سطح‌سنج اختلاف فشار (Differential Pressure Level Sensor) یکی از روش‌های رایج برای اندازه‌گیری سطح مایعات یا گازها در مخازن است که بر اساس اندازه‌گیری اختلاف فشار بین دو نقطه (معمولاً در بالای و پایین مخزن) کار می‌کند. این نوع سطح‌سنج‌ها معمولاً برای مواد مایع یا گازی در مخازن بسته و باز مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اصول کار سطح‌سنج اختلاف فشار
- اصول عملکرد:
- این سیستم دو سنسور فشار دارد که یکی در پایین مخزن و دیگری در بالای سطح مایع قرار می‌گیرد.
- اختلاف فشار بین این دو سنسور اندازه‌گیری می‌شود. این اختلاف فشار متناسب با ارتفاع مایع در مخزن است.
- فرمول محاسبه سطح:
- سطح مایع در مخزن به‌طور مستقیم با اختلاف فشار بین دو نقطه مرتبط است. فشار اندازه‌گیری‌شده به‌طور معمول با چگالی مایع و ارتفاع مایع ارتباط دارد.
- فرمول معمول برای محاسبه سطح به این صورت است: H=(P1−P2)ρ⋅gH = \frac{(P_1 – P_2)}{\rho \cdot g} که در آن:
- HH ارتفاع مایع
- P1P_1 فشار پایین مخزن
- P2P_2 فشار بالا مخزن
- ρ\rho چگالی مایع
- gg شتاب گرانشی
- سیستم‌های اندازه‌گیری:
- در سیستم‌های پیشرفته، یک ترانسدیوسر فشار (Pressure Transducer) برای تبدیل فشار به سیگنال الکتریکی (مثل 4-20 میلی‌آمپر) به کار می‌رود.
مزایای سطح‌سنج اختلاف فشار
- دقت بالا: به دلیل اندازه‌گیری مستقیم فشار و رابطه خطی با ارتفاع سطح، دقت بالایی در اندازه‌گیری سطح دارد.
- مناسب برای محیط‌های صنعتی: برای مخازن با اندازه‌های مختلف، شرایط فشار و دمای متغیر و انواع مایعات قابل استفاده است.
- پایداری و دوام: این سیستم‌ها بسیار پایدار و قابل اعتماد هستند، به‌ویژه در محیط‌های صنعتی سخت.
- غیرتماسی: نیاز به تماس مستقیم با سطح مایع ندارد و به همین دلیل از آلودگی یا فرسایش جلوگیری می‌کند.
معایب سطح‌سنج اختلاف فشار
- حساسیت به تغییرات دما: چگالی مایع در دماهای مختلف تغییر می‌کند و این ممکن است باعث تغییر در نتایج اندازه‌گیری شود.
- نیاز به کالیبراسیون دقیق: این سیستم‌ها نیاز به کالیبراسیون دقیق دارند تا اختلاف فشار به‌درستی با ارتفاع سطح مایع مطابقت داشته باشد.
- نیاز به یک محیط ثابت: برای اندازه‌گیری دقیق، تغییرات دما و فشار محیط باید محدود شود.
- محدودیت در استفاده با گازها: برای استفاده از این سیستم در گازها، شرایط خاص و سنسورهای ویژه نیاز است.
کاربردهای سطح‌سنج اختلاف فشار
- صنایع نفت و گاز:
- اندازه‌گیری سطح در مخازن ذخیره‌سازی نفت و گاز.
- کاربرد در سیستم‌های فرآیندی با فشار و دمای بالا.
- صنایع شیمیایی:
- کنترل سطح در راکتورها، برج‌ها، مخازن فشار بالا یا سیستم‌های پالایش شیمیایی.
- صنایع غذایی و داروسازی:
- نظارت بر سطح مواد مایع در مخازن مواد غذایی و دارویی.
- صنایع آب و فاضلاب:
- اندازه‌گیری سطح در تانک‌های ذخیره‌سازی آب یا فاضلاب.
- صنایع نیروگاهی:
- اندازه‌گیری سطح در مخازن و بویلرها.
اجزای اصلی سیستم سطح‌سنج اختلاف فشار
- ترانسدیوسر فشار (Pressure Transducer):
- برای اندازه‌گیری فشار در دو نقطه مختلف مخزن.
- سیستم لوله‌کشی یا کانال‌ها:
- برای هدایت سیال و اعمال فشار به سنسورها.
- سیستم پردازش سیگنال:
- برای تبدیل سیگنال فشار به مقدار سطح.
- سیستم نمایش یا کنترل:
- برای نشان دادن یا استفاده از داده‌های سطح در سیستم کنترلی.
نکات مهم در انتخاب سطح‌سنج اختلاف فشار
- نوع مایع: خصوصیات مایع مانند چگالی، ویسکوزیته و دما باید در نظر گرفته شود.
- محدوده فشار: سنسور باید قادر به اندازه‌گیری دقیق در محدوده فشار مورد نظر باشد.
- مخزن: ابعاد مخزن و عمق آن باید برای انتخاب نوع و ظرفیت سیستم در نظر گرفته شود.
- کالیبراسیون: کالیبراسیون دقیق سنسور و سیستم‌های مربوطه برای عملکرد صحیح بسیار مهم است.
سازندگان مطرح سطح‌سنج‌های اختلاف فشار
- Endress+Hauser
- Siemens
- Emerson
- Honeywell
- Yokogawa