سطح سیال یا ارتفاع سیال یکی دیگر از متغیرها در صنایع فرآیندی است، که اندازه گیری و کنترل آن مهم و مورد توجه می باشد. اندازه گیری سطح سیال در مخازن از اهمیت بالایی برخوردار است و بسیار فراتر از سنجش ساده، وجود یا عدم وجود سیال در یک ارتفاع خاص در مخزن می باشد. در هنگام انتخاب ابزارها و تجهیزات کنترل سطح باید فاکتورهایی از قبیل تغییرات چگالی، a ایجاد حباب یا کف در سطح سیال، تلاطم یا جوشیدن سیال، اجزاء و قطعات نصب شده داخل مخازن، وجود گازها و بخارات بالای سطح سیال و نیز حضور همزمان دو ماده مختلف در مخزن مورد توجه قرار گیرد.
دو روش مستقیم و غیر مستقیم برای اندازه گیری سطح سیال وجود دارد که برخی از انواع سطح سنج ها یا لول مترها که به عنوان ابزار دقیق در سیستم های کنترل فرآیند کاربرد وسیعی دارند به شرح زیر است:
Radar Level
Measurement
سطح سنج رادار، ابزار اندازه گیری از طریق سیستم آنتن، پالس های رادار کوتاه را به سمت محصولات مورد اندازه گیری می فرستد. سطح محصول، منعکس کننده امواج سیگنال است، که پس از برخورد به سطح مورد اندازه گیری و برگشت توسط سیستم آنتن دریافت می شود. امواج راداری مخفف Radio Detection & Ranging هستند و در حقیقت امواج الکترومغناطیسی می باشند. سطح سنج رادار با ارسال امواج به سطح سیال در اصل فضای خالی مخزن را اندازه گیری می کند و با کسر مقدار اندازه گیری شده از ارتفاع اصلی مخزن که قبلا در سیستم وارد شده، ارتفاع مایع داخل مخزن را اندازه گیری می کند.
Hydrostatic Level Measurementt
سطح سنج هیدرواستاتیکی، این نوع سطح سنج برای دو حالت مخازن سرباز و یا مخازن سربسته طراحی و ساخته می شوند. برای محاسبه ارتفاع سیال درون مخزن از یک ترانسمیتر برای محاسبه اختلاف فشاری روی سطح سیال (بالای سطح سیال) و فشار ستون مایع استفاده می شود. بدین ترتیب با محاسبه اختلاف فشار مخزن، سیگنالی متناسب با ارتفاع سیال درون آن ارسال می شود. فشاری که در این حالت اندازه گیری می شود فشار استاتیک سیال است.
در حالتی که مخزن سربسته می باشد، گازها و بخارهایی در بالای سطح سیال وجود دارند که سبب ایجاد فشار روی سطح سیال می شوند، با توجه به اینکه این فشار متغیر ناشی از ارتفاع سطح سیال داخل مخزن نیست، پس باید اندازه گیری شده و از فشار اندازه گیری شده پایین مخزن کم شود.
>Ultrasonic Level Measurement
Float Switch Level Measurement
سطح سنج شناوری: در این نوع سطح سنج با استفاده از شناورهای مغناطیسی و تعدادی مقاومت الکتریکی موازی که با تغییر مکانی شناور بر اثر تغییر ارتفاع سطح سیال و تحریک مقاومت ها، اندازه گیری سطح سیال انجام می گیرد. روش دیگری نیز وجود دارد که استفاده از آشکار سازهای مغناطیسی است. یک آهنربای دائمی و سنسور امواج مغناطیسی باعث ایجاد میدان مغناطیسی در اطراف خود می کنند. وقتی این دو میدان مغناطیسی همدیگر را قطع کنند یک نیروی چرخشی تولید می شود. این نیرو امواج چرخشی تولید کرده که در طول میله هادی رفت و برگشت دارند. با اندازه گیری زمان رفت و برگشت ترانسمیتر سطح ارتفاع سیال را اندازه گیری می کند.
Vibronic Point Level Measurement
سطح سنج ویبرونیک یا سطح سنج ارتعاشی، سنسورهای ارتعاشی که شامل یک تیغه می باشند و با فرکانس طبیعی نوسان می کنند. در صورتیکه این تیغه با سیال درون مخزن برخورد کند فرکانس آن تغییر می کند و بنابراین با اندازه گیری این تغییر فرکانس، می توان ارتفاع سطح سیال را اندازه گیری کرد.
اندازه گیری ارتفاع سطح سیال با سنسورهای ارتعاشی تحت تاثیر دما و فشار سیال قرار ندارد. ولی اگر چسبندگی سیال زیاد باشد، ممکن است به تیغه ها بچسبد و منجر به تغییر فرکانس نوسانی تیغه شود.
Capacitance Level Measurement
سطح سنج خازنی یا رسانایی: یکی دیگر از روش های اندازه گیری نقطه ای سطح استفاده از اثر خازنی و یا هدایت الکتریکی است. (هدایت الکتریکی عکس مقاومت الکتریکی است) این سطح سنج به سنسورهای رادیو فرکانس یا RF مجهز هستند. سنسورهای RF از طریق ورود یک پراب (میله فلزی) به داخل مخزن با سیال در تماس می شوند. با اعمال ولتاژ به پراب تغییرات هدایت الکتریکی و یا خاصیت خازنی اندازه گیری می شود. تفاوت اصلی بین سنسور هدایت الکتریکی و خازنی در نوع و فرکانس ولتاژ اعمال شده به پراب می باشد. در سنسورهای هدایت الکتریکی معمولا از ولتاژ مستقیم DC و یا ولتاژ متناوب AC با فرکانس پایین استفاده می شود، اما در سنسورهای خازنی ولتاژ متناوب AC با فرکانس 100 کیلو هرتز تا 1 مگا هرتز به پراب اعمال می شود
Servo Level
Measurement
سطح سنج سروو: این مدل سطح سنج در حقیقت ارتقاء یافته سطح سنجهای تغییر مکانی هستند. سنسورهای تغییر مکانی بر اساس اصل شناوری قانون ارشمیدوس طراحی شده اند. طبق قانون ارشمیدوس هرگاه یک جسم درون مایعی غوطه ور باشد، نیرویی رو به بالا و برابر با وزنش به آن وارد می شود که به آن نیروی شناوری گفته می شود. بنابراین وقتی جسمی در مایع فرو رود به اندازه وزن مایعی که جسم را در بر می گیرد، از وزن جسم کم می شود. از این اصل در فلومتر های سروو یا جابجایی مکانی استفاده می شود. تفاوت فلومترهای جابجایی مکانی با سنسورهای شناور در این است که در سنسورهای شناوری، شناور تابع سطح سیال است و با تغییر سطح سیال بالا و پایین می رود و با کاهش ارتفاع سیال شناور حتی تا کف مخزن هم پایین می رود. شناور همیشه در سطح سیال است و ترانسمیتر با تعیین موقعیت آن ارتفاع سیال را اندازه گیری می کند. اما در سنسور های تغییر مکانی جسم جابجا شونده به طور کامل درسیال فرو می رود و جابجایی آن با تغییر ارتفاع سیال بسیار محدود است و ترانسمیتر با اندازه گیری مقدار تغییر نیروی وزن جسم جابجا شونده در اثر افزایش یا کاهش ارتفاع سیال، سطح سیال درون مخزن را محاسبه می کند. انتخاب سنسور متناسب با چگالی سیال در این نوع سطح سنج اهمیت زیادی دارد. در سیالاتی که بلور یا کریستال تولید می کنند و یا دارای چسبندگی بالا هستند این نوع سطح سنج پیشنهاد نمی شود. در سطح سنج سروو جسم جابجا شونده به یک وزنه با قطر 50 میلی متر و چگالی بالاتر از چگالی سیال تغییر کرده و بر مبنای اصل شناوری طراحی شده است. با دقتی حدود 1 میلی متر سطح سیال را اندازه گیری کرده و با بهره مندی از ریز پردازنده ها امکان پردازش و اطلاعات با دقت بالا را دارند. برای مخازن زیر زمینی، مخازن نفت و بنزین و LPG کاربرد بسیاری دارند.
