سطح سنج

از ابزارهای اساسی و پرکاربرد که برای پایش و اندازه‌گیری دقیق سطح مایعات و مواد جامد در مخازن و تجهیزات بکار می‌روند. لول سنج به دستگاهی گفته می‌شود که برای اندازه‌گیری ارتفاع مایعات، گازها و جامدات در مخازن، محفظه‌ها و تانکر های ذخیره‌سازی استفاده می‌شوند. اجزای این تجهیزات شامل سنسور اندازه‌گیری سطح، مبدل سیگنال و دستگاه نمایش هستند. اندازه گیری سطح می‌تواند بصورت پیوسته و یا نقطه ای 5

کاربرد سطح سنج
سطح سنج‌ها در بسیاری از صنایع از جمله نفت و گاز، صنایع شیمیایی و پتروشیمی، آب و فاضلاب، صنایع غذایی و دارویی، سیمان و فولاد به طور گسترده استفاده می‌شوند. سطح سنج‌ها سطح مواد را به دقت کنترل می کنند و از بروز مشکلاتی مانند سرریز مخازن یا کمبود مواد جلوگیری کنند.
در صنایع نفت و گاز، سطح سنج‌ها نقش اساسی در جلوگیری از نشت مواد خطرناک و افزایش ایمنی در عملیات‌های پالایشگاهی دارند. همچنین در صنایع شیمیایی و پتروشیمی، کنترل دقیق سطح مواد شیمیایی برای جلوگیری از واکنش‌های ناخواسته و حوادث احتمالی بسیار حیاتی است. در این محیط‌ها، سطح سنج‌ها علاوه بر اندازه‌گیری سطح، به بهبود کیفیت فرآیندهای تولیدی و کاهش هزینه‌های عملیاتی نیز کمک می‌کنند.
در صنایع آب و فاضلاب، صنایع غذایی و دارویی، صنایعی همچون سیمان، فولاد و نیروگاه‌ها نیز به شدت وابسته به عملکرد دقیق سطح سنج‌ها هستند. با توجه به تنوع گسترده در انواع سطح سنج‌ها و شرایط محیطی هر صنعت، انتخاب صحیح و مناسب این تجهیزات می‌تواند به بهبود عملکرد و افزایش بهره‌وری کمک قابل توجهی کند.
دقت سطح سنج به چه عواملی بستگی دارد
در سطح سنج‌ها، دقت اندازه گیری دستگاه تشخیص سطح مواد است. از این‌رو، برای انتخاب تجهیز مناسب برای اندازه‌گیری سطح، باید با خواص فیزیکی ماده مورد نظر آشنا باشید. همچنین برای انجام اندازه‌گیری دقیق، باید عواملی مانند دمای محیط، فشار و ارتفاع مخزن را مد نظر قرار دهید.
مهم ترین عوامل اثر گذار در دقت سطح سنج ها در ادامه قابل ملاحظه است
1. نوع سطح سنج
انواع مختلفی از لول سنج‌ها از جمله سطح سنج راداری التراسونیک و لول سوئیچ وجود دارند که از لحاظ دقت اندازه‌گیری متفاوت هستند. مثلا، رادارها برای اندازه‌گیری مایعات یا جامدات در محیط‌های با هر شرایطی استفاده می‌شوند و دقت بالایی ارائه می‌دهند. در حالی که سطح سنج‌های التراسونیک در محیط‌هایی با حضور کف یا بخار دچار افت دقت شوند.
2. نوع سنجش
نیاز به سنجش مداوم یا نقطه‌ای نیز می‌تواند دقت سطح سنج را تعیین کند. لول ترانسمیترها برای سنجش مداوم سطح مواد به کار می‌روند و می‌توانند در هر لحظه مقدار دقیق را ارائه دهند. در مقابل، لول سوئیچ‌ ها برای تشخیص سطح نقطه‌ای استفاده می‌شوند و فقط وجود مواد را دریک نقطه خواص تشخیص داده و دقت کمتری در مقایسه با ترانسمیترها دارند.
3. برند یا کارخانه سازنده
کیفیت تجهیزات تولید شده توسط برندهای مختلف تأثیر مستقیمی بر دقت سنجش دارد. برخی برندها چینی و یا گمنام در عمل دقت پایین‌تری نسبت به مشخصات اعلام شده دارند. انتخاب تجهیزات از برندهای معتبر، تضمین‌کننده دقت و کیفیت بالاتر خواهد بود.
4. مشخصات سیال
خصوصیات فیزیکی سیال نظیر چگالی، ویسکوزیته و ضریب شکست می‌توانند بر دقت سطح سنج اثر بگذارند. به عنوان مثال، در سیالات با ویسکوزیته بالا، اندازه‌گیری سطح دقیق‌تر به تجهیزات پیشرفته‌تری نیاز دارد.
5. حساسیت به تغییرات محیطی
تغییرات محیطی مانند دمای بالا، فشار و رطوبت می‌توانند به‌طور مستقیم بر دقت سطح سنج‌ها اثر بگذارند. برخی سطح سنج‌ها به تغییرات دما و فشار حساس هستند و این تغییرات می‌تواند موجب خطاهای اندازه‌گیری شود.
6. طول مسیر سنجش
هرچه طول مسیری که سیگنال باید طی کند بیشتر باشد، امکان بروز اختلالات و کاهش دقت بیشتر است. سطح سنج‌های با طول مسیر کمتر معمولاً دقت بالاتری دارند.
7. دقت دستگاه سنجش
پارامترهای ذاتی دستگاه مانند رزولوشن و دقت ساخت خود تجهیز، در دقت اندازه‌گیری نهایی بسیار مؤثر هستند. دستگاه‌هایی با تکنولوژی‌های پیشرفته‌تر معمولاً دقت بالاتری دارند.
8. موقعیت نصب سنج
محل و زاویه نصب سنجش‌گر نیز بر دقت سنجش تأثیر دارد. نصب نامناسب می‌تواند منجر به تداخل سیگنال یا انحراف آن شود که در نهایت به کاهش دقت اندازه‌گیری منجر می‌شود.
9. انحرافات از مسیر مستقیم
سیگنال‌های ارسالی توسط سطح سنج‌ها باید در یک مسیر مستقیم حرکت کنند. هرگونه انحراف از مسیر مستقیم مانند بازتاب سیگنال‌ها از دیوارهای مخزن می‌تواند دقت اندازه‌گیری را کاهش دهد.
10. تداخل سیگنال
در برخی شرایط، تداخل با دیگر تجهیزات می‌تواند بر دقت اندازه‌گیری تأثیر بگذارد. برای مثال، سطح سنج‌ التراسونیک در مواجهه با کف یا بخارات دچار خطای اندازه‌گیری می‌شود.
11. خطاهای ناشی از عملکرد دستگاه
خطاهای کالیبراسیون و تنظیمات نادرست در سطح سنج‌ها می‌تواند به کاهش دقت اندازه‌گیری منجر شود. به همین دلیل، انجام کالیبراسیون منظم و صحیح ضروری است.
12. نویز سیگنال
وجود نویزهای الکتریکی یا فرکانس‌های بالا در محیط می‌تواند دقت سیگنال سطح سنج‌ها را کاهش دهد. این موضوع به خصوص در تجهیزات التراسونیک و راداری مهم است.
13. استفاده از دستگاه‌های مستعمل یا تعمیری با نام استوک
همانطور که میدانید هر تجهیز عمر مفیدی دارد و بعد از گذشت زمان دقت اندازه‌گیری دستگاه بشدت کاهش می‌یابد، دستگاه‌هایی که قبلاً مورد استفاده قرار گرفته‌اند یا به دلیل کهنه بودن یا تعمیرات دچار نقص در اندازه‌گیری شده‌اند، دقت کمتری نسبت به دستگاه‌های جدید داشته باشند. حتی در برخی موارد، دقت سنسوری که سالها بلا استفاده انبار شده است از تجهیز مشابه تازه تولید شده بسیار کم تر است.
با توجه به این عوامل، انتخاب دستگاه مناسب با توجه به نوع کاربرد و شرایط محیطی بسیار مهم است تا دقت مطلوب در اندازه‌گیری سطح به دست آید.
سطح سنج ضد انفجاری
به سطح سنج های که دارای تاییدیه و استاندارد های های بین المللی اتکس ATEX برای استفاده و نصب در زون های طبقه بندی شده طراحی شده باشند سطح سنج های ضد انفجاری گفته می‌شود.
منطقه خطرناک زون 1
به مخازن و سیلوهایی که دارای اتمسفر گازی بالقوه انفجاری است ZONE1 گفته میشود.
منطقه خطرناک زون 2
اتمسفر بالقوه انفجاری که در آن اتمسفر مایع یا گاز انفجاری در عملیات عادی به احتمال زیاد وجود ندارد و در صورت وقوع فقط برای مدت کوتاهی وجود خواهد داشت، را زون 2 می‌گوییم.

 

 

 

 

سطح سنج راداری

سطح سنج راداری (radar level transmitter) چیست؟
سطح سنج راداری دستگاهی برای اندازه‌گیری پیوسته سطح مایعات و جامدات درون مخازن است. سطح سنج راداری از فناوری پیشرفته و بسیار دقیق برای تشخیص مقدار موجودی و ارتفاع مواد استفاده می‌کند.
ترانسمیتر راداری بر اساس اصل زمان پرواز TOF کار می‌کند. یعنی با محاسبه زمان ارسال و دریافت سیگنال راداری می‌تواند بصورت میلیمتری مقدار دقیق سطح مواد را تشخیص دهد. این تجهیز با نام های دیگری نظیر لول سنج راداری، سنسور راداری، ترانسمیتر راداری و لول ترانسمیتر راداری در میان صنعت‌گران ایرانی شناخته می‌شود.
نحوه کار سطح سنج راداری
ترانسمیتر رادار با تفسیر زمان ارسال و دریافت امواج (TOF)، می‌تواند ارتفاع کلی مواد را تشخیص دهد. لازم به یادآوری است انجام این مراحل در یک ده هزارم ثانیه طول می‌کشد و بصورت مداوم تکرار می‌شود. بعبارتی امواج از طریق آنتنی که در بالای مخزن نصب شده است به مخزن ارسال می‌شود. پس از برخورد امواج به سطح مواد، منعکس شده و به سمت رادار بر‌میگردد.
زمان صرف شده برای ارسال و دریافت این پالس‌ها توسط ترانسمیتر اندازه‌گیری شده و در خروجی بصورت سیگنال جریانی 4 الی 20 میلی آمپر، ظاهر می‌‎شود. این سیگنال از طریق کابل ارتباطی به اتاق کنترل یا مانیتورینگ فرستاده می‌شود. و توسط کنترلر یا PLC آنالیز شده و فرامین پیش فرض، در مورد پر شدن یا توقف ورود مواد به درون مخزن صادر می‌گردد.
کاربرد سطح سنج راداری Application of radar level transmitter
سنسورهای راداری به دلیل تطبیق پذیری آنها در صنایع گوناگون، کاربردهای بسیاری دارند. آنها برای اندازه گیری مایعات و جامدات حجیم مناسب هستند.
• مواد دارای کف و فوم
• مخازن با فشار و دمای بالا
• مواد دارای دی الکتریک پایین
• تشخیص پیوسته و مداوم سطح
• مخازن دارای میکسر، همزن و کویل گرمایی
• قابلیت نصب در محیط های چالش برانگیز مانند سیلوهای حاوی مواد ساینده و یا اسیدی
انواع مختلفی از سطح سنج‌‌های راداری وجود دارند که برای محیط‌ها، شرایط و مخازن گوناگون طراحی شده‌اند. بهمین علت، از این ترانسمیترها بشکل گسترده در صنایع و کارخانه‌ها برای مواد متنوعی مانند اسيدها و بازها، حلال‌های آلی، الكل، نفت و فرآورده‌های نفتی (گازوئیل)، گازهای مايع، شیشه و سیلیس، کربنات سدیم، گرانول‌های پليمری، آهک، سيمان، دانه‌ها، غلات، شكر، مواد معدنی، پودرهای فلزی، تولید مواد شیمایی، معادن كربن و زغال سنگ استفاده می‌‌شود.
از دیگر کاربردهای بیشمار ترانسمیتر راداری، در صنایع غذایی و دارویی متمرکز است. سنسورهای راداری به دلیل اندازه گیری غیر تماسی، مزیت قابل توجهی را ارائه می دهند، چون نیازی به تمیز کردن در این سنسور ها وجود ندارد. همچنین سایز و اندازه مخازن یا ظروف نگهداری برای این دسته از تجهیزات بسیار کم اهمیت است.
اجزا و قطعات سطح سنج راداری Components radar transmitter

سطح سنج راداری از بخش‌های مختلفی از قبیل: آنتن رادار، اتصال مکانیکی برای نصب به مخزن (فلنج، رزوه و کلمپی)، هاوزینگ (از جنس پلاستیک، آلومنیوم و استیل ضد زنگ)، مغزی ترانسمیتر (بورد الکترونیکی)، نمایشگر (جهت نمایش مقادیر اندازه‌گیری شده و وارد کردن پارامترهای مخزن) و درپوش تشکیل یافته است. همچنین اکثر سطح سنج‌های راداری غیر تماسی بصورت عمود بر مخزن نصب می‌شوند.
انواع سطح سنج راداری از لحاظ انتشار امواج:
سطح سنج گسترش موج آزاد Air firing radar
در سطح سنج گسترش موج آزاد، امواج از طریق آنتن به درون مخزن ساطع می‌شوند. این نوع از سطح سنج‌ها برای مواد مایع (سیالات) و جامدات (پودری، گرانول و کلوخه‌ای) استفاده می‌شود. این نوع از سنسورهای راداری سطح مواد را بصورت غیر تماسی اندازه‌گیری می‌کنند.
سطح سنج موج هدایت‌شونده یا فلکسی Guided wave radar
GWR یک تکنولوژی راداری است که برای اندازه‌گیری سطح مایعات و جامدات کاربرد دارد. این سطح سنج با استفاده از موج‌های راداری و هدایت‌شده در طول سنسور یا پروب، قادر است به صورت مستقیم سطح مایع یا جامد را اندازه‌گیری کند. سیگنال راداری از طریق پروب (میله توخالی یا سیم بکسل) به سطح مایع یا جامد هدایت می‌شود. در صورتی که امواج رادار به سطح مایع یا جامد برخورد کند، بخشی از انرژی امواج بازتاب می‌شود و به گیرنده باز می‌گردد. اندازه و زمان بازگشت این امواج بازتاب‌شده توسط دستگاه تجزیه و تحلیل می‌شوند تا سطح مایع یا جامد را تعیین کنند. همچنین، این سطح سنج قادر است سطح مایعات با چگالی متعدد و همچنین سطح جامدات با سطوح ناهموار را اندازه‌گیری کند.
از مزایای اصلی سطح سنج موج هدایت‌شونده، دقت بالا و قابلیت استفاده در شرایطی مانند: فشار بالا، دمای بالا و محیط‌های خطرناک است. از این رو بیشترین کاربرد این سطح سنج در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، آب و فاضلاب، معدن و ذوب آهن، غذا و نوشیدنی و شیمیایی استفاده می‌شود.
انوع خروجی در لول ترانسمیتر راداری
• سیگنال 20-4 میلی آمپر استاندارد
• خروجی HART
• فیلد باس Foundation Fieldbus
• پروفی باس Profibus PA
• مدباس Modbus
• SDI interface
• LoRa WAN
• NB-IoT
• LTE-M
NB-IoT (Narrowband Internet of Things) یک استاندارد ارتباطات بی‌سیم است که برای اتصال دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) به شبکه‌ها طراحی شده است. این استاندارد به صورت خاص برای ارتباطات IoT که نیاز به مصرف انرژی پایین، پوشش گسترده و کم هزینه دارند، توسعه داده شده است. این استاندارد از باند فرکانسی پایین استفاده می‌کند، به همین علت ارسال دیتا با سرعت کم انجام می‌پذیرد اما مصرف انرژی پایینی نیز دارد.
LTE-M (Long Term Evolution for Machines) هم یک استاندارد ارتباطات وایرلس است که برای کاربردهای IoT با مصرف انرژی پایین، پوشش گسترده و قابلیت ارسال داده‌ها در مناطق داخلی و خارجی توسعه یافته است. این استاندارد از باند فرکانسی بلند برای انتقال اطلاعات بهره می‌برد، به همین علت ارسال دیتا با سرعت خوبی انجام می‌پذیرد.
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) یک تکنولوژی ارتباطات بی‌سیم برای اینترنت اشیا (IoT) است که بر اساس فناوری LoRa ایجاد شده است. LoRaWAN برای اتصال دستگاه‌های IoT به شبکه‌های وسیع منطقه‌ای با پوشش بالا و مصرف انرژی کم طراحی شده است. این تکنولوژی بروز، دارای سرعت ارسال دیتای بسیار سریع است که در عین حال مصرف انرژی کمتری دارد.

مزایای استفاده از سنسورهای راداری با اینکه ترانسمیترهای راداری تجهیزاتی پیشرفته، دقیق، کارآمد و قدرتمند محسوب می‌‌شوند، اما همانند دیگر روش‌های اندازه‌گیری سطح مزایا و معایب خاص خود را دارند. قطعا این نوع از ابزار های تشخیص سطح پیوسته مزایای بسیار بیشتری نسبت به روش‌های اندازه‌گیری دیگر دارند. برخی از این مزایا را در این بخش بررسی می‌‌کنیم.
1. دقت و برد بسیار بالا Very high accuracy and range حداکثر ارتفاع قابل اندازه‌گیری توسط سنسورهای سطح رادار، معمولا حدود 30 الی 120 متر است که بسته به مدل آن‌ها می‌‌تواند متفاوت باشد. این برد بسیار بالا باعث می‌‌شود که حتی در مخازنی نظیر سیلوهای مرتفع، هیچ نگرانی از بابت ابعاد مخزن نداشته باشید.
مورد بعدی، دقت بسیار بالای این دستگاه های اندازه‌گیری سطح است؛ بطوری که در مقابل برد چند ده متری، تنها چند میلی‌متر ضریب خطای Accuracy دارند! این دقت بسیار بالا باعث افزایش چشمگیر کیفیت نظارت و کاهش احتمال خطا می‌‌شود.
2. کف‌ ها و بخارات تاثیری در دقت اندازه گیری سطح سنج راداری ندارد از مزایای فوق العاده مهم اندازه‌گیری سطح با استفاده از این سطح سنج‌ها، این است که نسبت به مقادیر بسیار بالای گازها، بخارات و نیز، کف متراکمی که در بالای سطح ماده وجود دارد، حساس نیست و می‌تواند با دقت بالا فقط مقدار دقیق سطح ماده مورد نظر را تشخیص دهد.
3. طول عمر بالا و استهلاک پایین: Long life and low depreciation استهلاک، معمولا یکی از هزینه‌برترین فاکتورها در صنایع و شرکت‌هاست. تجهیزات ابزار دقیق نیز از این قاعده مستثنی نیستند. بنابراین، کاملا طبیعی است به دنبال تجهیزی باشید که دارای بیشترین طول عمر مفید بوده و استهلاک کمتری داشته باشند. این دستگا ها از آنجایی که قطعات مکانیکی ندارند و از طرفی معمولا بطور مستقیم با ماده درون مخزن در ارتباط مستقیم نیستند، طول عمری بسیار طولانی دارند. از این رو، بسیاری از شرکت‌ها خرید ترانسمیتر راداری را ترجیح می‌دهند.
4. نصب، راه‌اندازی و نگهداری آسان: یکی از بهترین مزیت‌های ترانسمیتر سطح راداری قابلیت نگهداری آسان آنهاست. به دلیل اینکه روش اندازه‌گیری در این ابزارها از نوع غیرتماسی است، نیازی به تمیز کردن مداوم، کالیبراسیون و … ندارند. همچنین، نصب آن‌ها نیز در مقایسه با دیگر تجهیزات اندازه‌گیری سطح به مراتب آسان‌تر است. همچنین امکان نصب، راه‌اندازی و پارامتردهی (وارد کردن ابعاد مخزن) فوق العاده راحت با استفاده از موبایل (از طریق بلوتوث)، نمایشگر (نصب شده بر روی خود تجهیز)، نمایشگر خارجی (وگا دیس) و از طریق رایانه همراه فراهم شده است.
5. امکان پردازش سطح بوسیله کنترلر بدون استفاده از PLC در سالهای اخیر با تولید انواع کنترلرهای تک کاناله و چند کاناله، امکان استفاده، نصب و راه‌اندازی این ترانسمیترها بدون اتصال به PLC و یا حتی تغییر در تابلو برقی، میسر شده است.
6. . کارایی بالا در انواع محیط‌ ها: امروزه لول ترانسمیترهای سطح رادار در انواع آنتن‌ها، آلیاژها و قابلیت‌ها تولید می‌‌شوند و می‌‌توانند تقریبا در هر نوعی از مخازن نصب شده و به خوبی عمل نمایند. با شرط انتخاب تجهیز مناسب با ویژگی‌های مناسب کاربردتان، لول سنج‌‌های راداری می‌‌توانند در انواع محیط‌های اسیدی، دارای فشار و دمای بالا و مخازن دارای میکسر به راحتی عمل کنند.
7. حداقل تاثیرپذیری از محیط: لول ترانسمیترهای راداری برخلاف بسیاری از تجهیزات دیگر نظارت بر سطح، در مقابل تاثیرات تغییرات محیطی مانند دما، فشار، نویز، باد و یا گرد و غبار مقاوم هستند. به همین علت، شما بطور دائمی خواهید توانست با بالاترین کیفیت ممکن بر ارتفاع مواد داخل مخزن نظارت کنید.
8. غیرتماسی بودن اندازه‌گیری: از آنجایی که سطح سنج‌های راداری بر اساس تکنولوژی امواج الکترومغناطیسی عمل می‌‌کنند، نیازی به تماس با ماده برای اندازه‌گیری سطح آن ندارند. غیرتماسی بودن روش اندازه‌گیری نه تنها مزایای بسیاری نظیر استهلاک کمتر و نصب و نگهداری آسان دارد، بلکه این اجازه را می‌‌دهد که این ترانسمیترها در محیط‌های خطرناک نیز بتوانند قابل استفاده باشند. به علاوه، این تجهیزات گزینه ایده آلی برای استفاده در صنعت مواد غذایی و دارویی هستند که به علت ملاحظات بهداشتی، امکان تماس تجهیز با مواد وجود ندارد
9. جنس مخزن : نوع جنس دیواره مخزن در این سطح سنج‌ها اهمیتی ندارد. این دسته از سطح سنج‌ها می‌توانند عمل اندازهگیری و تشخیص را از خارج مخازن پلاستیکی با دقت فوق‌العاده بالا انجام دهند. همچنین برای حوضچه، استخر و سدها نیز بسیار مناسب بوده و قابل نصب و راه‌اندازی هستند.
10. نظارت آسان : یکی دیگر از مواردی که باعث افزایش کیفیت نظارت در این ترانسمیتر ها می‌‌شود، خروجی استاندارد 20-4 میلی آمپری ترانسمیترهای سطح راداری است. با این خروجی، شما به راحتی می‌توانید با استفاده از یک PLC و یا نمایشگر قابل پارامتردهی، برای اتوماسیون برنامه‌ریزی کنید. از طرفی، در صورت بروز خطا در عملکرد تجهیز، این خروجی از حد 4mA پایین تر می‌‌آید تا نشان دهد که در اتصالات و یا عملکرد تجهیز مشکلی به وجود آمده است.

 

 

 

بهترین برند سطح سنج راداری The best radar level transmitter brand
برندها و کمپانی‌های متعددی در زمینه ساخت ترانسمیترهای تشخیص سطح فعال هستند. در ادامه برایتان بهترین برندهای سطح سنج راداری را لیست کرده‌ایم:
• وگا VEGA
• اندرس‌هاوزر E+H
• یوکوگاوا YOKOGAWA
• زیمنس Siemens
• Dinel ساخت کشور چک
• امرسون Emerson
• هانیول Honeywell
• امگا Omega
• یو دبلیو تی UWT
• ای‌بی‌بی ABB
• کرونه KROHNE
• مگنترول Magnetrol
• ema آمریکا