کنترل سطح (LEVEL CONTROL) چیست؟

امروزه در ابزاردقیق و هر صنایعی که به اندازه گیری و بررسی سطح ماده در داخل مخازن نیاز دارند، از سنسور کنترل سطح در این امر استفاده می‌شود؛ اما کنترل یا اندازه گیری سطوح دارای محدوده ی گسترده ای از تکنولوژی ها برای سنجش سطح موادمایع و مواد جامد است به کنترل مقدار و اندازه ی سطوح در مخازن، تانک و…می‌پردازد. در این مقاله به بررسی کنترل سطح (level control) چیست و نحوه ی عملکرد آن می‌پردازیم.

کنترل سطح (LEVEL CONTROL) چیست؟

کنترل سطح (LEVEL CONTROL) سنسوریست که برای اندازه گیری سطح مواد موجود در داخل مخازن یا محیط هایی مانند آن بکار رفته و به کنترل این سطوح می‌پردازد؛ این مواد می‌توانند مایع یا جامد باشند. به کنترل سطح ها، سنسور تشخیص سطح، سطح سنج  یا لول سنج نیز گفته می‌شود. کنترل سطح ها معمولا از طریق قطع یا وصل شدن جریان ورودی و خروجی به محیط داخل مخزن ، عمل کنترل و اندازه گیری را انجام می‌دهند.

کاربرد کنترل سطح

این سنسورهای اندازه گیر و کنترل کننده با توجه به اهمیت و عملکردی که در فرایندهای صنعتی یا ابزار دقیق دارند و با در نظر گرفتن کاربردهای متفاوتشان به دو دسته تقسیم میشوند:

کنترل سطح الکتریکی (Electrical level control)

این کنترل سطح ها خود نیز دارای دو دسته ی سوئیچ های ساده و سوئیچ های اضافی می‌باشند.این دستگاه ها با سیستم ترکیب شده و امکان کنترل بیشتری را فراهم می‌آورند. سوئیچ های ساده با دادن اجازه باعث کنترل پذیر بودن  هشدارهای سطح بالا (H)  یا هشدارهای سطح پایین (L) یا بین دو سطح بالا و پایین می‌شوند؛اما سوئیچ های اضافی  در صورت بروز خرابی در سوئیچ های ساده، امکان کنترل اضافی را فراهم می‌کنند و می‌توانند فقط در حد شروع و توقیف روند کنترل، عمل کنند.برای اینکه بتوانید با وجود تغییر سیال باز هم یک کنترل دائمی داشته باشید به استفاده از یک ترانسمیتر (transmitter) یا فرستنده ی دارای سیستم کنترل (pid) نیاز دارید؛ چنین دستگاهی حالت های یک سطح را به راحتی کنترل می‌کند اما باید همیشه سوئیچ های سطح جداگانه در جهت پوشاندن هرگونه خرابی فرستنده را به همراه داشته باشد.

کنترل سطح مکانیکی (Mechanical level control)

کنترل سطح مکانیکی در مواقعی مورد استفاده قرار می‌گیرد که به کنترل الکتریکی نیازی نبوده و با قطعی برق ازکار نمی‌افتد؛ در واقع ساده ترین حالتی است که برای نگهداری سطح کنترل بکار می‌رود و از هزینه ی کمتری برخوردار می‌باشد اما در مقابل فقط دارای یک کنترل بوده و مانند هر دستگاه مکانیکی دیگری در نهایت از کار می‌افتد.

نحوه ی عملکرد کنترل سطح

عموما سنسورهای سطح در ابزاردقیق دارای انواع متفاوتی می‌باشند که این انواع در راستای دو دسته عمل  می‌کنند که عبارتند از:

لول ترانسمیترها (اندازه گیری سطح پیوسته)

لول ترانسمیتر ها توانایی اندازه گیری مداوم سطح یک محدوده را دارا بوده و می‌توانند  گزارش دقیقی از مقدار معین مواد درون یک محدوده ی خاص و موارد مذکور ارائه دهند.

لول سوئیچ ها (اندازه گیری سطح نقطه)

لول سوئیچ ها نشان دهنده ی کمی یا زیادی سطح ماده ی حسگر بوده و در بخش های خاصی از مخازن نصب شده و به صورت نقطه ای اندازه گیری می‌کنند.

خواندن این مقاله را از دست ندهید: ترانسمیتر و انواع آن

انواع سنسورهای کنترل سطح

سنسورهای کنترل سطح به دلیل کاربرد فراوان و گستردگی تجهیزات و ابزارات در زمینه ی اندازه گیری سطح دارای انواع گوناگونی می‌باشند که هر یک از این انواع به تنهایی برای تمام جریانات صنعتی کاربرد نداشته و مناسب نیست؛ بنابراین با توجه به این امر باید متناسب با هر فرایند و هر کاربرد بهترین گزینه را مورد توجه قرار داد.

انواع سنسورهای کنترل سطح عبارتند از:

• سنسورهای کنترل سطح التراسونیک
• سنسورهای کنترل سطح خازنی
• سنسورهای کنترل سطح لیزری 
• سنسورهای کنترل سطح رادیومتریک یا گاما
• سنسورهای کنترل سطح رادار
• سنسورهای کنترل سطح فشار یا تفاضلی
• سنسورهای کنترل سطح هیدرواستاتیک
• سنسورهای کنترل سطح القایی 
• سنسورهای کنترل سطح…….

به دلیل زیاد بودن انواع سنسورهای کنترل سطح در این مقاله در تنها  سه نوع از آنها را بررسی کرده  و سعی می‌کنیم در رابطه با دیگر انواع این دستگاه در مقاله های بعدی صحبت کنیم.

سنسور کنترل سطح التراسونیک (Ultrasonic level gauge)

سنسورهای کنترل سطح التراسونیک زیرمجموعه ی لول ترانسمیترها بوده و در جهت اندازه گیری مداوم سطح، مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سنسورها به صورت غیر تماسی و دارای امواج الکتریکی می‌باشند.نحوه ی کار این دستگاه به این صورت می‌باشد که این امواج الکتریکی به داخل یک مخزن ارسال شده و پس از اصابت به سطح مواد، انعکاس پیدا می‌کنند؛ بعد از پایان این روند؛ سنسور سطح سنج التراسونیک یکسری اطلاعات به دست می‌آورد که با تفسیر و بررسی این اطلاعات ، ارتفاع و سطح مواد موجود در داخل مخازن را به صورت دقیق تشخیص می‌دهد. در جهت اندازه گیری سطح جامدات و مایعات از انواع مختلفی از سنسورهای التراسونیک استفاده می‌شود اما با توجه به اینکه جامدات عموما دارای گرد و غبار زیادی می‌باشند و این مسئله میتواند برای سنسور یا حسگر مشکل ساز شود ، اغلب این دستگاه  برای اندازه گیری سطح مایعات بکار برده می‌شود.

مزایا و معایب سنسورهای التراسونیک

مزایا	معایب
دارای دقت بالا  دارای دقت بالا	قیمت بالا
فاقد قسمت های متحرک	تاثیرپذیری از شرایط منفی محیط
فشرده و کوچک وقابل اعتماد	دارای فناوری قدیمی
دارای استهلاک کم	غیرقابل استفاده در مخازن دارای فضای خالی

سنسور کنترل سطح خازنی (Capacitance level meter)

کنترل سطح خازنی زیر مجموعه ی لول سوئیچ ها بوده و همانطور که قبلا در این مقاله گفته شد، لول سوئیچ ها به اندازه گیری نقطه ای سطوح می‌پردازند. سنسورهای خازنی دارای سنسورهای الکتریکی بوده و نحوه ی کار آنها اینگونه می‌باشد که خازن ها از دو سطح منفی و مثبت به نام های (اند و کاتد) تشکیل شده اند؛ در این دو سطح وزن الکتریکی جمع شده و در مواقعی که لازم است، از مجموع بار در این دو سطح در مدار استفاده می‌شود. حالا اگر بار دی الکتریک در این دو سطح جمع شود براساس ضریب خاصی که این ماده دارد، ظرفیت الکتریکی خازن تغییر پیدا می‌کند.

ویژگی های سنسورهای خازنی به لحاظ ظاهری به دو دسته ی ویژگی های فیزیکی و نوع اتصالات تقسیم میشوند و همین سنسورها از نظر ویژگی های فیزیکی دارای چهار دسته بندی می‌باشند که عبارتند از:

سنسور خازنی مینیاتوری

سنسورهای خازنی مینیاتوری به دلیل فعالیت در محیط های فشرده در اشکال مکعبی یا استوانه ای تولید می‌شوند و دارای کاربردهای گوناگونی از قبیل کنترل و نظارت بر روند ماشین هستند.

سنسورهای خازنی سیلندری یا استوانه ای

این نوع سنسورها نسبت به سنسورهای مینیاتوری بزرگتر بوده و قابلیت تنظیم دارند.

سنسورهای خازنی دما بالا

این سنسورها در شرایطی که درجه ی حرارت به شدت بالاست مورد استفاده قرار گرفته و قادر به اندازه گیری سطح مایعاتی با مواد داغ یا مذاب نیز می‌باشند.

سنسورهای خازنی آنالوگ

سنسورهای آنالوگ به تولید سیگنال های آنالوگ پرداخته و با توجه به عملکرد و کاربردی که در فرایندهای مختلف دارند می‌توانند دارای مزیت های گوناگون باشند. این سنسورها در جهت انتخاب مواد، نظارت بر ضخامت و انحراف غلظت مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مزایای استفاده از سنسورهای خازنی

این سنسورها از قیمت مناسبی برخوردار بوده و در محیط و شرایطی با دما، فشار و حرارت بالا از آنها استفاده می‌شود؛همچنین این دستگاه دارای در برابر مواد سخت دارای مقاومت بالا و عملکرد قابل اطمینان می‌باشد.

سنسور کنترل سطح لیزری (Laser level meter)

سنسور کنترل سطح لیزری در مواقعی که نیاز به اندازه گیری سطح مایعات باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. در واقع این سنسورهای سطح سنج برای اندازه گیری سطح مواد از پالس های لیزری استفاده می‌کنند.نحوه ی کار این دستگاه ها به این صورت است که سنسور یا فرستنده یک پالس کوتاه لیزری را به قسمت پایینی مخزن و به بخش داخلی مایع می‌فرستد؛ در این حالت پالس ارسال شده با سطح مایع برخورد کرده و به سمت حسگر منعکس می‌شود؛ زمانی که توسط این پالس لیزری برای طی کردن روند ذکر شده صرف می‌شود توسط سیستم تشخیص داده شده و در خروجی نمایش داده می‌شود؛ اما یک نکته ی منفی در جهت بکار بردن این دستگاه قابل ذکر است و آن عدم استفاده از سنسور در مخازن دارای گرد و غبار یا بخارات غلیظ می‌باشد؛ چرا که این گرد و غبار باعث پراکنده شدن نور لیزر و ضعیف شدن سیگنال و در نهایت منجر به سخت شدن تشخیص اندازه سطح می‌شود.

دلایل استفاده از کنترل سطح

با توجه به این مخازن دارای سطوحی از مواد موجود در داخل آنها می‌باشند در صورتی که این مواد بیش از سطح مخزن بوده و سرریز شود شما متحمل خسارات مالی هنگفتی در این زمینه خواهید شد که این مورد نشان از اهمیت کنترل و اندازه گیری سطوح دارد. همچنین این دستگاه کمک شایسته ای در این راستا به نیروی انسانی کرده است چرا که در صورت فرض نبود ابزاری به نام کنترل سطح، هر روزه تعدادی از افراد باید به مخزن یا تانک و…سر زده و مقدار مواد و سطح داخل مخازن را وارسی کرده و گزارش ارائه دهند که این امر هم باعث صرف هزینه و زمان زیاد  گردیده و هم اندازه گیری دقیقی انجام نمی‌شود.

نکات ضروری در جهت خرید کنترل سطح مناسب

با توجه به اینکه کنترل سطح ها در چه شرایطی مورد استفاده قرار خواهند گرفت و و با در نظر گرفتن کاربردی که در این شرایط خواهند داشت باید به انتخاب نوع مناسبی از انواع مذکور در جهت خرید کنترل سطح پرداخت. همانطور که می‌دانید کنترل سطح ها به لحاظ شیوه های اندازه گیری دارای دو گروه تماسی و غیرتماسی می‌باشند که هرکدام روش های نصب متفاوتی دارند ؛ حال با در نظر گرفتن این موضوع در شرایط تهاجمی تنها شیوه ی مناسب استفاده از راه های غیر تماسی اندازه گیری سطح است یا در مواقعی که احتمال می‌رود در داخل مخازن ، موادی چون سنگ، سیمان یا کلوخه وجود داشته باشد بهترین نوع سطح سنج، سطح سنج خازنی می‌باشد. بطور کلی با توجه به نیازها، عملکرد و شرایط، هنگام انتخاب یک سطح سنج مناسب لازم است نکاتی از قبیل نکات ذیل را رعایت نمایید:

• توجه به مواد موجود در داخل مخازن
• در نظر گرفتن نوع سیستم کنترلی
•  در نظر گرفتن اندازه ی ابعاد مخازن
• توجه به دما و فشار موجود در مخازن
• توجه به نوع مخازن
• در نظر داشتن تماسی یا غیر تماسی بودن سنسور کنترل و اندازه گیر