لول ترانسمیتر هیدرواستات

معرفی لول ترانسمیتر هیدرواستاتیک:

لول ترانسمیتر هیدرواستاتیک تجهیزی جهت اندازه گیری فشار هیدرواستاتیکی ناشی از وزن سیال بالای فرستنده می باشد که دارای یک دیافراگم فشار است. ساختار این دیافراگم به گونه ای است که قسمت داخلی آن از طریق یک لوله در کابل به فشار اتمسفر تخلیه شده و قسمت بیرونی آن مستقیما با سیال تماس دارد .

فشار اعمال شده از سوی سیال باعث انحراف دیافراگم از حالت کالیبره شده و مایع پر کننده فشار اعمال شده را به پل وتستون روی حسگر انتقال می دهد. تغییر وابسته به فشار در ولتاژ خروجی  پل ویتستون اندازه گیری شده و در نهایت  مدار های الکتریکی موجود در سنسور ، این سیگنال را به سیگنال خروجی آنالوگ یا دیجیتال تبدیل می کنند.

**هیدرو استاتیک علم سیالات بدون حرکت است. لول ترانسمیتر هیدرو استاتیک  برای نظارت بر اندازه ارتفاع با اندازه گیری فشار هیدرو استاتیک در یک مایع تقریبا ساکن استفاده می شود.**

** فشار هیدرو استاتیکی فشاری است که بر اساس چگالی و ارتفاع سیال در یک ستون مایع ایجاد می شود. به عبارت دیگر فشاری که در یک عمق مشخصی وجود دارد و هر چقدر ارتفاع بیشتر شود نیروی وزن مایع که تحت تاثیر نیروی گرانش و رو به پایین می باشد بیشتر شده و در نتیجه فشار هیدرواستاتیکی نیز بیشتر می شود.

تنها پارامتر تاثیر گزار بر فشار هیدرو استاتیکی در یک مایع ارتفاع آن می باشد و شکل و هندسه ظرف ، سایز ظرف ، ناخالصی های محیط و کف روی سطح و آشفتگی سیال در اندازه آن تاثیری ندارد. این پدیده تحت عنوان پارادوکس هیدرو استاتیک شناخته می شود.**

فشار هیدرو استاتیکی را لول ترانسمیتر هیدرو استاتیک، به یک سیگنال جریان 4-20 mA تبدیل می کند. این سیگنال جریان 4-20 mA متناسب با ستون مایع است. در نهایت ترانسمیتر سیگنال جریان را به نشانگر بالادست یا در اتاق کنترل ارسال می کند. اندازه گیری فشار و سطح هر دو با ترانسمیتر های هیدرواستاتیک امکان پذیر است.

این تجهیز میتواند ارتفاع آب از  1 m تا 100 m را اندازه گیری کند. لول ترانسمیتر 2.5 bar برای اندازه گیری ارتفاع 25m ، 1 bar برای اندازه گیری ارتفاع 10 m و 500 mbar برای اندازه گیری ارتفاع 5 m مناسب هستند

اصل اندازه گیری

لول ترانسمیتر های هیدرو استاتیک فشار استاتیکی ناشی از وزن ستون مایع را که متناسب با سطح سیال است اندازه گیری می کنند.

اغلب ترانسمیتر های هیدرواستاتیک در پایین مخزن قرار می گیرند  و فشار را مستقیما اندازه گیری می کنند.

در فرمول بیان شده در زیر ρ چگالی سیال و ɡ=9.81 m/s² شتاب گرانش زمین است. فشار اندازه گیری شده توسط لول ترانسمیتر هیدرواستاتیک متناسب با ستون مایع می باشد.

P= ρɡh+P˳                                                                                              

فشار اتمسفر P˳  روی سطح مایع، به حفره فشار منفی سنسور متصل می شود تا P˳ در پشت سنسور را جبران کند. بنابراین فشار روی سنسور هیدرواستاتیک ρɡh است. با چگالی ثابت  تنها متغیری که وجود دارد ، ارتفاع است. در حقیقت، هر ابزار دقیقی که بتواند فشار را اندازه گیری کند می تواند برای خواندن ارتفاع مایع کالیبره شده و برای اندازه گیری سطح مایعات در تانک های تحت شرایط اتمسفری نیز استفاده شود.

اغلب سنسور های فشار برای شرایط اتمسفری تنظیم می شوند بنابراین فشار در سطح مایعات بدون سرپوش صفر خواهد بود. واحد اندازه گیری فشار عموما پاسکال است.

**یک پاسکال برابر با فشار یک متر ارتفاع آب است.**

مبدلهای فشار هیدرو استاتیک همیشه شامل غشایی است که به صورت مکانیکی یا هیدرولیکی به المان مبدل متصل می شود. المان مبدل می تواند بر اساس تکنولوژی هایی شامل : القایی ، خازنی ، کشش سنج یا نیمه هادی باشد. مبدل های فشار می توانند به صورت های مختلف نصب شوند و کاربرد آن ها با توجه به احتیاط ها و اوضاع فرآیندی مشخص گردد. از آنجا که فشار ناشی از سیال باعث حرکت غشاء فقط به میزان چند میکرون می شود ، لذا مبدل نیمه هادی نسبت به کثیفی یا رسوب ناشی از مواد غیر حساس است.

سنسور فشار شناور در لول ترانسمیتر های هیدرواستاتیک کوچکترین تغییرات فشار هیدرواستاتیکی را تشخیص می دهد و نسبت به پر یا خالی شدن مخزن افزایش یا کاهش می یابد. در آخر سیگنال خروجی با الکترونیک از طریق تبدیل فشار اعمال شده به سیگنال الکتریکی ایجاد می شود.

لول ترانسمیتر هیدرو استاتیک تحت تاثیر مواردی چون آشفتگی سیال ، ناخالصی های سیال، کف روی سطح  و شکل مخزن نیست اما با این حال در طراحی ، شکل مخزنی که سیال در آن قرار دارد باید در نظر گرفته شود.

در سیستم های باز، اندازه گیری نسبت به فشار اتمسفر انجام می شود تا از خطاهای اندازه گیری ناشی از نوسانات فشار اتمسفر جلوگیری شود. در سیستم بسته ، اختلاف فشار بین ستون مایع در پایین و فشار در قسمت بالایی داخل مخزن باید اندازه گیری شود.

اندازه گیری در مخزن رو باز :

در اندازه گیری در مخازن رو باز کابل ونتد که مرجع نسبی ترانسمیتر های فشار غوطه ور را فراهم می کند حذف می شود.

در این حالت فشار هیدرو استاتیک به عواملی چون سطح مایع ، چگالی سیال و فشار محیط وابسته است.

اندازه گیری در مخازن بسته:

در مخازن بسته اندازه گیری دو بار انجام می شود.یکی درون سیال و دیگری در فضای بالای مخزن. این اندازه گیری با استفاده از لول ترانسمیتر هیدرواستاتیک که یک سنسور در سیال غوطه ور می باشد و یک ترانسمیتر فشار در بالای مخزن جهت اندازه گیری فشار گاز یا هوای بالای مخزن، انجام میشود.

در این حالت فشار هیدرواستاتیک به عواملی چون سطح سیال، چگالی سیال و فشار روی سیال( با فشار محیط تفاوت دارد.) وابسته است.

لول ترانسمیتر هیدرو استاتیک از چه اجزایی تشکیل شده است؟

• پراب:

پراب ها عموما از جنس فلز و گاهی از پلاستیک نیز ساخته می شوند. پراب ها  جهت اندازه گیری وارد سیال می شوند.

• درپوش محافظ:

درپوش محافظ جهت محافظت از دیافراگم در برابر رسوبات و ذرات معلق درون سیال کاربرد دارد.

• دیافراگم

فشار هیدرواستاتیک سیال به دیافراگم وارد می شود . پشت دیافراگم مایع پر کننده وجود دارد. (خط چین محل قرار گیری دیافراگم می باشد.) دیافراگم محمولا از استیل ضد زنگ و یا سرامیک است.

• آب بندی:

محل اتصال سنسور به کابل را آب بندی می کند.

• روکش حرارتی:

برای حفاظت و نگهداری سیم ها در کنار یکدیگر کاربرد دارد.

• کابل:

کابل ونتد یک کابل شیلد دار است که از سیم های سنسور و تیوب جبران فشار محافظت می کند.

• تیوب جبران فشار:

جهت جبران تغییرات فشار اتمسفر می باشد.

• سیم:

جهت اتصال الکتریکی به مانیتورینگ یا سیستم کنترل استفاده می شوند و در رنگ های مختلف می باشند.

ساخت لول ترانسمیتر هیدرواستاتیک:

این تجهیز دارای دیافراگم ضد زنگ S.S 316L با ساختار ویژه است. دیافراگم به سنسور پیزو مقاومت متصل است. سنسور پیزو مقاومت کاملا با اکثر مایعات و روغن های نیمه تهاجمی سازگار است.

بخش حسگر ترانسمیتر در مایع غوطه ور می شود. ترانسمیتر در محل کار ایمن با فلنج  یا براکت نصب می شود. یک ترانسمیتر سطح هیدرو استاتیک دارای کابل مخصوص است که برای تهویه هوا طراحی شده است تا تغییرات فشار اتمسفر را برابر کند. کابل به طور دقیق سطح مایع اندازه گیری شده را منتقل می کند. طول کابل به کاربرد مورد نظر بستگی دارد. ترانسمیتر سطح هیدرواستاتیک دارای ساختار فولاد ضد زنگ، نصب فلنج با نمایش محلی و کالیبراسیون است. این یک نسخه ضد انفجار اختیاری ATEX برای برنامه های کاربردی در محیط های خطرناک دارد. می توانیم ارتفاع ترانسمیتر سطح آب را با قرار دادن مستقیم آن در ظرف یا بدنه آن اندازه گیری کنیم و بنابراین سیگنال سطح آب (4-20 mA) باید پس از جبران دما و اصلاح خطی منتقل شود.

کاربرد های لول ترانسمیتر هیدرواستاتیک:

لول ترانسمیتر هیدرواستاتیک به طور معمول برای اندازه گیری و کنترل سطح  مایعات  در صنایع مختلفی نظیر نفت ، صنایع شیمیایی ، نیروگاه ، سد ، صنایع غذایی و دارویی ، تامین آب شهری و زهکشی و هیدرولوژی ، همچنین به طور گسترده ای در سیستم های نظارتی چاه های عمیق و آب های زیر زمینی ، معادن ، مخازن آب صنعتی  و سیستم های ذخیره سازی مایعات ، حوضچه های نگهداری آب باران ، کارخانه های آب و تصفیه خانه های فاضلاب ، کنترل ایستگاه پمپاژ و مخازن ته نشینی استفاده می شود.

در کاربرد در اندازه گیری چاه های عمیق، با توجه به شرایط سخت آب و هوایی ، وجود شرایط آب و هوای نامتعادل ، فضای محدود و راه دور در این چاه ها جهت نیاز به تعمیر، نگهداری و یا کالیبراسیون از جمله چالش هایی هستند که مهندسان با آن روبرو می شوند.

لول ترانسمیتر هیدرواستاتیک با رنج اندازه گیری تا 40 متر می تواند به طور موثر سطح آب را در چاه های عمیق اندازه گیری کند. این تجهیز به گونه ای طراحی شده است که در محدوده دمایی 0 تا 15 درجه سانتیگراد و فشار 0 تا 4 بار اندازه گیری دقیق را ارائه می دهد که برای شرایط محیطی مختلف در چاه ها مناسب می باشد.

همچنین در مخازن آب سالم رطوبت بالای محیط یکی دیگر از چالش هایی است که مهندسین با آن روبرو هستند. بخار آب موجود در مخازن آب میتواند به سیستم اندازه گیری نفوذ کرده و باعث خطا در اندازه گیری سطح شود. لول ترانسمیتر هیدرواستاتیک با داشتن درجه حفاظت IP68 در برابر نفوذ آب و رطوبت مقاوم است.

برای مقابله با چالش های ذکر شده و همچنین امکان وجود چالش های بیشتر ، جهت ارائه پیشنهاد مناسب، شناخت متریال هایی متناسب با محیط اندازه گیری لازم و ضروری است. ما در اینجا به بخشی از این متریال ها اشاره می کنیم.

• بهترین آلیاژ ها برای وتد پارت  ترانسمیتر سازگار با آب دریا عبارت اند از :

Stainless Steel 17-4 PH

Tantalum

Hastelloy C-276

و متریال های آب بندی سنسور سازگار با آب دریا EPDM و  Viton هستند.

• بهترین آلیاژ ها برای وتد پارت  ترانسمیتر سازگار با آب فاضلاب عبارت اند از :

Stainless Steel 316 L (1.4404)

Stainless Steel 316 Ti (1.4571)

Titanium

PP-HT

همچنین توصیه میشود برای دیافراگم از سرامیک با حداقل خلوص 0.96% استفاده شود و متریال آب بندی متناسب یا آب فاضلاب EPDM و  FKM و FFKM هستند.

از لول ترانسمیتر های هیدرواستاتیک در :

• مخازن نفت برای مانیتورینگ سطح سیال استفاده می شود. این تجهیز با توجه به اینکه دقت بالایی دارند برای جلوگیری از سرریز شدن مخازن و مدیریت بهینه موجودی سیال بسیار موثر هستند.

• سد ها جهت کنترل ارتفاع آب استفاده می شوند. این اندازه گیری جهت مدیریت منابع آبی و کنترل کردن سیلاب های احتمالی ضروری است.

• تولیدی های مواد شیمیایی به دلیل دقت بالا و مقاومت در شرایط سخت محیطی برای کنترل سطح سیالات خطرناک و خورنده استفاده می شود.

• کارخانجات صنایع غذایی جهت نظارت دقیق بر سطح مایعات برای کنترل بهتر کیفیت محصول و بهینه سازی فرایند های تولید استفاده می شود.

• سیستم های تصفیه آب و فاضلاب با نظارت بر سطح مایعات در چاه ها، حوضچه ها و مخازن به مدیریت منابع آبی و بهبود فرآیندهای تصفیه کمک می کند.

لول ترانسمیتر های هیدرو استاتیک در صنایع مختلف  برای اطمینان از عملکرد ، کارایی و ایمنی  استفاده می شود و دارای مزایا و معایب متعددی هستند از جمله:

مزایا:

• فراهم کردن یک پلت فرم اندازه گیری بسیار قابل اعتماد و دقیق
• مانیتورینگ سطح با دقت بالا
• میتوان آن را در گمانه های کوچکتر انداخت که برای اندازه گیری سطح آب زیر زمین مفید است.
• نصب کاملا منعطف و استفاده آسان
• مقاومت در برابر انواع لرزش و ضربه
• اندازه کوچک و وزن بسیار کم
• مناسب برای کف سازی و صنایع مرتبط
• ثبات و پایداری طولانی مدت
• نصب آسان در زیر آب

معایب:

• وابستگی به چگالی دقیق
• کاربرد فقط در مایعات
• نسبتا گران تر از انواع ساده تر
• گرانقیمت برای کاربرد های دقیق

نصب و راه اندازی

این بخش، دستورالعمل های نصب و راه اندازی را پوشش می دهد. نصب دستگاه باید توسط پرسنل آموزش دیده، متخصصان واجد شرایط مجاز برای انجام چنین کارهایی انجام شود.

احتیاط !

منبع تغذیه ترانسمیتر نباید هنگام نصب آن روشن شود. ممکن است باعث آسیب به پرسنل عملیاتی شود.

برای اندازه گیری بهتر، اجتناب از تجمع ماسه یا گل روی پروب سنسور ضروری است. در غیر این صورت، ترانسمیتر آسیب می بیند. تصویر بالا طراحی قفس بادوام را نشان می دهد که محافظی برای ماژول حسگر در برابر اجسام هیدرواستاتیک است.

ملاحظاتی که قبل از نصب باید رعایت شود

قبل از نصب، مطمئن شوید که:

• فشار ساکن تولید شده توسط مایع در محل نصب از محدوده Full-Scale ترانسمیتر تجاوز نمی کند.
• مایع اندازه گیری با مواد ترانسمیتر ساخت و ساز، سازگار است.
• هنگام نصب ترانسمیتر، از مناطقی که در معرض نویز الکتریکی، ارتعاش بیش از حد و گرمای تابشی هستند خودداری کنید.

روش های نصب

• ترانسمیتر را به صورت عمودی به سمت پایین در مخزن اندازه گیری قرار دهید.
• اطمینان حاصل کنید که ترانسمیتر کاملاً در سیال غوطه ور است تا بهترین دقت را داشته باشید.
• اطمینان حاصل کنید که مایع اندازه گیری با مواد ساخت ترانسمیتر سازگار است.
• اطمینان حاصل کنید که سوراخ های درپوش محافظ توسط ذرات معلق در مایع اندازه گیری مسدود نشده باشد.

نصب در مایع ساکن

• لوله چاه ثابت برای جلوگیری از اختلال در قسمت حسگر برای مایعات ساکن و جاری استفاده می شود.

نصب سنسور

• نصب در مایع ساکن

شکل زیر روش نصب مورد استفاده در مورد مایع ساکن را نشان می دهد.

توصیه می شود نصب لول ترانسمیتر هیدرواستاتیک به دور از منابع مایع باشد. این برای جلوگیری از اثرات ارتعاش و تأثیر فشار است. برای بهترین نتایج یک مخزن خاموش توصیه می شود.

• نصب ترانسمیتر فشار هیدرواستاتیک در جریان

ترانسمیتر دارای یک سنسور فشار پیزو مقاومتی سیلیکونی با دقت بالا به عنوان عنصر سنجش که قادر به تشخیص و اندازه گیری مداوم سطح مایع با دقت بالا است. ترانسمیترهای سطح هیدرواستاتیک دارای بازه های مختلف فشار از میلی بار تا بار هستند. آنها اغلب با SCADA ،  PLC یا سیستم نمایش/ کنترل سازگار برای نشان دادن یا کنترل سطح مایع استفاده می شوند.

عمل

فشار در پایین مخزن ارتباط مستقیمی با ارتفاع ستون مایع دارد. این فشار را فشار سر یا فشار هیدرواستاتیک می نامند. واحدهای معمولی برای اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک اینچ، فوت یا متر از ستون آب هستند. PLC ها و HMI  های مدرن می توانند سطح مایع یک مخزن را با وارد کردن هندسه مخزن و وزن مخصوص مایع محاسبه کنند.

بعضی از تاثیرگذارترین عوامل جدای از برند تجهیز و شرایط بازار و نوسانات دلار  به شرح زیر است:

• متریال
• دقت و محدوده اندازه گیری فشار
• تاییدیه ها
• شرایط محیطی

برند های مطرح لول ترانسمیتر هیدرو استاتیک:

ENDRESS+HAUSER

WIKA

ROSEMOUNT

VEGA