وقتی برای رانندگی سوار ماشین خود می شوید، اغلب به گیج بنزین خود نگاه می کنید که نوعی سنسور سطح است. صنایع از چندین نوع سنسور کنترل سطح مختلف برای شناسایی محصولات خود استفاده می کنند.

سنسورهای سطح امکان کنترل سطح سیال در یک مجرا یا مخزن را فراهم می کنند. نمونه‌هایی از محل نصب این حسگرها شامل راکتورها، ستون‌های تقطیر، تبخیرکننده‌ها، مخازن و غیره است. حسگرهای سطح سه داده مهم را برای کنترل در اختیار اپراتورها قرار می‌دهند:

(۱) مقدار مواد موجود برای پردازش

(۲) مقدار محصولات موجود در ذخیره سازی

(۳) شرایط عملیاتی

نصب سنسور سطح صحیح با جلوگیری از سرریز شدن یا خشک شدن مواد در مخازن، ایمنی اپراتور و محیط اطراف را تضمین می کند.

در این مقاله قصد داریم در مورد انواع سنسور سطح سنج مورد استفاده در صنعت با فرمتی بسیار آسان صحبت کنیم.

 

سنسور کنترل سطح چیست؟

سنسور سطح دستگاهی است که برای نظارت، نگهداری و اندازه گیری سطوح مایع (و گاهی اوقات جامد) طراحی شده است. هنگامی که سطح مایع تشخیص داده شد، سنسور داده های درک شده را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. سنسورهای سطح عمدتاً در صنایع تولیدی و خودروسازی استفاده می‌شوند، اما می‌توان آن‌ها را در بسیاری از لوازم خانگی مانند یخ‌ساز در یخچال‌ها نیز یافت.

سنسورهای سطح برای اندازه گیری موقعیت سطح در نوعی ظرف مایعات و مواد جامد به شکل پودر استفاده می شوند. این فصل به بررسی مناسب بودن انواع مختلف حسگرهای موجود برای اندازه گیری چنین مایعات و جامداتی می پردازد. بحث با دستگاه‌های ارزان‌قیمتی مانند میله‌ها و سیستم‌های شناور شروع می‌شود که اندازه‌گیری تقریبی سطح را ارائه می‌دهند، که در بسیاری از کاربردها به اندازه کافی دقیق است. سپس بحث با تکنیک‌های دقیق‌تری مانند سیستم‌های هیدرواستاتیک، حسگرهای سطح خازنی، سنجش گرهای سطح اولتراسونیک، سنسورهای رادار، حسگرهای نوکلئونیکی و برخی دستگاه‌های کمتر رایج دیگر مانند سنسورهای سطح ارتعاشی و حسگرهای مبتنی بر لیزر ادامه می‌یابد. به دنبال آن بحث هایی در مورد حسگرهای سطح هوشمند صورت می گیرد.

 

طبقه بندی سنسور سطح

دو طبقه بندی اصلی برای سنسورهای سطح وجود دارد: سنسورهای سطح نقطه و سنسورهای سطح پیوسته. سنسورهای سطح نقطه ای برای نشان دادن اینکه آیا مایع به نقطه خاصی در ظرف رسیده است یا خیر طراحی شده اند. از سوی دیگر، سنسورهای سطح پیوسته برای اندازه‌گیری دقیق سطح مایع استفاده می‌شوند. سنسورهای سطح را می توان بیشتر به سنسورهای تهاجمی و غیر تماسی تقسیم کرد. حسگرهای تهاجمی با ماده ای که اندازه گیری می کنند تماس مستقیم برقرار می کنند، در حالی که حسگرهای غیر تماسی از صدا یا امواج مایکروویو استفاده می کنند.

 

  1. اندازه گیری سطح نقطه ای (Point Level Measurement Sensor)

اندازه گیری سطح نقطه ای زمانی را نشان می دهد که یک محصول در یک نقطه خاص وجود دارد.

سنسورها برای نشان دادن سطح نقطه عبارتند از:

  • ظرفیت (Capacitance)
  • نوری (Optical)
  • رسانایی (Conductivity)
  • ویبره (چنگال تنظیم) (Vibrating)
  • سوئیچ شناور (Float Switch)

 

  1. اندازه گیری سطح پیوسته (Continuous Level Measurement Sensors)

اندازه گیری سطح مداوم نشان دهنده سطح پیوسته یک محصول در هنگام بالا و پایین رفتن است.

سنسورهای اندازه گیری سطح پیوسته عبارتند از:

  • اولتراسونیک (Ultrasonic)
  • رادار (میکروویو) (Radar)

طبقه بندی سنسور سطح

انواع سنسور سطح نقطه

بیایید ابتدا در مورد سنسورهای نشانگر سطح نقطه صحبت کنیم.

  1. سنسور سطح خازنی

سنسور سطح خازنی یک حسگر مجاورتی است که میدان الکتریکی ایجاد می‌کند و سطح را با تأثیر بر میدان الکتریکی آن تشخیص می‌دهد. ویژگی این سنسورها عبارت است از:

  • کوچک
  • ارزانتر از سایر سنسورها
  • تهاجمی به محصول
  • دقیق
  • فاقد قطعات متحرک
  • با این حال، آنها باید کالیبره شوند و فقط مایعات خاصی را تشخیص می دهند.

سنسورهای خازنی را می توان در مخازن ذخیره مایع استفاده کرد. یک تاسیسات تصفیه آب که دارای مخازن ذخیره سازی باشد، استفاده ایده آلی برای سنسور خازن خواهد بود.

  1. سنسور سطح خازنی

  2. سنسور سطح نوری

سنسور سطح نقطه بعدی که در مورد آن صحبت خواهیم کرد یک سنسور سطح نوری است.

حسگرهای نوری با تبدیل پرتوهای نور به سیگنال های الکتریکی کار می کنند که مقدار فیزیکی نور را اندازه گیری می کند و سپس آن را به واحد اندازه گیری تبدیل می کند. ویژگی این سنسورها عبارت است از:

  • این سنسورها فاقد قطعات متحرک هستند
  • تحت تاثیر فشار یا دمای بالا قرار نمی گیرند
  • اندازه آنها کوچک است
  • می توان از آنها در کاربردهای مایع استفاده کرد
  • با این حال، اگر لنز پوشش داده شود یا کثیف شود، نیاز به تمیز کردن دارند.

آنها می توانند به عنوان نشانگرهای سطح پایین برای جلوگیری از خشکی در هنگام استفاده از روغن، خنک کننده یا هیدرولیک استفاده شوند.

سنسور سطح نوری

  1. سنسور سطح رسانایی (مقاومت)

سبک دیگر سنسور سطح نقطه، رسانایی یا مقاومت است.

یک سنسور رسانایی یا مقاومت از یک پروب برای خواندن رسانایی استفاده می کند. پروب دارای یک جفت الکترود است و جریان متناوب را به آنها اعمال می کند. هنگامی که مایعی پروب را می پوشاند، الکترودهای آن، بخشی از مدار الکتریکی را تشکیل می دهند و باعث می شوند جریانی به جریان بیفتد که سطح بالا یا پایین را نشان می دهد.

مزایای استفاده از سنسور سطح رسانایی عبارتند از:

  • هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد
  • کم هزینه هستند
  • استفاده نسبتاً آسان

معایب عبارتند از:

  • آنها تهاجمی هستند (به این معنی که باید محصولی را که حس می شود لمس کنند)
  • آنها فقط مایعات رسانا را حس می کنند
  • پروب به مرور زمان فرسایش می یابد
  • استفاده مناسب برای این سنسورها برای سیگنال دهی سطوح بالا یا پایین است.

سنسور سطح رسانایی

  1. سنسور سطح ویبره (چنگال تنظیم)

ویبره یا چنگال تنظیم یکی دیگر از سنسورهای سطح نقطه است.

آنها از یک عنصر حسگر چنگال شکل با دو تیغه استفاده می کنند. چنگال در فرکانس رزونانت طبیعی خود می لرزد. با تغییر سطح، فرکانس چنگال با تشخیص سطح، تغییر می کند. این سنسورها عبارتند از:

  • مقرون به صرفه و جمع و جور
  • تهاجمی به محصول، به این معنی که آنها باید مواد را لمس کنند تا سطح را حس کنند
  • نصب آسان
  • اساساً بدون نیاز به تعمیر و نگهداری

آنها بر اساس موادی که می توانند حس کنند، کاربردهای نامحدودی دارند. صنایع معدنی، مواد غذایی و آشامیدنی و فرآوری شیمیایی از این حسگرها برای کاربردهای خود استفاده می کنند.

سنسور سطح ویبره (چنگال تنظیم)

  1. سوئیچ شناور

آخرین سنسور سطح نقطه ای که در مورد آن صحبت خواهیم کرد یک سوئیچ شناور است.

سوئیچ‌های شناور از یک شناور استفاده می‌کنند، وسیله‌ای که هنگام اعمال یا برداشتن محصول بالا یا پایین می‌آید، که با افزایش یا کاهش سطح حرکت شناور مدار را باز یا بسته می‌کند.

مزایای سوئیچ شناور عبارتند از:

  • این نوع سنسور بدون برق است
  • آنها یک نشانه مستقیم ارائه می دهند
  • ارزان هستند

معایب عبارتند از:

  • آنها یک محصول تهاجمی هستند
  • دارای قطعات متحرک هستند
  • اندازه آنها می تواند بزرگ باشد

سوئیچ های شناور فقط نشان دهنده سطح بالا یا پایین هستند، آنها نمی توانند سطح متغیر را اندازه گیری کنند. یک کاربرد عالی برای سوئیچ های شناور در مخازن ذخیره مایع برای نشان دادن سطح بالا یا پایین است.

سوئیچ شناور

انواع سنسور اندازه گیری سطح پیوسته

حالا بیایید در مورد سنسورهای اندازه گیری سطح پیوسته صحبت کنیم. ما با سنسورهای اولتراسونیک شروع خواهیم کرد.

  1. سنسور سطح اولتراسونیک

سنسورهای سطح اولتراسونیک با انتشار و دریافت امواج اولتراسونیک کار می کنند. مدت زمانی که طول می کشد تا امواج به عقب منعکس شوند، نحوه اندازه گیری فاصله است.

مزیت استفاده از این نوع سنسور این است که:

  • این سنسورها فاقد قطعات متحرک هستند
  • کوچک
  • قابل اعتماد
  • غیر تهاجمی (غیر تماسی)
  • تحت تاثیر خواص موادی که حس می کنند، قرار نمی گیرند.
  • خاصیت خود تمیز شوندگی به دلیل ارتعاشاتی که ایجاد می کنند.

معایب استفاده از این نوع سنسور این است که:

  • آنها می توانند گران باشند
  • در برخی شرایط، محیط می تواند تأثیر منفی بر آنها بگذارد

یک نمونه کاربرد، مخزن آسفالت داغ در یک کارخانه تولید توفال یا زونا است. سنسور اولتراسونیک در بالای مخزن دور از آسفالت داغ قرار می گیرد و برای سنجش سطح به منظور ارسال درخواست پر شدن برای مخزن استفاده می شود.

سنسور سطح اولتراسونیک

  1. سنسور سطح رادار

رادار یا میکروویو نیز یک حسگر سطح پیوسته است.

این سنسورها امواج میکروویو (microwave) را توسط یک آنتن روی سنسور رادار ارسال می کنند. محصولی که حس می شود این امواج مایکروویو را به آنتن، منعکس می کند و اختلاف زمان از انتشار موج تا دریافت سیگنال متناسب با سطح محصول است.

مزایای سنسورهای رادار این است که:

  • تحت تأثیر دما، فشار یا گرد و غبار قرار نمی گیرند
  • همچنین می توانند مایعات، خمیرها، پودرها و جامدات را اندازه گیری کنند
  • بسیار دقیق هستند و نیازی به کالیبراسیون ندارند
  • آنها غیر تهاجمی هستند زیرا مجبور نیستند محصولی را که حس می کند، لمس کنند

معایب سنسورهای رادار عبارتند از:

  • گران هستند
  • محدوده تشخیص محدودی دارند

اگر به نمونه کارخانه تولید شینگل (توفال) خود برگردیم، سنسور سطح رادار می تواند راه حل ایده آلی باشد. همانند سنسور اولتراسونیک، حسگرهای رادار برای مخازن ذخیره مایع داغ ایده آل هستند.

سنسور سطح رادار

جمع بندی

ما در مورد هفت نوع مختلف سوئیچ سطح و کاربردهای آنها صحبت کردیم.

برخی از برنامه‌های حسگر سطح ممکن است همپوشانی داشته باشند و هنگام تصمیم‌گیری در مورد سنسور، شناسایی محصولی که حس می‌کنید و نوع بازخوردی که برنامه شما نیاز دارد، مهم است.

حسگرهایی مانند رسانایی یا مقاومت، ظرفیت خازنی، چنگال تنظیم، سوئیچ های شناور و سنسورهای سطح نوری را می توان برای نشان دادن سطح بالا یا پایین استفاده کرد. در حالی که سنسورهای سطح اولتراسونیک و رادار می توانند سطح شما را اندازه گیری کنند تا بازخورد خاصی به میزان محصول در یک مخزن ارائه دهند.

انواع مختلفی از سنسورهای سطح نقطه وجود دارد، اما همه آنها تهاجمی هستند. یکی از اساسی ترین حسگرهای سطح نقطه، “سوئیچ شناور” است. هنگامی که سطح مایع در یک ظرف بالا یا پایین می‌آید، سوئیچ را مجبور می‌کند تا یک مدار را باز یا ببندد. سنسورهای سطح نوری از یک فرستنده مادون قرمز (IR) و یک فوتودیود تشکیل شده اند. به عنوان حسگرهای مجاورتی فوتوالکتریک، آنها حضور مایع را با اندازه‌گیری مقدار نور مادون قرمزی که به دیود نوری بازتاب می‌شود، تشخیص می‌دهند. سنسورهای سطح خازنی تغییر در ظرفیت (توانایی ذخیره بار الکتریکی) را برای تعیین سطح مایع در مخازن اندازه گیری می کنند.