اندازه‌گیری سطح مواد (Level Measurement) درون مخازن و سیلوها یک اصل اساسی در صنایع مختلف از جمله صنعت نفت و گاز، صنعت شیمیایی، کشاورزی، دارویی و صنایع غذایی می‌باشد. اندازه‌گیری مقدار دقیق مواد باعث کنترل بهتر فرآیندها، بهینه سازی مصرف مواد، پیشگیری از حوادث احتمالی و همچنین پیروی از استاندارد های ایمنی بین‌المللی می‌شود. در ادامه این مقاله از گروه فنی مهندسی الکترونت به شرح انواع روش‌های اندازه‌گیری با لول سنسور ها خواهیم پرداخت.
لول سوئیچ چیست؟
لول سوئیچ (Level Switch) دستگاهی پرکاربرد برای تشخیص و کنترل سطح مایعات – جامدات در مخازن و سیلوهای ذخیره‌سازی می‌باشد. این دستگاه به عنوان یکی از تجهیزات ابزار دقیق در سیستم‌های کنترل فرآیند به کار می‌رود.
سوئیچ‌های سطح نقش مهمی در حفظ ایمنی و بهره‌وری در صنایع مختلف ایفا می‌کند. لول سوئیچ‌ها با تشخیص سطح مواد، سیگنال‌های صفر و یک به سیستم‌های کنترل ارسال می‌کنند که می‌توانند عملیات مختلفی مانند توقف پرکردن مخزن، شروع تخلیه یا ایجاد هشدار را اجرا کنند.
این ابزارهای دقیق از تکنولوژی‌های متنوعی برای اندازه‌گیری سطح استفاده می‌کنند و می‌توانند برای انواع مواد مایع و جامد در شرایط مختلف محیطی و صنعتی به کار روند. با توجه به کاربرد وسیع و اهمیت بالای این دستگاه‌ها در صنایع نفت و گاز، شیمیایی، غذایی و دارویی، انتخاب مناسب‌ترین نوع لول سوئیچ بر اساس شرایط عملیاتی و ویژگی‌های ماده مورد نظر بسیار حیاتی است.
اساس کار لول سوئیچ
اساس کار لول سوئیچ‌ها بسته به نوع آنها متفاوت است، اما همه آنها یک هدف مشترک دارند یعنی تشخیص سطح ماده درون یک مخزن یا سیلو. برخی از رایج‌ترین اصول کاری شامل استفاده از تغییرات فیزیکی (مانند جابه‌جایی شناور)، تغییرات الکتریکی (مانند ظرفیت خازنی)، امواج (مانند امواج ماکروویو) و یا تغییرات مکانیکی (مانند لرزش دیاپازونی) برای تشخیص سطح هستند.
به طور کلی، زمانی که سطح ماده به نقطه تعیین شده که محل نصب سوئیچ است می‌رسد، لول سوئیچ تغییرات ایجاد شده را تشخیص داده و به عنوان یک کلید قطع و وصل عمل می‌کند. برخی متخصصان ابزار دقیق به آن سیگنال دیجیتال می‌گویند.
این سیگنال می‌تواند به صورت باز و بسته شدن یک مدار الکتریکی یا ایجاد یک هشدار صوتی یا بصری باشد. این فرآیند به مدیران و اپراتورهای صنعتی امکان می‌دهد تا فرآیندها را به طور دقیق و کارآمد کنترل کنند و از بروز حوادث و اتلاف مواد جلوگیری کنند.
انواع لول سوئیچ
سوئیچ‌های سطح به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که هر یک بر اساس اصول کاری خاص خود عمل می‌کنند. در ادامه انواع این دستگاه‌ها را نام برده و هرکدام را با ذکر مثالی توضیح می‌دهیم.
لول سوئیچ فلوتری یا شناوری (Float Level Switch)
لول سوئیچ خازنی (Capacitive Level Switch)
لول سوئیچ دیاپازونی (Diapason Level Switch)
لول سوئیچ ویبره (Vibronic Level Switch)
لول سوئیچ ماکروویو (Microwave Level Switch)
لول سوئیچ مغناطیسی (Magnetic Level Switch)
لول سوئیچ پره‌ای یا پدل (Paddle Level Switch)
لول سوئیچ ممبرانی یا دیافراگمی ( Membrane Level Switch)
لول سوئیچ فلوتری (شناوری)
لول سوئیچ فلوتری یا شناوری یکی از ساده‌ترین و قدیمی‌ترین انواع کلیدهای سطح است. این دستگاه از یک شناور متصل به یک سوئیچ تشکیل شده است که با تغییر سطح مایع در مخزن جابه‌جا می‌شود. با بالا و پایین رفتن شناور، سوئیچ فعال یا غیرفعال می‌شود و به سیستم کنترل سیگنال می‌فرستد.
کاربرد اصلی لول سوئیچ فلوتری در سیستم‌های ساده و محیط‌های غیرپیچیده است. به عنوان مثال، این دستگاه‌ها به طور گسترده‌ای در مخازن آب آشامیدنی، سیستم‌های پمپ آب و مخازن سوخت استفاده می‌شوند. یک مثال از کاربرد این دستگاه، استفاده در مخازن آب خانگی و صنعتی برای جلوگیری از سرریز شدن آب است. تنها لول سنج شناوری یونیورسال سوئیچ سری NAS کوبولد می‌باشد. این تجهیز مناسب تشخیص جامدات پودری – گرانولی و همچنین مایعات است.
لول سوئیچ خازنی
لول سوئیچ خازنی بر اساس تغییرات ظرفیت خازنی کار می‌کند که به دلیل تغییر سطح مایع یا جامد در مخزن ایجاد می‌شود. این دستگاه‌ها از یک پروب الکترود و یک مدار الکترونیکی تشکیل شده‌اند که تغییرات ظرفیت الکتریکی را اندازه‌گیری می‌کنند.
لول سنسور خازنی برای مواد مختلف از جمله مایعات و جامدات پودری یا گرانولار مناسب است. به عنوان مثال، در صنایع غذایی، سوئیچ‌های خازنی برای کنترل سطح مواد پودری مانند آرد یا شکر در سیلوها استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها به دلیل دقت بالا و عدم تأثیرپذیری از تغییرات فشار و دما، در محیط‌های صنعتی پیچیده کاربرد دارند.
لول سوئیچ دیاپازونی
لول سوئیچ دیاپازونی با استفاده از چنگال یا شاخک لرزشی برای تشخیص مواد استفاده می‌کند. با تماس ماده درون مخزن با سوئیچ دیاپازونی، فرکانس لرزش آن تغییر می‌کند. این تغییرات توسط مدار الکترونیکی تشخیص داده شده و به عنوان سیگنال کنترلی ارسال می‌شود.
این ابزارها برای تشخیص سطح مواد جامد مانند دانه‌های غلات، پودرها و گرانول‌ها مناسب است. به عنوان مثال، در صنایع سیمان، سوئیچ دیاپازونی برای تشخیص سطح سیمان در سیلوها به کار می‌رود. این دستگاه‌ها به دلیل مقاومت بالا در برابر گرد و غبار و ارتعاشات محیطی، در محیط‌های صنعتی سخت کاربرد دارند.
لول سوئیچ ویبره
لول سوئیچ ویبره یا ویبرونیک با استفاده از اصول ارتعاشی، سطح مواد را تشخیص می‌دهد. این دستگاه پروب است که توسط یک ارتعاش‌ساز الکترونیکی داخلی به لرزش درمی‌آید. هنگامی که ماده به سطح مورد نظر می‌رسد و با پروب تماس برقرار می‌کند، فرکانس ارتعاش تغییر می‌کند. این تغییر فرکانس توسط مدار الکترونیکی شناسایی شده و از طریق تغییر حالت (N/O) به (N/C) موجب قطع یا وصل ورود مواد به مخزن می‌شود.
سوئیچ‌های ویبره از لحاظ کارکرد دقیقا مثل دیاپازون ها هستند ولی برای مواد با دانه بندی بزرگتر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. مثلا، در صنایع شیمیایی، این دستگاه‌ها برای تشخیص سطح مواد چسبنده و غلیظ در مخازن استفاده می‌شوند. همچنین، در صنایع ذوب و فولاد برای مخازن حاوی آهن اسفنجی نیز کاربرد دارند. مقاومت در برابر آلودگی‌های محیطی و عدم تأثیرپذیری از تغییرات دما و فشار از مزایای برجسته این دستگاه‌ها است.
لول سوئیچ ماکروویو
لول سوئیچ ماکروویو از امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا برای تشخیص سطح مایعات و جامدات استفاده می‌کند. امواج ماکروویو به سطح ماده برخورد کرده و بازتاب می‌شوند، و زمان بازگشت آنها توسط دستگاه اندازه‌گیری می‌شود.
سوئیچ سطح ماکروویو برای محیط‌های شدید و مواد خورنده بسیار مناسب است. به عنوان مثال، در صنایع شیمیایی، برای کنترل سطح مواد خورنده در مخازن استفاده می‌شود. دقت بالا و قابلیت کار در شرایط دمایی و فشاری مختلف، از مزایای اصلی این دستگاه‌ها است.
لول سوئیچ مغناطیسی
لول سوئیچ مغناطیسی از یک شناور مغناطیسی و یک سوئیچ مغناطیسی (رله مغناطیسی) تشکیل شده است. زمانی که شناور به سطح مشخصی از ماده می‌رسد، میدان مغناطیسی تغییر کرده و سوئیچ فعال می‌شود. لول سوئیچ مغناطیسی، این نوع لول سوئیچ فقط برای مایعات مناسب هستند و در سیستم‌های ساده و محیط‌های غیر تهاجمی(اسید و مایعات خورنده) کاربرد دارند.
به عنوان مثال، در مخازن سوخت خودروها، سوئیچ مغناطیسی برای تشخیص سطح سوخت و ارسال سیگنال به نشانگر سوخت استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها به دلیل ساختار ساده و هزینه پایین، کاربرد گسترده‌ای دارند.
لول سوئیچ پره‌ای (پدل)
لول سوئیچ پره‌ای یا پدل از یک پره مکانیکی تشکیل شده است که با تماس با ماده درون مخزن چرخانده می‌شود. این چرخش توسط یک سوئیچ الکتریکی تشخیص داده شده و به عنوان سیگنال کنترلی ارسال می‌شود.
این تجهیز برای مواد جامد مانند دانه‌ها و گرانول‌ها مناسب است. به عنوان مثال، در صنایع غذایی، سوئیچ پره‌ای برای کنترل سطح غلات در سیلوها استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها به دلیل ساختار مقاوم و قابلیت کار در شرایط سخت محیطی، در محیط‌های صنعتی کاربرد فراوانی دارند.
لول سوئیچ ممبرانی یا دیافراگمی
لول سوئیچ‌های ممبرانی تجهیزاتی کارآمد و اقتصادی برای نظارت بر سطح مواد فله‌ای در مخازن هستند. این دستگاه‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند وضعیت پر یا خالی بودن مواد درون مخازن را نشان دهند. لول سوئیچ‌های سطح دیافراگمی برای مواد حجیم با چگالی بین 0.3 تا 2.5 تن بر متر مکعب و اندازه ذرات تا 30 میلی‌متر مناسب هستند.
شرط لازم برای درست کار کردن این دستگاه‌ها نصب صحیح آنهاست
لول سوئیچ مخصوص مایعات
در این بخش به معرفی لول سوئیچ های مخصوص مایعات می‌پردازیم:
فلوتری یا شناوری
مغناطیسی
دیاپازونی
خازنی میله‌ای
شایان ذکر است سوئیچ های دیاپازونی و خازنی میله‌ای در انواع مدلها ساخته شده‌اند. در دسته بندی خازنی صرفا مقدار محدودی از مدلها را می‌توان برای مایعات بکار برد. همچنین بخش وسیعی از مدل‌های سوئیچ‌های دیاپازونی مستعد استفاده برای مایعات هستند.
لول سوئیچ جامدات (گرانولی – پودری)
پره ای – پدالی و پارویی
ویبره
ماکروویو
خازنی کابل دار و خازنی میله‌ای
دیاپازونی
لول سوئیچ های ماکروویو – ویبره و پره ای یا پدل صرفا برای مواد جامد کاربرد دارند. تقریبا 70 درصد مدل‌های سوئیچ خازنی برای مواد جامد در صنایع بکار گرفته می‌شوند. اما مدل‌های اندکی از دیاپازونی‌ها برای جامدات مناسب هستند.
نتیجه گیری
لول سوئیچ‌ها از ابزارهای حیاتی در سیستم‌های کنترل فرآیند صنعتی هستند که با تشخیص دقیق سطح مواد، ایمنی و بهره‌وری را افزایش می‌دهند. با توجه به تنوع انواع این دستگاه‌ها و کاربردهای مختلف آنها، انتخاب مناسب‌ترین نوع بر اساس شرایط عملیاتی و ویژگی‌های ماده مورد نظر، بسیار مهم است. برای خرید و تعمیرات انواع تجهیزات و ابزار آلات دقیق اندرس با الکترونت تماس بگیرید.
