سوئیچ های سطح مایع
به روز رسانی شده در ۱۴۰۳/۹/۱۴ زمان مطالعه 10 دقیقه
سوئیچ های سطح مایع سطوح مایع یا رابط بین مایعاتی مانند روغن و آب یا رابط مایع و جامد را تشخیص می دهند. سوئیچ های سطح مایع در تعدادی از برنامه های نظارت بر ظروف مایع از جمله نظارت بر خط جریان، بخاری ها و کوره ها ، و همچنین سایر لوازم خانگی، کاربردهای خودرو و فناوری کنترل استفاده می شود.
نمایش تمام سازندگان سوئیچ سطح مایع
مشخصات سوئیچ
برای انتخاب سوئیچ سطح مایع مناسب، درک عوامل مختلف یک سیستم مدیریت سطح مایع مهم است. سوئیچ یک عنصر حیاتی در سیستم است و هنگام انتخاب سوئیچ باید نوع اندازه گیری، نوع کلید، پیکربندی و مشخصات قطب و پرتاب را در نظر گرفت.
نوع اندازه گیری
سنسورهای سطح مایع اندازه گیری ارتفاع یا موقعیت سطح سیال را با استفاده از انواع فن آوری ها و روش های مختلف انجام می دهند.
حسگرهای نوری کاهش یا تغییر در انتقال نور مادون قرمز ساطع شده از یک دیود از طریق یک ماده را تشخیص می دهند.
غشای فشار و سنسورهای دیفرانسیل فشار یا تغییر فشار را در یک مخزن مانند مخزن نگهداری یا ذخیره اندازه گیری می کنند.
سنسورهای رادار یا مایکروویو با استفاده از انتشار و تشخیص پالس های مایکروویو اندازه گیری می کنند.
سنسورهای سطح مایع اولتراسونیک یا صوتی مدت زمانی را که طول می کشد تا یک موج صوتی منعکس شده از سطح هدف به مبدل بازگردد اندازه گیری می کند.
سنسورهای سطح مایع ارتعاشی یا چنگال تنظیم از یک کریستال پیزوالکتریک یا فناوری دیگری برای ارتعاش یک کاوشگر و سپس نظارت بر وجود، عدم وجود، افزایش یا کاهش آن ارتعاش استفاده می‌کنند.
تکنولوژی | توضیحات | کاربرد |
حباب ساز هوا
| یک حباب هوا از یک منبع هوای فشرده، یک محدود کننده جریان هوا، لوله حسگر و فرستنده فشار تشکیل شده است. این دستگاه با مقدار کمی هوای اندازه گیری شده در یک لوله شیب در مخزن کار می کند. یک مبدل فشار فشار هوا در لوله را کنترل می کند تا مطمئن شود فشار در لوله با فشار پایین مخزن برابر است. سطح مایع با تقسیم فشار داخل لوله بر چگالی مایع تعیین می شود. این سیستم قادر است تا زمانی که چگالی ماده ثابت بماند، سطح مایع را به طور مستقیم متناسب با فشار اندازه گیری کند. مزایا: فقط لوله شیب رسانه را لمس می کند و باید سازگار باشد. نقطه تماس قطعات الکتریکی ندارد. کنترل ها در خارج از مخزن قرار دارند و سیستم را ایمن تر می کنند. | سیستم حباب‌ساز هوا شامل هیچ قطعه متحرکی نمی‌شود و آنها را برای اندازه‌گیری سطح مایعات، جامدات معلق و لجن ایده‌آل می‌کند. محیط های خشن، مانند برج های خنک کننده، مخازن، مخازن سوخت تهویه شده، مخزن های تخلیه یا واشرهای هوا. |
حسگرهای خازنی یا فرکانس رادیویی (RF). 
| سنسور از یک خازن کواکسیال تشکیل شده است. تمام سطوح هادی با یک لایه جداکننده نازک پوشانده شده است تا از اتصال کوتاه الکتریکی در هنگام غوطه ور شدن در مخزن آب جلوگیری کند. با افزایش سطح مخزن، آب فضای بیشتری بین هادی های کواکسیال سنسور پر می کند. این امر میانگین ثابت دی الکتریک بین هادی ها را تغییر می دهد و بنابراین ظرفیت حسگر را تغییر می دهد. یک وابستگی سطح به ظرفیت وجود دارد که یک رابطه خطی را فراهم می کند. شیب به مایع بستگی دارد. ظرفیت به دما بستگی دارد، بنابراین یک سنسور دما باید همیشه وجود داشته باشد. | حسگرهای خازنی در بسیاری از صنایع از جمله (اما نه محدود به) شیمیایی، مواد غذایی، تصفیه آب، برق و آبجوسازی استفاده می شوند. |
فشار دیفرانسیل 
| یک سنسور سطح فشار دیفرانسیل (DP) اختلاف فشار بین بالا و پایین مخزن سیال را اندازه گیری می کند. فشار بالاتر که توسط سیال ایجاد می شود، با فشار مرجع کمتر (معمولاً اتمسفر) مقایسه می شود. از آنجایی که مخزن به اتمسفر باز است، فقط اتصال فشار بالا باید به فرستنده متصل شود. فشار کم به اتمسفر آزاد می شود، بنابراین دیفرانسیل فشار، سر (وزن) هیدرواستاتیک مایع در مخزن است. حداکثر ارتفاع مایع در مورد فرستنده، حداکثر سطح اندازه گیری شده را تعیین می کند. اگر مخزن به اتمسفر باز نباشد یا با مایعی غیر از آب پر شده باشد، به پیکربندی متفاوتی نیاز است. | سنسورهای DP رایج ترین حسگرها هستند. |
هدایت الکتریکی یا مقاومت 
| سنسورهای رسانا برای سنجش مایعات رسانا در سطح نقطه مانند آب و مایعات بسیار خورنده استفاده می شود. آنها از یک منبع تغذیه با ولتاژ پایین و جریان محدود استفاده می کنند که در الکترودهای جداگانه اعمال می شود. سنسورهای ولتاژ بالاتر طوری طراحی شده اند که در رسانه های رسانایی کمتر (مقاومت بالاتر) کار کنند. این سنسورها به دلیل استفاده از ولتاژ و جریان کم بسیار ایمن هستند. آنها همچنین برای استفاده و نصب ساده هستند، اما باید از نظر تجمع متوسط روی پروب بررسی شوند تا به درستی کار کنند. | |
شناور مکانیکی یا مغناطیسی 
| حسگرهای مکانیکی، مغناطیسی یا سایر حسگرهای شناور شامل باز یا بسته شدن یک سوئیچ مکانیکی هستند. این از طریق تماس مستقیم با سوئیچ یا عملکرد مغناطیسی یک نی رخ می دهد. شناورهای مغناطیسی از یک آهنربای دائمی استفاده می کنند که در داخل یک شناور مهر و موم شده است که تا سطح تحریک بالا یا پایین می رود. شناورهای مکانیکی از یک کلید مینیاتوری استفاده می کنند که شناور بر روی آن حرکت می کند. سنسورهای سطح شناور را نمی توان با مواد بسیار شریر استفاده کرد. مزایا: کم هزینه، ساده، قابل اعتماد. اعتبار تصویر: Babbitt Inc | سنسورهای سطح شناور را می توان برای تعیین سطح رابط در سیستم های جداسازی روغن از آب، در سیستم های سنسور چند پارامتری استفاده کرد. |
سنسور نوری 
| حسگرهای نوری از نور مرئی، مادون قرمز یا لیزر برای تشخیص سطح سیال استفاده می کنند. آنها به توانایی های انتقال نور، انعکاس یا شکست مواد متکی هستند. سنسورهای نوری را می توان در سنجش تماسی و غیر تماسی استفاده کرد. در سیستم‌های غیر تماسی، نوری که به سطح سیال می‌تابد و نور منعکس‌شده توسط یک فوتوسل شناسایی می‌شود. در صورت استفاده از فتوسل های متعدد، سیالات مختلف را می توان در سطوح مختلف تشخیص داد. این سنسورها طراحی ساده و ساده ای دارند و حسگرهای قابل اعتمادی هستند که نباید بین دسته ها مجددا کالیبره شوند. آنها را می توان در سیستم هایی با انواع مواد فرآیند و شرایط فرآیند یکپارچه کرد. زمان پاسخگویی آنها تقریباً فوری و بسیار دقیق است. | سنسورهای نوری را می توان برای تشخیص سطوح کف بالا یا مواد خاص استفاده کرد. آنها همچنین می توانند برای تعیین اینکه آیا یک ماده به ویسکوزیته، چگالی، کدورت یا شرایط رسانایی گرمایی خاصی رسیده است استفاده می شود. |
غشای فشار  | مترهای غشایی فشار دارای کلید حساس به فشار هستند. آنها فشار را از طریق یک غشای آلی یا نازک فلزی به حسگر داخلی منتقل می کنند. غشاهای فشاری سطح را بر اساس این اصل اندازه گیری می کنند که فشار متناسب با سطح مایع ضرب در وزن مخصوص است. در این دستگاه ها سطح برابر با اندازه گیری هد (فشار) هیدرواستاتیک تقسیم بر چگالی مایع است. اعتبار تصویر: National Instruments | |
رادار یا مایکروویو 
| حسگرهای مایکروویو (با نام مستعار رادار) از انرژی الکترومغناطیسی به جای مولکول‌های هوا برای انتقال انرژی استفاده می‌کنند تا به لایه‌های دما و بخار نفوذ کنند و در خلاء استفاده شوند. انرژی الکترومغناطیسی توسط اجسامی با خواص رسانایی بالا مانند فلز و آب رسانا منعکس می شود. دو تکنیک اساسی پردازش وجود دارد. بازتاب سنجی دامنه زمانی (TDR) اندازه گیری زمان پرواز تقسیم بر سرعت نور است. تکنیک های FMCW را می توان در سیستم های داپلر یافت. سنسورهای مایکروویو در فرکانس های مختلف اجرا می شوند. به طور کلی، هر چه فرکانس بالاتر باشد، سنسور دقیق تر و گران تر است. فناوری بدون تماس | سنسورهای مایکروویو در محیط های مرطوب، بخار و گرد و غبار استفاده می شوند. آنها همچنین در سیستم هایی که دما در آنها متفاوت است استفاده می شود. |
فرکانس رادیویی
| دستگاه های فرکانس رادیویی (RF) یک سیگنال رادیویی با فرکانس بالا/کم توان را از یک کاوشگر ساطع می کنند. هنگامی که ماده با پروب تماس می گیرد، پل نامتعادل می شود و مدار مقایسه متوجه تغییر می شود. این باعث می شود خروجی رله تغییر حالت دهد. | |
متر صوتی یا اولتراسونیک 
| حسگرها امواج صوتی با فرکانس بالا منتشر می کنند که به مبدل ساطع کننده بازتاب می شوند و توسط آن شناسایی می شوند. پاسخ سنسور تحت تأثیر تلاطم، کف، بخار، بخارات و تغییرات غلظت قرار می گیرد. نصب صحیح مبدل برای اطمینان از پاسخ واضح به صدای بازتاب شده مهم است و مخزن باید عاری از اشیایی باشد که پاسخ اکو را مخدوش می کند. آنها را می توان برای سنجش مداوم و سطح نقطه و همچنین ارتباط با دستگاه های دیگر استفاده کرد. سنسورهای سطح اولتراسونیک ارزان هستند و عملکرد بالایی دارند. اعتبار تصویر: Sensorsmag.com | سنسورهای سطح اولتراسونیک برای کاربردهای غیر تماسی با مواد جامد بسیار چسبناک و حجیم استفاده می شوند. آنها در سیستم هایی استفاده می شوند که نیاز به نظارت از راه دور، بی سیم و ارتباطات شبکه کارخانه دارند. |
چنگال تنظیم 
| این حسگرها از فناوری‌های مختلف (معمولاً پیزوالکتریک) برای ارتعاش یک کاوشگر با فرکانس 85 هرتز و سپس نظارت دائمی بر تغییرات ارتعاشات استفاده می‌کنند. چنگال‌های تنظیم رطوبتی را که هنگام غوطه‌ور شدن یک کاوشگر ارتعاشی در یک محیط فرآیند رخ می‌دهد، تشخیص می‌دهند. کاوشگر توسط یک کریستال پیزوالکتریک ارتعاش می یابد، در حالی که کریستال پیزوالکتریک دیگری ارتعاش را تشخیص می دهد. سه طرح وجود دارد. نی، پروب و چنگال تنظیم. طرح ها با تنظیمات و فرکانس های کاری خود متمایز می شوند. آنها می توانند برای تشخیص انواع خاصی از مایعات استفاده شوند. چنگال های تنظیم ساده، قابل اعتماد هستند و می توانند در جای خود تمیز شوند. آنها می توانند تجمع مواد را تحمل کنند و می توانند برای اهداف خود تمیز شوندگی پوشش داده شوند. |
نوع سوئیچ
کلید الکترومکانیکی - کلیدهای الکترومکانیکی دارای کنتاکت یا رله مکانیکی هستند. این نوع کلیدها می توانند طیف وسیع تری از گزینه های جریان و ولتاژ را کنترل کنند. آنها تحت تأثیر کثیفی، مه، میدان های مغناطیسی یا محدوده دما از نزدیک به صفر مطلق تا 1000 درجه نیستند. سوئیچ های الکترومکانیکی می توانند با عدم تراز در نصب/کاربرد سازگار شوند تا از عدم وجود جریان نشتی اطمینان حاصل کنند و آن را در بسیاری از مدل های مدار، محرک و محفظه در دسترس قرار دهند. معایب آنها شامل قیمت، چرخه عمر محدود تماس، اندازه بزرگ و پاسخ آهسته است.
سوئیچ حالت جامد - کلیدهای حالت جامد وسایل الکتریکی هستند که قطعات متحرک برای فرسودگی ندارند. آنها می توانند سریعتر بدون جرقه بین کنتاکت ها یا مشکلات ناشی از خوردگی تماس سوئیچ کنند. معایب آنها شامل هزینه بالا برای ساخت در رتبه بندی جریان بسیار بالا است.
پیکربندی
هنگام انتخاب یک سوئیچ سطح، کاربر باید تعیین کند که آیا مدار الکتریکی به یک کلید معمولی باز یا بسته نیاز دارد.
کلیدهای معمولی باز (NO) اجازه عبور جریان را در موقعیت آزاد نمی دهند. آنها نیاز به "ایجاد" یک تماس دارند تا فعال شوند.
سوئیچ های معمولی بسته (NC) اجازه می دهند جریان در موقعیت آزاد عبور کند و برای فعال شدن نیاز به "شکستن" تماس (باز شدن) دارند.
قطب / پرتاب
اکثر سوئیچ ها یک یا دو قطب و یک یا دو پرتاب دارند، اما برخی از تولیدکنندگان سوئیچ های سطح سفارشی را برای کاربردهای خاص تولید می کنند. تعداد قطب ها تعداد مدارهای جداگانه ای را توصیف می کند که می توانند همزمان از کلید عبور کنند. تعداد پرتاب ها تعداد مدارهایی را که هر قطب می تواند کنترل کند را توصیف می کند. این با پیکربندی مدار (NO/NC) مشخص می شود. وقفه ها وقفه هایی در مدار هستند که توسط کنتاکت های جدا شده ای که سوئیچ به هر مداری که باز می کند یا در مدار قطع می کند وارد می کند.
تک قطبی، تک پرتابی (SPST) - سوئیچ های تک قطبی، تک پرتابی (SPST) اتصال یک هادی را در یک مدار تک شاخه ایجاد یا قطع می کنند. آنها معمولا دو ترمینال دارند و به آنها کلیدهای تک قطبی می گویند
تک قطبی، دو پرتابی (SPDT) - سوئیچ های تک قطبی، دو پرتابی (SPDT) اتصال یک هادی را با یکی از دو هادی دیگر تک قطبی ایجاد یا قطع می کنند. آنها معمولا دارای سه پایانه هستند و معمولاً به صورت جفت استفاده می شوند. سوئیچ های SPDT گاهی اوقات سوئیچ های سه طرفه نامیده می شوند.
دو قطبی، تک پرتابی (DPST) - کلیدهای دو قطبی، تک پرتابی (DPST) اتصال دو هادی مدار را در یک مدار تک شاخه ایجاد یا قطع می کنند. آنها به طور معمول دارای شش پایانه هستند و در هر دو نسخه تماس لحظه ای و نگهداری در دسترس هستند.
دو قطبی، دو پرتابی (DPDT) - سوئیچ های دو قطبی، پرتابی دو قطبی (DPDT) اتصال دو هادی را به دو مدار مجزا می کنند یا قطع می کنند. آنها به طور معمول دارای شش پایانه هستند و در هر دو نسخه تماس لحظه ای و نگهداری در دسترس هستند.
سایر - سایر انواع پرتاب ویژه با بیش از دو قطب. به عنوان مثال می توان به کلیدهایی اشاره کرد که برای تقسیم بارها به مدارهای جداگانه (مثلاً کلید چراغ جلو) طراحی شده اند.
محدوده اندازه گیری
محدوده اندازه گیری احتمالاً مهمترین مشخصاتی است که باید هنگام انتخاب سوئیچ های سطح مایع بررسی شود. به عنوان محدوده سطحی که دستگاه ها می توانند اندازه گیری کنند، تعریف می شود. محدوده اندازه گیری با حداکثر و حداقل سطح رسانه تعیین می شود. کاربر همچنین باید نوسانات سطح رسانه پیش بینی شده را در نظر بگیرد. اگر محدوده اندازه‌گیری مناسب انتخاب شود، داده‌های کمتری در طول رویدادی که از محدوده اندازه‌گیری فراتر می‌رود، از دست می‌رود.
بیش از حد مجاز سنسور - مشخصات Overrange محدوده محصولات منطبق را به محدوده مشخص ضرب در ضریب بیش از حد انتخابی محدود می کند. این باعث می‌شود مسابقات برگشتی نزدیک به محدوده مورد نیاز باشد و محصولات با محدوده وسیع‌تر از حد مورد نیاز را فیلتر می‌کند. برای فعال کردن این گزینه باید «از»، «به» و «بیش از حد» مشخص شوند.
مثال: کاربر سنسوری را با محدوده 0-100 مشخص می کند. بدون مشخصات بیش از حد، سنسورهایی با بازه های 0-100، 0-1000 و -10000 تا +10000 به عنوان منطبق برگردانده می شوند. مشخصات بیش از حد 50٪، هر سنسوری را با محدوده مقیاس کامل بیشتر از 150 فیلتر می کند.
مشخصات برق
همچنین درجه بندی جریان و ولتاژ مورد نیاز سوئیچ ها یکی از نگرانی های مهم است. خروجی های آنالوگ از سوئیچ های سطح می تواند سیگنال های جریان یا ولتاژ باشد. همچنین ممکن است یک پالس یا فرکانس باشد.
حداکثر جریان - حداکثر ظرفیت اسمی (پلاک نام) دستگاه.
حداکثر ولتاژ AC- حداکثر ولتاژ AC دستگاه.
حداکثر ولتاژ DC- حداکثر امتیاز ولتاژ DC دستگاه.
منطق ترانزیستور- ترانزیستور (TTL) - مدار راه انداز TTL وضعیت سوئیچ را قادر می سازد تا با سطح ورودی منطقی TTL کنترل شود. برق را می توان در یک جفت پایانه برق تعیین شده اعمال کرد و سپس عملکرد سوئیچ را با یک مدار کنترل 5 ولت کنترل کرد.
رابط ارتباطی
دو رابط ارتباطی اساسی وجود دارد:
سریال - ارتباط سریال به این معنی است که بیت های داده به صورت سریال (یکی پس از دیگری) از طریق یک خط ارسال می شوند. مزایای ارتباط سریال این است که داده ها می توانند بیشتر ارسال شوند و اتصال کابل ساده تر است و از سیم های کمتری استفاده می کند. رابط های سریال از یک پروتکل ارتباطی سریال مانند گذرگاه سریال جهانی (USB)، RS232 یا RS485 استفاده می کنند.
موازی - ارتباط موازی به این معنی است که تعدادی بیت داده به طور همزمان ارسال می شود. اطلاعات بیشتر را می توان سریع و قابل اطمینان تر ارسال کرد، اما زمان پردازش طولانی تر است. رابط های موازی از یک پروتکل ارتباطی موازی مانند گذرگاه رابط همه منظوره (GPIB) استفاده می کنند.
مشخصات فرآیند
شرایط عملیاتی فرآیند - دو شرایط عملیاتی فرآیند باید در نظر گرفته شود:
حداکثر فشار کاری - حداکثر فشار کاری ماده ای که دستگاه برای آن درجه بندی شده است.
محدوده دمای مواد - حداکثر دمای ماده که دستگاه برای آن درجه بندی شده است.
وزن مخصوص مایع - وزن مخصوص مایع چگالی نسبی یک ماده به چگالی آب در دمای 4 درجه سانتی گراد است.
چگالی را می توان با استفاده از رابطه زیر محاسبه کرد:
وزن مخصوص = چگالی مایع (g/mL)/ چگالی آب (1.00 g/mL)،
با چگالی آب که به عنوان وزن/حجم تعریف شده است
سبک های نصب
سبک های نصب به صورت نصب جانبی ، نصب در بالا و پایه پایین تعریف می شوند . نصب سنسور به شرایط سیستم قبل از خروج، ویژگی های ظرف و اینکه سنسور برای اندازه گیری تماسی یا غیر تماسی است بستگی دارد. این سوئیچ ها را می توان در بالا، پایین یا کنار ظرفی که ماده مورد اندازه گیری را نگه می دارد نصب کرد. برخی از عواملی که باید در هنگام انتخاب گزینه نصب در نظر گرفت، اندازه بسته بندی سوئیچ یا سنسور و فضای موجود در برنامه است. سوئیچ باید ناهموار باشد تا محیط سیستم را کنترل کند.
ویژگی ها
برخی از ویژگی‌هایی که می‌توانند سوئیچ‌های سطح مایع را مطلوب‌تر کنند عبارتند از: قابل برنامه‌ریزی، داشتن عملکردهای کنترل‌کننده، ضبط‌کننده یا توتالایزر و یک نشانگر هشدار داخلی، چه قابل شنیدن یا قابل مشاهده.
دستگاه هایی با محدوده اندازه گیری قابل تنظیم میدانی به کاربر این امکان را می دهند که محدوده اندازه گیری را بسته به ظرف رسانه و شرایط محیطی تنظیم کند.
رتبه بندی برای کاربردهای بهداشتی - دستگاه ها برای کاربردهای بهداشتی مانند مواردی که در صنایع دارویی و فرآوری مواد غذایی یافت می شوند رتبه بندی می شوند.
دسته دوغاب ها / جامدات معلق - دستگاه ها می توانند دوغاب ها یا مواد جامد معلق مانند فاضلاب و فاضلاب را مدیریت کنند.
هشدار داخلی / نشانگر - دستگاه ها دارای یک زنگ صوتی یا تصویری داخلی هستند که بیشتر از یک کلید یا رله بسته می شود.
قابل برنامه ریزی- دستگاه ها را می توان برای محدوده ها، مواد، خروجی های مختلف و غیره برنامه ریزی کرد.
توابع کنترلر- دستگاه ها دارای ورودی های حسگر هستند یا می گیرند، عملکردهای کنترلی را ارائه می دهند (مثلاً محدودیت ها، PID، منطق)، و یک سیگنال کنترلی را خروجی می دهند.
برنامه های کاربردی
نظارت بر سطح مایع در طیف گسترده ای از برنامه ها مهم است. هر فرآیند صنعتی که شامل پر کردن یا ذخیره یک مایع در یک مخزن یا ظرف باشد از استفاده از سوئیچ سطح مایع سود می برد. آنها همچنین بخش مهمی از سیستم های کنترل فرآیند هستند که نرخ جریان را به داخل و خارج از یک مخزن ذخیره یا راکتور مدیریت می کنند.
سوئیچ های سطح مایع را می توان برای سنجش و آلارم های سطح بالا یا پایین، تشخیص نشت، خاموش کردن بیش از حد، و تنظیم رابط بین سطوح رسانه های مختلف استفاده کرد. آنها در طیف گسترده ای از صنایع یافت می شوند - نه محدود به - تولید، غذا و نوشیدنی، شیمیایی و دارویی، دریایی، پزشکی و مدیریت سوخت/انرژی.
منبع