیری راداری عبارتست از: آنتن، گیرنده، ترانسمیتر، نمایشگر، سیستم های تبادل اطلاعات نظیر فیلدباس و سیستم پردازش سیگنال دیجیتال (اسپکتروم آنالایزر) که برای بدست آوردن طیف فرکانس سیگنال دریافتی و در نتیجه سطح مایع مورد استفاده قرار‌‌ می‌گیرد.
در صورت وجود اشیاء مزاحم در مسیر انتشار امواج، تداخل امواج دریافتی ناشی از سطح مایع با برگشتی های ناخواسته‌‌ می‌توانند ایجاد خطا نمایند که با روش هایی نظیر تکنولوژی سیگنال دقت و سرعت بالا قابل تشخیص و تا حدودی قابل حذف‌‌ می‌باشد.
روش دیگر که دقیقتر از این روش‌‌ می‌باشد تحت عنوان MIP بوده که با شمارش تعداد شیفت های فازی سیگنال سطح واقعی را محاسبه‌‌ می‌نماید و در حالت بروز اشکال در روند محاسباتی از روش FCMW به عنوان Backup استفاده‌‌ می‌کند.

ارتفاع سنج خازنی (Capacitance) :

این نوع سیستم اندازه گیری با استفاده از اثر خازنی مابین دو سیم  (ناشی از استقرار موازی آنها)  و دی الکتریک مابین آنها که بخشی گاز و بخشی مایع پر شده در مخزن‌‌ می‌باشد محاسبه‌‌ می‌گردد.

ارتفاع سنج سروو موتوری  :(Servo type)

این نوع سیستم اندازه گیری ارتفاع بر اساس روش شناوری عمل‌‌ می‌کند، بدین ترتیب که یک قطعه‌ی شناور از طریق یک رشته سیم مقاوم دربرابر مواد شیمیایی و تنش مکانیکی به یک سروو موتور وصل و در سطح مایع به حالت غوطه ور نگهداشته‌‌ می‌شودنقطه‌ی تعادل نیرو ملاک اندازه گیری سطح‌‌ می‌باشد لذا دقت سیم، قرقره و سروو موتور در این روش اندازه گیری حایظ اهمیت‌‌ می‌باشد.