راه حل های جدید برای اندازه گیری دقیق و قابل اعتماد سطح مایعات با ترانسمیترهای دانفوس

نحوه اندازه گیری سطح و یا حجم مخزن آب
روش های مختلفی برای اندازه گیری سطح آب مخزن شما وجود دارد، از سوئیچ های سطح آنالوگ پایه تا سنسورهای فشار دیجیتال پیشرفته تر. در میان بسیاری از احتمالات، فشار هیدرواستاتیکی به عنوان یکی از مطمئن ترین و دقیق ترین روش ها مطرح شده است.

سطح آب را می توان با استفاده از چگالی آب محاسبه کرد. یک سنسور فشار می تواند به ما در اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک و تعیین ستون سطح آب کمک کند. در صورت لزوم می توان از هندسه مخزن برای محاسبه حجم آب استفاده کرد.

مهم‌ترین پیش‌نیاز برای اندازه‌گیری سطح هیدرواستاتیک، به اصطلاح «پارادوکس هیدرواستاتیک» یا «پارادوکسون پاسکال» است. این پارادوکس توصیف می‌کند که فشار در نقطه اندازه‌گیری در یک ظرف به ارتفاع پر شدن یک سیال، مستقل از مقدار پر شدن و هندسه ظرف بستگی دارد.

ما بین اندازه گیری سطح در ظرف باز یا بسته تمایز قائل هستیم. مهمترین تفاوت بین ظرف دربسته و باز، تأثیر فشار محیط علاوه بر مقدار پر شدن محیط در ظرف است. این مقدار تأثیر زیادی بر توانایی به دست آوردن داده های اندازه گیری مناسب دارد.

با این حال، مهم است که به خاطر داشته باشید که چگالی می تواند بر اساس دما تغییر کند. به عنوان مثال، چگالی آب در 20 درجه سانتیگراد بیشتر است و در 80 درجه سانتیگراد. به همین ترتیب، چگالی آب شور بیشتر از آب غیر معدنی است.

کدام پارامترها برای اندازه گیری سطح مهم هستند؟
1. p1 = فشار محیط (hPa):

فشار محیط به ارتفاع موقعیت اعمال سنسور از  سطح دریا یا شرایط اعمال بستگی دارد . 

هر چه از سطح دریا بالاتر باشیم فشار هوا کمتر می شود. به عنوان مثال، فشار محیط در ارتفاع صفر متری از سطح دریا تقریبا  1.013 بار است، در حالی که در 100 متر بالاتر از سطح دریا فشار محیطی در حدود یک  بار داریم.

2. ρ = چگالی مایع (kg/m³)

هر ماده ای چگالی خاصی دارد. چگالی نسبتی  از جرم و حجم یک محیط است. ρ=m/V

(ρ چگالی، m جرم و V حجم است)

دما بر چگالی یک جسم تأثیر دارد. چگالی یک سیال با تأثیر دما و فشار تغییر می کند. این تغییر معمولاً برای جامدات و مایعات کوچک است، اما برای گازها بسیار بیشتر است.

چگالی نمونه آب در 20 درجه سانتیگراد و 0 درجه سانتیگراد در فشار محیط:

0 درجه سانتی گراد ≈ 999.8395 کیلوگرم بر متر مکعب

20 درجه سانتی گراد ≈ 998.2071 کیلوگرم بر متر مکعب

3. g= جاذبه (m/s²)

گرانش عامل مهمی است که باید در محاسبه ما در نظر گرفت، زیرا بر همه چیزهای دارای جرم تأثیر می گذارد.

مقدار استاندارد گرانش 9.80665 متر بر ثانیه است.

4. فشار بیش از حد (ظرف بسته)

هر جسم فرار در یک ظرف محصور و بدون تهویه، می تواند فشار بیش از حد بالای سیال ایجاد کند. 

نمونه ای برای اندازه گیری سطح در یک ظرف باز:
بیایید بگوییم که یکی از مشتریان ما به راه حلی برای اندازه گیری سطح در تانک آب خنک کننده  رو باز در کارخانه جدید خود نیاز دارد. در این تانک ذخیره سازی آب Ø برابر 890 میلی متر  و ارتفاع 2500 میلی متر است. سطح نرمال آب 1500 میلی متر و حداقل سطح آب 500 میلی متر خواهد بود. در حداکثر سطح آب 1700 میلی متر، یک سیگنال هشدار برای هشدار به کارکنان برای قطع منبع آب در مخزن لازم است تا سرریز نشود.

دمای محیط بین 8 تا 35 درجه سانتی گراد خواهد بود. دمای متوسط ​​10 تا 25 درجه سانتی گراد خواهد بود. سیال  آن آب است.

مشتری سنسوری با خروجی 4 تا 20 میلی آمپر و دقت بهتر از 2 درصد در محدوده اندازه گیری سنسور درخواست می کند. اتصال فرآیند و سایر پارامترها (سوکت و نحوه اتصال الکتریکی) انعطاف پذیر هستند.

سنسور برای اندازه گیری ستون آب در پایین مخزن نصب می شود.

مرحله اول انتخاب تمام داده های ذکر شده و محاسبه حداکثر فشار سیال در تانک مذکور است:

نوع ظرف:

تاثیر فشار محیط رو باز (مخزن دارای تهویه).
فشار محیط p1 = 1000.3 hPa ~ = 1 bar
p2 فشار هیدرواستاتیک =؟
h ارتفاع مخزن = 2500 میلی متر = 2.5 متر
ρ چگالی آب در 10 درجه سانتیگراد = 999.70 کیلوگرم بر متر مکعب
ستون آب hmax = 1700 میلی متر = 1،7 متر
ستون آب hnorm = 1500 میلی متر = 1.5 متر
ستون آب hmin = 500 میلی متر = 0.5 متر
Ø ظرف = 890 میلی متر = 0.89 متر
 

حجم و سطح ظرف عبارتست از  : 

V container volume=(π*d²)/4 h = (3,14*0,89m²)/4*1,7m=1,19m³
A container surface=π*d*H =3,14*0,89m*2,5m=6,98m²

با مقدار حجم مخزن، می دانیم که حداکثر سطح آب در مخزن 1.19 متر مکعب یا 1190 لیتر خواهد بود. ما همچنین می دانیم که چگالی آب 999.70 کیلوگرم بر متر مکعب یا ≈1 کیلوگرم در لیتر است.
به این معنی که حداکثر وزن آب در ظرف تقریباً 1190 کیلوگرم خواهد بود.
برای محاسبه فشار در کف ظرف، تنها به ρ (چگالی آب)، g گرانش و حداکثر ارتفاع ستون آب نیاز داریم. سطح و حجم ظرف چندان مرتبط نیست.

محاسبه:

P2= ρ⋅g⋅hmax=999.70kg/m^3 *9.81m/s^2 *1.70m=16672kg/m*S²16.672 kg/m*S² or Pa (pascal) (16672 Pa =167 mbar)

با این دانش می توانیم یک سنسور اضافی برای برنامه انتخاب کنیم.

سنسور انتخابی:
برای مخازن باز، استفاده از یک سنسور نسبی برای جبران تأثیر فشار محیط مهم است. با یک سنسور نسبی (vented sensor)، فشار محیط تاثیری بر اندازه گیری نخواهد داشت.

سنسور MBS 9200 با کد شماره 064G523 یک سنسور نسبی با محدوده فشار 0 تا 0.2 بار (200 mbar)، سیگنال خروجی 4 تا 20 میلی آمپر و دقت TEB +- 1.5٪ است.

محدوده فشار کمی بالاتر از حد لازم است، اما این تاثیر منفی بر اندازه گیری ندارد.

جدول سیگنال می تواند به شکل زیر باشد:

ظرف دربسته:
برای یک ظرف بسته، پارامترهای مهم مانند یک ظرف باز است. تنها تفاوت این است که بیشتر ظروف در بسته تحت فشار هستند و اتصال هواکشی به فشار محیط ندارند. برای جبران این مقدار، نصب حسگر دیگری در بالای ظرف منطقی است.

اگر ظرف دارای تهویه باشد، باید تأثیر فشار محیط را در محاسبه در نظر بگیریم.

مثال کاربردی:

اگر در یک ظرف دربسته (بدون تهویه) با محیطی که تبخیر می شود مانند بنزین داشته باشیم، فشار بیش از حد مایع دریافت می کنیم. این فشار بیش از حد در بالای مخزن قرار می گیرد و می تواند بدون تأثیر بر سطح متوسط ​​تغییر کند. این فشار بیش از حد باید توسط سنسور فشار دیگری اندازه گیری شود، زیرا گاز به دام افتاده در بالای مایع باعث فشار هیدرواستاتیک بالاتری می شود که برای جلوگیری از مقادیر نادرست در اندازه گیری سطح باید جبران شود.

نوع ظرف:

تأثیر فشار بیش از حد بسته (بدون تهویه مخزن).

فشار بیش از حد p1 = 80 hPa ~ = 80 mbar
فشار هیدرواستاتیک p2 = 150 hPa = 150 mbar
ارتفاع مخزن = 2500 میلی متر
ρ بنزین = 750 کیلوگرم بر متر مکعب

ما می خواهیم سطح متوسط ​​واقعی روی ظرف را بدانیم. برای این محاسبه می توانیم از فرمول زیر استفاده کنیم:

h medium column=((p2-p1) )/((p*g))= ((150 mbar-80mbar))/((750kg/m^3 *9.81ms/s^2 ))=70mbar/(7357.5 kg/m*S²)=70mbar/73.5mbar=0.95m

اگر تصمیم بگیریم همان محاسبه را با مقادیر متوسط ​​تخمینی بر اساس فشار معمولی گاز معمولی انجام دهیم، یک محاسبه اشتباه در سطح پر شده دریافت خواهید کرد. این می تواند منجر به یک خطای مهم در فرآیند اندازه گیری  شود.

چگالی سیال را در یک ظرف باز یا بسته تعریف کنید:
یکی دیگر از کاربردهای معمول سنسور در یک ظرف باز یا بسته، تعریف چگالی سیال  مجهول یا متناوب با استفاده از فشار دیفرانسیل است. اگر دو سنسور را در دو نقطه مختلف در ستون متوسط ​​ظرف نصب کنیم، می‌توان به این موضوع پی برد. دانستن فاصله دقیق بین سنسورها برای محاسبه دقیق چگالی رسانه مهم است.

نوع ظرف:

روباز 

فشار بیش از حد p1 = 6864.93 kg/m*S² = 6864.93 Pa
فشار p2=16672kg/m*S²=16672 Pa
ρ چگالی = ?
گرم جاذبه = 9.81 ms/s²
ستون متوسط ​​hmax = 1700 میلی متر = 1.7 متر
اختلاف hdif بین 2 سنسور = 1 متر

Ƥ=((p2-p1))/((hdif*g))=((16672 kg/m*S2-6864.93 kg/m*S^2))/((1m*9.81 m/S²))=( 9807.07 kg/m*S²)/(9.81 m/S²)=999.70 kg/m³

اکنون می توانیم بگوییم که محیط داخل ظرف دارای چگالی 999.70 کیلوگرم بر متر مکعب است. این برابر با چگالی آب در 21 درجه سانتیگراد است.

اگر تغییر چگالی به دلیل دما باشد، می توان یک سنسور دما نصب کرد.

طراحی مخزن انعطاف پذیر با سنسورهای فشار
سنسور فشار هنگام محاسبه سطح آب نسبت به یک سوییچ چند سطحی سنتی دقیق تر است. اگر مخزن دارای سطح بزرگی باشد، این دقت بسیار مهم است، جایی که یک محاسبه نادرست سطح آب می تواند این واقعیت را پنهان کند که چندین متر مکعب آب در مخزن وجود ندارد.

دقت سنسور فشار امکان بهینه‌سازی چیدمان مخزن آب، یعنی استفاده از یک مخزن مسطح با سطح وسیع را فراهم می‌کند، در حالی که خیالتان راحت باشد که حجم آب مورد نیاز در صورت نیاز در دسترس خواهد بود.

قابلیت اطمینان بالا و صرفه جویی در هزینه در طول عملیات

سنسورهای دقیق بسیار قابل اعتماد به راحتی نصب می شوند و در هنگام نصب در هزینه ها صرفه جویی می کنند. سنسورها همچنین مزایای بیشتری از نظر صرفه جویی در هزینه و قابلیت اطمینان دارند.

اول، زمان پاسخ سریع سنسور فشار، اندازه گیری زمان واقعی را برای کنترل سطح آب مخزن امکان پذیر می کند. این سنسور در صورت تشخیص هر چیز غیرعادی آلارم می فرستد که به اپراتورها اجازه می دهد فورا نشت ها یا سایر خطاهای سیستم را شناسایی و تعمیر کنند.

سنسور فشار همچنین پایداری طولانی مدت و بنابراین اندازه گیری های قابل اعتماد را در طول عمر مفید فراهم می کند.

سنسور فشار را می توان با طیف وسیعی از سیال ها استفاده کرد. برخلاف سایر فناوری‌های اندازه‌گیری سطح، سنسور فشار در برابر اندازه‌گیری‌های نادرست با تغییر ویسکوزیته یا آلاینده‌های موجود در آب محافظت می شوند .

سنسورهای فشار سطح آب از برند دانفوس سری های MBS9200  و MBS9300

• سنسورهای چند منظوره، کم فشار، دیجیتال
• نوع 9200 برای کاربردهای عمومی و صنعتی؛ نوع 9300 برای کاربردهای دریایی
• جمع و جور و سبک برای استفاده انعطاف پذیر در طرح های مختلف
• محدوده فشار از 20 تا 250 میلی‌بار
• خود تشخیصی و هشدار خودکار را ارائه دهید
• محفظه و قطعات خیس شونده  از فولاد ضد زنگ (AISI 316L)

مشهد دانفوس نمایندگی رسمی دانفوس تامین کننده انواع سوپیچ ها و ترانسمیترهای فشار از برند دانفوس می باشد . خدمات فنی نصب و راه اندازی  توسط این مجموعه با سالها تخصص و تجربه  انجام می گردد . جهت خرید اینترنتی و آنلاین محصولات دانفوس به فروشگاه آنلاین کنترل کالا مراجعه نمایید .

آشنایی با انواع کمیت فشار

مشهد دانفوس ، همواره با سوالاتی در مورد انواع فشار از طرف مشتریان مواجه شده است. و این سوالات دلیلی بر این شد که انواع فشارها به صورت خلاصه و کاربردی جمع‌بندی گردد. فشارهای نسبی و مطلق دو نوع اصلی فشار هستند. وکیوم و یا فشار منفی و فشار بارومتریک به عنوان فشار مطلق اتمسفر نیز مطرح می‌شود. فشار نسبی نیز به عنوان تفریق دو فشار مختلف یکی از انواع فشار است.

فشار گیج

این نوع را می‌توان به‌عنوان اختلاف فشار اندازه‌گیری شده و فشار اتمسفر در نظر گرفت. این فشار رایج‌ترین نوع فشار است که در مسائل مختلف از آن استفاده می‌شود. اگر دستگاهی که به کمک آن فشار گیج را اندازه‌گیری می‌کنیم با فشار اتمسفر در تماس باشد عدد نمایش داده صفر خواهد بود. معمولاً برای نمایش‌دادن فشار گیج از همان کلمه gauge استفاده می‌کنند؛ اما ممکن است از g هم برای نمایش آن استفاده شود که چندان مرسوم نیست. یکی از مثال‌هایی که به کمک آن می‌توان فشار گیج را درک کرد، فشار هوای لاستیک ماشین است. لاستیک ماشین‌ها را معمولاً بدون توجه به اینکه فشار اتمسفریک چقدر است، همواره تا میزان مشخصی پر می‌کنیم.

فشار مطلق

مطلق یا Absolute، اختلاف فشار با خلا مطلق است.  منظور از خلا مطلق وضعیتی است که در آن هیچ مولکولی باقی نمانده که فشاری ایجاد کند. در عمل رسیدن به خلا مطلق غیرممکن است ولی می‌توان تا حد زیادی به آن نزدیک شد (مشابه خارج از جو کره زمین).

این نوع هیچ‌گاه نمی‌تواند منفی یا حتی نزدیک به صفر باشد. فشار مطلق را معمولاً با کلمه absolute نشان می‌دهند؛ اما ممکن است در مواردی مشاهده کنید که باaی یا abs هم نمایش پیدا کند. در شرایطی ممکن است که فشار مطلق با فشار گیج هم اشتباه گرفته شود که باید به آن توجه کنید. یکی راه ساده برای تبدیل این نوع به فشار گیج این است که فشار اتمسفر را با فشار گیج جمع بزنید.

فشار خلا

فشار خلا نوع نسبی است که در حد پایین‌تر از اتمسفر قرار دارد. ازآنجایی‌که این نوع را در مقایسه با اتمسفر محاسبه می‌کنند می‌توان آن را به‌عنوان فشار گیج منفی هم شناسایی کرد. درصورتی‌که فشار خلا عددی منفی نباشد می‌توان گفت که در واقع نوعی فشار مطلق کوچک‌تر از اتمسفر است. برای مثال اگر یک خلا به اندازه 40 کیلوپاسکال داشته باشیم می‌توان گفت که این فشار با فشار گیج برابر با منفی 40 کیلوپاسکال تفاوتی ندارد.

فشار نسبی (Differential)

همان‌طور که از نام این نوع پیداست از اختلاف میان دو نوع فشار مختلف به دست می‌آید و می‌تواند مثبت، منفی یا حتی صفر باشد. اینکه کدام فشار شما بالاتر و کدام پایین‌تر است می‌تواند منفی یا مثبت‌بودن فشار نسبی را مشخص کند. یکی از کاربردهای مرسوم فشار نسبی در صنعت، اندازه‌گیری جریان سیال توسط بررسی فشار نسبی در طرفین گلویی لوله انتقال سیال است. اندازه‌گیری سطح سیال در مخازن نیز با بررسی فشار نسبی صورت می‌پذیرد. کاربرد دیگر، ایجاد فشار نسبی کم بین یک اتاق تمیز و محیط بیرونی است که جریان هوا ایجاد کند.

فشار بارومتریک

فشار بارومتریک عبارت است از جریان فشار اتمسفر در یک محیط مشخص که طبق قاعده آن را 101325 پاسکال در نظر می‌گیرند. فشار بارومتریک می‌تواند به وضعیت آب‌وهوایی بستگی داشته باشد. اینکه شما در چه ارتفاع و نقطه جغرافیایی قرار دارید هم می‌تواند بر مقدار این فشار تأثیرگذار باشد. فشار بارومتریک در سطح دریا در بالاترین حد ممکن قرار دارد و در ارتفاعات کاهش می‌یابد. یک مثال عملی استفاده از فشار مطلق برای نمایش‌دادن بالا یا پایین‌بودن فشار بارومتریک می‌تواند پیش‌بینی وضعیت آب‌وهوا باشد. اگر به‌جای فشار بارومتریک از فشار گیج برای پیش‌بینی آب‌وهوا استفاده می‌شد فشار هوا همیشه صفر محاسبه می‌شد که این موضوع اساس پیش‌بینی آب‌وهوا را مختل می‌کرد.