سنسور و کنترلر سطح مجموعه‌ای از تجهیزات اندازه‌گیری و کنترل هستند که برای اطلاع از وضعیت پرشدگی مخزن، تشخیص حداقل و حداکثر سطح، اندازه‌گیری پیوسته ارتفاع ماده و صدور فرمان به تجهیزات فرآیندی استفاده می‌شوند. در یک سیستم ساده ممکن است یک شناور فقط رسیدن آب به سطح مشخصی را تشخیص دهد، اما در سیستم‌های صنعتی پیشرفته، سنسور راداری یا هیدرواستاتیک مقدار سطح را به‌صورت پیوسته اندازه‌گیری کرده و سیگنال آن به کنترلر یا PLC ارسال می‌شود. کنترلر نیز بر اساس مقدار اندازه‌گیری‌شده می‌تواند پمپ، شیر، آلارم یا کنتاکتور را کنترل کند. جلوگیری از سرریز مخزن، حفاظت پمپ در برابر خشک‌کار کردن، حفظ سطح میان حداقل و حداکثر و مدیریت موجودی مخزن از مهم‌ترین کاربردهای این گروه تجهیزات هستند.
اگرچه عبارت‌های «سنسور سطح» و «کنترلر سطح» گاهی در بازار به جای یکدیگر استفاده می‌شوند، وظیفه این دو تجهیز یکسان نیست. سنسور وظیفه تشخیص یا اندازه‌گیری سطح را بر عهده دارد؛ در حالی که کنترلر اطلاعات دریافتی را پردازش کرده و منطق مورد نیاز برای کنترل فرآیند را اجرا می‌کند.
برای مثال در یک مخزن آب، دو الکترود یا دو سنسور می‌توانند سطح پایین و بالا را مشخص کنند. کنترلر سطح این دو وضعیت را دریافت می‌کند و در حالت پرکردن، با رسیدن آب به سطح پایین پمپ را روشن و با رسیدن به سطح بالا آن را خاموش می‌کند.
در اندازه‌گیری پیوسته، سنسور می‌تواند مقدار سطح را به PLC، نمایشگر یا کنترلر منتقل کند و سیستم کنترل بر اساس مقدار واقعی سطح، فرمان‌های دقیق‌تری ایجاد کند.
| تجهیز | وظیفه اصلی | نمونه کاربرد |
|---|---|---|
| سنسور سطح | تشخیص یا اندازه‌گیری سطح | اندازه‌گیری ارتفاع آب مخزن |
| لول سوئیچ | تشخیص رسیدن ماده به یک نقطه مشخص | آلارم سطح بالا یا حفاظت سطح پایین |
| کنترلر سطح | پردازش وضعیت سطح و صدور فرمان | روشن و خاموش کردن پمپ میان Min و Max |
یکی از اولین تصمیم‌ها در انتخاب تجهیزات سطح این است که آیا فقط عبور ماده از یک نقطه خاص اهمیت دارد یا مقدار واقعی سطح باید در تمام محدوده مخزن اندازه‌گیری شود.
اندازه‌گیری نقطه‌ای برای کاربردهایی مانند اعلام پرشدن، سطح پایین، جلوگیری از سرریز و حفاظت خشک‌کار کردن پمپ مناسب است. خروجی معمولاً فقط دو وضعیت دارد: سطح به سنسور رسیده یا نرسیده است.
اندازه‌گیری پیوسته زمانی استفاده می‌شود که مقدار واقعی سطح، ارتفاع ماده یا درصد پرشدگی مخزن مورد نیاز باشد. در این حالت سنسور مقدار سطح را در کل محدوده اندازه‌گیری به سیستم کنترل منتقل می‌کند.
| نوع سنسور | نوع اندازه‌گیری | ویژگی کلی |
|---|---|---|
| شناوری | نقطه‌ای | عملکرد مکانیکی یا مغناطیسی همراه تغییر سطح |
| خازنی | نقطه‌ای یا پیوسته | تشخیص تغییر ویژگی الکتریکی ماده اطراف سنسور |
| هیدرواستاتیک | پیوسته | اندازه‌گیری سطح بر اساس فشار ستون مایع |
| اولتراسونیک | پیوسته و غیرتماسی | اندازه‌گیری فاصله تا سطح با موج صوتی |
| راداری | پیوسته و غیرتماسی | اندازه‌گیری فاصله تا سطح با امواج راداری |
| رادار هدایت‌شده | پیوسته | انتقال موج در امتداد پروب داخل مخزن |
| الکترودی | نقطه‌ای | تشخیص سطح مایعات رسانا با الکترود و کنترلر |
شناور از روش‌های ساده و رایج کنترل سطح مایعات است. با بالا یا پایین رفتن سطح، شناور حرکت می‌کند و وضعیت سوئیچ تغییر می‌کند. این روش برای آب، مخازن ذخیره، سامپ، چاه و بسیاری از کاربردهای عمومی قابل استفاده است.
جنس شناور و بخش‌های در تماس با مایع باید متناسب با نوع سیال انتخاب شوند. رسوب، مواد چسبنده یا محدودیت حرکت شناور نیز باید در کاربردهای صنعتی بررسی شوند.
سنسور خازنی با تشخیص تغییر ظرفیت الکتریکی ناشی از حضور ماده کار می‌کند. این فناوری می‌تواند برای مایعات و در مدل‌های مناسب برای مواد جامد فله نیز استفاده شود.
برخی سنسورهای خازنی امکان تشخیص سطح از پشت دیواره مخازن غیررسانا را نیز دارند. این قابلیت برای مخازن پلاستیکی مفید است، زیرا سنسور بدون تماس مستقیم با مایع نصب می‌شود. ضخامت دیواره، وجود فلز و مشخصات ماده باید با شرایط اعلام‌شده توسط سازنده مطابقت داشته باشند.
روش هیدرواستاتیک فشار ایجادشده توسط ستون مایع را اندازه‌گیری می‌کند. با افزایش ارتفاع مایع، فشار واردشده به حسگر افزایش پیدا می‌کند و از این تغییر برای محاسبه سطح استفاده می‌شود.
این روش برای چاه‌ها، مخازن آب و اندازه‌گیری سطح مایعات کاربرد زیادی دارد. چگالی مایع یکی از پارامترهای مهم در تبدیل فشار به ارتفاع است و در کاربردهایی که چگالی تغییر می‌کند باید این موضوع در طراحی لحاظ شود.
در اندازه‌گیری غیرتماسی، سنسور معمولاً بالای مخزن نصب می‌شود و فاصله تا سطح ماده را اندازه‌گیری می‌کند. این روش باعث می‌شود سنسور با ماده تماس مستقیم نداشته باشد.
در روش اولتراسونیک از امواج صوتی و در روش راداری از امواج الکترومغناطیسی استفاده می‌شود. شرایط فرآیند، بخار، کف، دما، فشار، شکل مخزن و موانع داخلی می‌توانند روی انتخاب فناوری مناسب اثر بگذارند.
رادار یکی از فناوری‌های پرکاربرد فعلی برای اندازه‌گیری پیوسته و غیرتماسی سطح مایعات و مواد جامد است؛ با این حال انتخاب دقیق مدل همچنان به شرایط مخزن وابسته است.
رله یا کنترلر سطح الکترودی برای مایعات رسانا مانند بسیاری از انواع آب استفاده می‌شود. الکترودها در ارتفاع‌های مشخص نصب می‌شوند و کنترلر با بررسی مقاومت الکتریکی مسیر میان آن‌ها حضور مایع را تشخیص می‌دهد.
در سیستم دو سطحی معمولاً حد پایین، حد بالا و الکترود مرجع وجود دارند. کنترلر می‌تواند بر اساس این نقاط در حالت پرکردن یا تخلیه عمل کند.
این روش برای مایعاتی که رسانایی کافی ندارند مناسب نیست و در روغن یا برخی مواد نارسانا باید روش سنجش دیگری انتخاب شود.
در حالت پرکردن، کاهش سطح تا حد پایین باعث فعال شدن پمپ یا شیر ورودی می‌شود. با رسیدن سطح به نقطه بالا، کنترلر فرمان توقف را صادر می‌کند.
وجود دو سطح جداگانه باعث می‌شود پمپ با تغییرات کوچک سطح دائماً روشن و خاموش نشود. فاصله میان حد پایین و بالا باید با ظرفیت مخزن، دبی پمپ و تعداد دفعات مجاز راه‌اندازی موتور هماهنگ شود.
در حالت تخلیه، منطق عملکرد برعکس است. با افزایش سطح تا نقطه بالا، پمپ تخلیه روشن می‌شود و با کاهش سطح تا حد پایین متوقف می‌شود.
این روش در سامپ‌ها، حوضچه‌های جمع‌آوری، سیستم‌های فاضلاب و مخازنی که باید از پر شدن بیش از حد آن‌ها جلوگیری شود کاربرد دارد.
لول سوئیچ سطح بالا می‌تواند مستقل از سیستم اصلی اندازه‌گیری برای تشخیص پر شدن بیش از حد مخزن استفاده شود. با رسیدن مایع یا ماده به سنسور، خروجی برای توقف پمپ، بستن شیر یا فعال کردن آلارم تغییر وضعیت می‌دهد.
در فرآیندهای حساس، طراحی حفاظت سرریز باید بر اساس سطح ریسک پروژه انجام شود و ممکن است افزونگی یا تجهیزات حفاظتی مستقل نیاز باشد.
کاهش سطح مایع در ورودی پمپ می‌تواند باعث کارکرد بدون سیال کافی شود. سنسور یا کنترلر سطح پایین می‌تواند این وضعیت را تشخیص دهد و از طریق مدار فرمان، پمپ را متوقف کند.
این حفاظت تنها یکی از بخش‌های حفاظت پمپ است و حفاظت‌های الکتریکی مانند اضافه‌بار، اتصال کوتاه، قطع فاز و سایر موارد مورد نیاز باید جداگانه در طراحی بررسی شوند.
در سنسورهای نقطه‌ای، خروجی می‌تواند بسته به مدل به‌صورت سوئیچ، رله، PNP یا NPN باشد. در سنسورهای پیوسته نیز خروجی‌هایی مانند 4–20mA و انواع ارتباط دیجیتال در مدل‌های مختلف وجود دارند.
کنترلرهای سطح معمولاً دارای خروجی رله برای مدار فرمان هستند. اگر پمپ یا شیر جریان بالایی داشته باشد، خروجی کنترلر نباید بدون بررسی مستقیماً بار قدرت را قطع و وصل کند و معمولاً از کنتاکتور یا رله واسط مناسب استفاده می‌شود.
آب، روغن، اسید، حلال، دوغاب، پودر و مواد جامد رفتار یکسانی ندارند. سنسور باید متناسب با خواص ماده انتخاب شود. در سنسورهای تماسی، جنس پروب و آب‌بندی اهمیت دارد و در روش‌های خازنی ویژگی دی‌الکتریک ماده نیز می‌تواند مؤثر باشد.
وجود کف، رسوب، بخار، گردوغبار، تلاطم، همزن و مواد چسبنده نیز می‌تواند عملکرد بعضی روش‌های اندازه‌گیری را تغییر دهد. بنابراین مشخص کردن شرایط واقعی فرآیند پیش از انتخاب سنسور اهمیت زیادی دارد.
| پارامتر | اهمیت |
|---|---|
| نوع ماده | مایع، پودر، جامد فله، ماده چسبناک یا خورنده |
| نوع اندازه‌گیری | نقطه‌ای یا پیوسته |
| ارتفاع مخزن | تعیین محدوده اندازه‌گیری مناسب |
| دما و فشار | تطبیق با محدودیت‌های سنسور و اتصال فرآیندی |
| جنس مخزن | به‌ویژه در تشخیص خازنی از پشت دیواره اهمیت دارد |
| کف، رسوب و تلاطم | می‌توانند روی برخی روش‌های اندازه‌گیری اثر بگذارند |
| نوع خروجی | رله، PNP/NPN، آنالوگ یا ارتباط دیجیتال بسته به سیستم کنترل |
| منطق کنترل | پرکردن، تخلیه، آلارم سطح یا حفاظت پمپ |
| نوع نصب | داخل مخزن، بالای مخزن، بیرون مخزن یا غوطه‌ور |
در روش تماسی، بخشی از سنسور با ماده ارتباط مستقیم دارد. شناور، پروب خازنی، الکترود و رادار هدایت‌شده نمونه‌هایی از این گروه هستند. سازگاری جنس بخش‌های در تماس با ماده اهمیت زیادی دارد.
در روش غیرتماسی، سنسور معمولاً بالای مخزن نصب می‌شود و بدون تماس با ماده فاصله یا سطح را اندازه‌گیری می‌کند. رادار و اولتراسونیک از روش‌های رایج این گروه هستند.
انتخاب میان این دو روش باید بر اساس ماده، مخزن، شرایط فرآیند و دقت مورد نیاز انجام شود و هیچ روش واحدی برای تمام کاربردها بهترین گزینه نیست.
در سنسورهای نقطه‌ای، ارتفاع نصب مستقیماً نقطه عملکرد را مشخص می‌کند. سنسور نباید بدون بررسی در محل ورود مستقیم سیال یا نقطه‌ای با تلاطم شدید نصب شود.
در سنسورهای راداری و اولتراسونیک، مسیر اندازه‌گیری باید مطابق محدودیت‌های سازنده انتخاب شود و موانعی مانند نردبان، لوله، همزن و اجزای داخلی مخزن در نظر گرفته شوند.
کنترلرهای تابلویی باید با ولتاژ تغذیه صحیح و مطابق نقشه سیم‌کشی همان مدل نصب شوند. در کنترل پمپ نیز خروجی رله کنترلر معمولاً بخشی از مدار فرمان است و حفاظت قدرت موتور باید جداگانه انجام شود.
قیمت سنسور و کنترلر سطح به فناوری اندازه‌گیری، برند، محدوده اندازه‌گیری، دقت، نوع خروجی، متریال قسمت‌های در تماس، فشار و دمای کاری، نوع اتصال و امکانات کنترلی وابسته است. یک فلوتر ساده، یک کنترلر الکترودی و یک ترانسمیتر راداری پیوسته از نظر قیمت و کاربرد در گروه‌های متفاوتی قرار دارند.
برای استعلام دقیق بهتر است نوع ماده، ارتفاع مخزن، نقطه‌ای یا پیوسته بودن اندازه‌گیری، شرایط دما و فشار، منطق کنترل و نوع خروجی مورد نیاز اعلام شوند. در صورت جایگزینی تجهیز موجود، کد کامل محصول و مشخصات نصب نیز به انتخاب صحیح کمک می‌کنند.
سنسور سطح را تشخیص یا اندازه‌گیری می‌کند؛ کنترلر این اطلاعات را پردازش کرده و برای تجهیزاتی مانند پمپ، شیر یا آلارم فرمان ایجاد می‌کند.
لول سوئیچ برای تشخیص رسیدن مایع یا ماده به یک نقطه مشخص مانند حد پایین یا حد بالای مخزن استفاده می‌شود.
به سنسور اندازه‌گیری پیوسته مانند مدل مناسب راداری، هیدرواستاتیک، اولتراسونیک یا فناوری مشابه نیاز است.
برای کاربرد ساده می‌توان از شناور یا کنترلر الکترودی استفاده کرد؛ انتخاب نهایی به ساختار مخزن، نوع آب، تعداد سطوح و مدار پمپ وابسته است.
فقط در صورت تطبیق ظرفیت خروجی با بار. در اغلب کاربردهای موتوری صنعتی، خروجی کنترلر بوبین کنتاکتور را فرمان می‌دهد.
معمولاً برای مایعات رسانا طراحی می‌شود؛ برای روغن و مایعات کم‌رسانا باید فناوری دیگری متناسب با کاربرد بررسی شود.
یک لول سوئیچ یا سنسور نقطه‌ای سطح بالا می‌تواند فرمان توقف پرکردن یا آلارم را ایجاد کند.
رادار و اولتراسونیک از فناوری‌های متداول اندازه‌گیری غیرتماسی سطح هستند.
سنسور سطح پایین می‌تواند کمبود مایع را تشخیص دهد و از طریق مدار کنترل فرمان توقف پمپ را صادر کند.
نوع ماده، نقطه‌ای یا پیوسته بودن اندازه‌گیری، ارتفاع مخزن، دما و فشار، نوع خروجی، منطق پرکردن یا تخلیه و شرایط نصب باید مشخص شوند.
برای خرید سنسور و کنترلر سطح ابتدا هدف سیستم مشخص شود؛ اگر تنها تشخیص حداقل یا حداکثر نیاز است، لول سوئیچ یا سنسور نقطه‌ای قابل بررسی است و برای مشاهده مقدار واقعی سطح باید سنسور پیوسته انتخاب شود. سپس نوع ماده، ارتفاع و جنس مخزن، دما و فشار، وجود کف یا رسوب، نوع خروجی و منطق کنترل پمپ یا شیر بررسی می‌شوند. در سیستم‌های الکترودی نیز رسانایی مایع یکی از عوامل اصلی انتخاب است.
آوا الکتریک به‌عنوان مرکز تخصصی فروش و تأمین تجهیزات برق و اتوماسیون صنعتی، امکان بررسی انواع سنسور سطح، لول سوئیچ و کنترلر سطح، انتخاب فناوری مناسب برای مخزن و فرآیند، استعلام قیمت، بررسی موجودی و خرید را فراهم می‌کند.
برای راهنمای خرید و دریافت قیمت سنسور و کنترلر سطح با شماره 03191091031 تماس بگیرید.
