سطح سنج‌های خازنی که تحت عنوان لول سوئیچ خازنی نیز شناخته می‌شوند، یک راه حل اقتصادی و مطمئن برای اندازه گیری سطح در صنعت محسوب شده و کاربردهای بسیار گسترده ای دارند. این سنسورها از نوع لول سوئیچ بوده و می‌توانند وجود ماده را در نقطه ای از مخزن که در آن نصب شده اند، گزارش کنند.
اما چرا به این دسته از سنسورهای سطح، خازنی گفته می‌شود؟ دقیقا چگونه با فناوری خازن، سطح تشخیص داده می‌شود؟ در کدام مخازن می‌توان از لول سنج‌های خازنی استفاده نمود؟ قیمت این لول سنج‌ها چقدر است؟ در ادامه این مطلب با ما همراه باشید تا به تمامی این سوالات پاسخ دهیم!
سوئیچ سطح خازنی (capacitive switches) چگونه کار می‌کند؟
همانطور که می‌دانید، هر خازن از دو صفحه مثبت و منفی و یک ماده بین این صفحات که به آن دی الکتریک گفته می‌شود، تشکیل شده است. این دی الکتریک می‌تواند هوا و یا هر ماده دیگری باشد.
در لول سنج‌های خازنی، پروب سنسور نقش یک سطح و دیواره مخزن، نقش یک سطح دیگر را دارد. هنگامی که ماده درون مخزن بین این دو قرار می‌گیرد، ظرفیت الکتریکی خازن تغییر می‌کند و از این طریق، حضور ماده در این نقطه تشخیص داده می‌شود. به همین دلیل است که اکثرا از ارتفاع سنج‌های خازنی در مخازنی استفاده می‌شود که دیواره فلزی دارند. اما آیا اگر مخزن ما دارای دیواره پلاستیکی باشد، می‌توان همچنان از سطح سنج خازنی استفاده نمود؟ جواب مثبت است!
برخی از لول سوئیچ‌های خازنی به صورت چند کاتده طراحی می‌شوند که در آنها، یکی از پروب‌ها نقش مثبت و یکی نقش صفحه منفی را دارد. این نوع لول سنج‌ها می‌توانند در مخازنی با دیواره نارسانا، مثلا از جنس پلاستیک نیز نصب شده و عمل کنند.
لول سوئیچ خازنی از چه اجزایی تشکیل شده است؟
بیشتر سطح سنج‌هایی که از نوع خازنی هستند، به طور عمده دارای 5 بخش می باشند. این بخش‌ها به طور کلی عبارتند از:
⦁کله گی یا جعبه تقسیم: این قسمت می‌تواند از جنس پلاستیک ، آلومنیومی یا استیل باشد. بخش مدار الکترونیکی و جعبه تقسیم و نیز اتصالات سیم‌ها در این قسمت از تجهیز قرار دارد.
⦁بخش اتصال به مخزن: این قسمت وظیفه متصل کردن تجهیز به مخزن موردنظر را بر عهده دارد. اتصالات مخصوص می‌توانند از نوع فلنجی و یا رزوه ای در انواع آلیاژها باشند که نسبت به شرایط مخزن و مواد درون آن تعیین می‌شود.
⦁بخش جدا کننده: این قسمت برای عایق کردن قسمت اتصالات با پروب سنسور به کار می‌رود. برای این بخش نیز جنس‌های گوناگونی ممکن است در نظر گرفته شود. جهت عایق کردن قسمت اتصالات با پراب می باشد و در انواع روکش‌ها ساخته شده است
⦁بخش پروب و وزنه: همه لول سوئیچ خازنی شامل پروب یا سنسور هستند که در دو نوع سیم بکسل دار و میله ای ساخته می‌شود و در برخی موارد که مواد درون مخزن خورنده و یا اسیدی است، خود پراب نیز از نوع روکش دار انتخاب می‌شود.
انواع
لول سوئیچ‌های خازنی بر اساس نوع پروب و نیز تعداد کاتدها به چند دسته تقسیم می‌شوند. از لحاظ نوع پروب، سطح سنج‌های خازنی عموما یا پروب میله ای دارند و یا پروب بکسلی. اما تفاوت این دو نوع از سوئیچ سطح خازنی چیست؟
سطح سنج خازنی با پروب کابلی (سیم بکسلی): گاهی به این نوع از ارتفاع سنج‌های خازنی به اختصار لول سوئیچ سیم بکسلی یا وزنه‌ای نیز گفته می‌شود. طول این سیم بکسل می‌تواند از 2 تا حداکثر 32 متر متغیر باشد. در انتهای سیم بکسل یک وزنه قرار می‌گیرد که باعث می‌شود سیم تا حد ممکن درون مخزن ثابت مانده و تا عمیق ترین نقطه آن کشیده شود.
لول سنج خازنی با پروب میله ای: این نوع همانطور که از نام آن مشخص است، دارای پروبی به شکل میله می‌باشد که جنس آن بسته به نیاز مشتری تعیین می‌شود. ارتفاع مخزن نقشی در تعیین طول میله پروب نیز نخواهد داشت.
سوئیچ تشخیص سطح خازنی
اما از لحاظ تعداد کاتد، همانطور که گفته شد، سطح سنج‌های خازنی در دو نوع تک کاتده و چند کاتده موجود هستند:
تک کاتده: برای مخازنی مناسب هستند که دیواره ای رسانا و فلزی داشته باشند. در این روش، یک کاتد دیواره مخزن و یک کاتد مربوط به خود تجهیز است و ماده درون مخزن نیز نقش دی الکتریک را دارد.
چند کاتده: معمولا سطح سنج‌های خازنی چندکاتده به دو منظور طراحی و استفاده می‌شوند. هدف اول، مربوط به شرایطی است که دیواره مخزن رسانا نباشد. اما در مورد دوم، گاهی نیاز داریم تا سطح مواد درون مخزن را در چند نقطه اندازه گیری نماییم. لول سوئیچ‌های خازنی تک کاتده، این امکان را ندارند و تنها در نقطه پایانی کاتد می‌توانند سطح ماده را تشخیص دهند. اما مثلا در سطح سنج‌های خازنی چند کاتده، می‌توان سه کاتد با اندازه‌های مختلف انتخاب نمود تا در سه نقطه مختلف بتوانیم حضور و یا عدم حضور مواد را تشخیص دهیم.
سطح سنج خازنی چند کاتده
بهترین مخازن برای لول سنج‌های خازنی کدام هستند؟
لول سوئیچ‌های خازنی سطح مواد را به طور تماسی اندازه گیری می‌کنند؛ بنابراین مواد داخل مخزن نباید خورندگی بسیار بالا و یا دمای بیش از حد داشته باشند. با اینکه تشخیص مناسب بودن و یا نبودن سطح سنج خازنی برای هر نوع مخزن نیاز به کارشناسی دقیق و تخصصی دارد، اما ضریب دی الکتریک ماده درون مخزن نیز یکی از مهمترین معیارهایی است که بایستی به آن توجه نمود.
همه مواد دارای رسانایی و ثابت‌های دی الکتریک متفاوتی هستند که بر قابلیت ذخیره انرژی آنها تأثیر می گذارد. مواد با رسانایی بالا (ثابت دی الکتریک بالا) مانند آب معمولا ظرفیت خازنی بالایی دارند. برعکس در مواد کم رسانا مانند پودرها و گرانول‌ها یا هوا ثابت دی الکتریک پایین است.
با توجه به موارد گفته شده، سوئیچ سطح خازنی در محیط‌هایی با ثابت دی الکتریک نسبتاً بالا یا محلول‌های رسانا به خوبی کار می کند. از این مورد به عنوان معیاری برای تصمیم گیری درباره مناسب بودن و یا نبودن سطح سنج خازنی برای یک مخزن استفاده می‌شود.
لازم است بدانید سطح سنج ها از لحاظ نحوه سنجش و فناوری بکار رفته در آن به چندین دسته مختلف تقسیم می‌شوند.
کاربرد لول سوئیچ
سیلوهای حبوبات و گندم، سیمان، گچ، و مخازن آهن اسفنجی در صنایع فولادی از دیگر موارد کاربرد نیز می‌توان به صنایع ذغال سنگ، صنایع شیشه برای مخازن سیلیس، کربنات سدیم و دولومیت از مهمترین موارد استفاده از سطح سنج‌های ظرفیتی در صنعت هستند.
شرایط استفاده و نصب
معمولا برحسب حساسیت مواد ذخیره شده، در هر مخزن از یک، دو یا چند لول سوئیچ خازنی جهت تشخیص سطح استفاده می‌شود.اما چیزی که مرسوم تر است، استفاده از دو سطح سنج خازنی در هر مخزن است که یکی برای تشخیص پر بودن و یکی برای تشخیص خالی بودن مخزن به کار می‌رود.
سنسوری که برای تشخیص پرشدن استفاده می‌شود، عموما با نام لول سوئیچ فول یا ماکزیمم و حسگری که برای خالی شدن مخزن استفاده می‌گردد لول سوئیچ منیمم نامیده می‌شود.
در این قیمت، به مواردی اشاره خواهیم نمود که اگر در هنگام نصب تجهیز به آنها توجه کنید، امکان بروز هرگونه مشکل به مقدار قابل توجهی کاهش خواهد یافت.
حتما در موقع نصب لول سوئیچ باید پراب در جایی نصب شود که در مسیر ریزش مواد به داخل مخزن نباشد. این امر موجب افزایش عمر و کارایی سطح سنج می‌شود.
بر روی اغلب لول سوئیچ‌ها پیچ تنظیم حساسیت سنسور وجود دارد و با تغییر آن می‌توان سنسور را برای رسیدن به دقت موردنظر برحسب نوع مواد و محصولات تنظیم نمود.
در مخازنی که دارای میکسر و یا مخزن هستند، تا حد امکان از سوئیچ سطح میله استفاده کنید. در این حالت، سنسور از پره‌های در حرکت میکسر در امان خواهد بود. توجه کنید که اگر مواد درون مخزن دارای تکه‌های بزرگ و قابلیت کلوخه شدن شدید باشند، هرگز از سوئیچ خازنی میله‌ای استفاده نکنید!
به هیچ عنوان نبایستی طول الکترود در نوع سیم بکسلی، به حدی بلند باشد تا الکترود به کف مخزن برخورد کند.
در هنگام نصب لول سوئیچ، قسمت کله‌گی نباید در جایی قرار گیرد که در معرض ریزش آب یا قطرات باران باشد.
بارها دیده شده برای رسوب زدایی کلوخه‌ها از کف مخازن، کارگران از یک طناب متصل به وزنه سنگین جهت رفع انسداد محل خروج مواد از مخزن استفاده می‌کنند. اگر در مخزن سوئیچ با پراب میله ای نصب شده باشد، حتما باید مراقب بود تا این وزنه به سنسور برخورد نکند.
در نظر بگیرید که در بیشتر سیستم‌های کنترلی، به محض دریافت سیگنال فول از تجهیز، مواد موجود روی کانوایر و یا تسمه نقاله را به مخزن منتقل می‌کنند و سپس متوقف می‌شوند. در انتخاب لول سوئیچ مربوط به حد فول یا ماکزیمم، دقت کنید که طول کابل یا بکسل بحدی کوتاه نباشد که بعد از تشخیص سطح مورد نظر و انتقال به کنترلر، تا قطع شدن موتور تسمه نقاله مواد از درون مخزن سرریز کنند!
در موقع نصب سنسورهای خازنی تشخیص سطح حتما از نفرات دارای تخصص استفاده شود تا دچار هزینه‌های اضافی و دوباره کاری نشوید!
عیوب و مزیت های سوئیچ سطح خازنی
مشابه هر روش اندازه گیری سطح دیگری، سطح سنج‌های خازنی نیز مزایا و معایب خاص خود را دارند. در این بخش، به مهمترین نکات مثبت و منفی این تجهیزات خواهیم پرداخت تا اگر قصد تهیه لول سنج خازنی دارید، بتوانید انتخاب آگاهانه تری داشته باشید!
معایب لول سوئیچ خازنی
در زمان انتخاب لول سوئیچ باید ثابت دی الکتریک مواد در نظر گرفته شود؛ وگرنه ممکن است تجهیز به درستی عمل نکند.
دما باعث کاهش رطوبت مواد شده و ثابت دی الکتریک را پایین می آورد.از طرفی، در چگالی‌های بزرگ مثل مواد تکه ای بزرگ، احتمال تشخیص دقیق سطح کاهش پیدا می‌کند. از این رو، دما و چگالی مواد می‌تواند تاثیر بسزایی در تشخیص سطح توسط این ارتفاع سنج‌ها ایجاد کند.
برحسب چسبندگی مواد درون مخزن حتما بایستی در طول سال پراب یا الکترود تمیز کاری شود.
مزیت های لول سوئیچ خازنی
از مهمترین مزایای این تجهیزات، می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
چون قطعات متحرک مکانیکی ندارند در نتیجه استهلاک نسبتا کم و عمر بالا دارند
برای بیشتر مواد از قبیل: مایعات، پودرها و جامدات دانه‌ای قابل استفاده هستند
انواع نوع مخازن و سیلوها را تحت پوشش قرار می‌دهند
قیمت پایینی در مقایسه با سایر سطح سنج ها دارند
برحسب تجربه عملکردی قابل قبول دارند
تعمیر و نگهداری راحتی دارند
نصب و راه اندازی آسانی دارند
تمیز کاری سنسور آسان و سریع اتفاق می افتد
رفع خطا و عیوب لول سوئیچ
لول سوئیچ ها خطاهای بسیار کمی دارند. اما با این وجود، اگر در حین کار با این تجهیزات به خطاهایی برخورد کردید، ممکن است این مشکل ناشی از موارد زیر باشد:
⦁ ایراد در منبع تغذیه سطح سنج (حتما با ولتمتر مناسب تغذیه را اندازه‌گیری نمایید)
⦁ ایراد و خطای بوجود آمده در سنسور (پراب سنسور را به بدنه وصل کنید اگر سوئیچ نکرد از کار افتاده است)
⦁ تغییر شرایط فرایندی داخل مخزن (مثلا دمای مخزن بدلیل تغییرات فصلی افزایش پیدا کرده است)
⦁ خرابی سیستم کنترلی (تجهیز بصورت صحیح کار می‌کند ایراد از PLC یا کارت های ورودی است)
⦁ ایراد در خطوط ارتباطی یا سیم کشی از سطح سنج به کنترلر (کابل را چک کنید! احتمال قطع شدگی کابل)