مقارنة تقنيات قياس مستوى المواد الكيميائية | METRAVON

تقنيات قياس مستوى المواد الكيميائية من METRAVON: فرق الضغط والسعة والموجات فوق الصوتية والمقاييس المغناطيسية

يعتمد قياس مستوى المواد الكيميائية على مهمة العملية. فقد تفرض خزانات الماء وأوعية حمض الهيدروكلوريك والمفاعلات وخزانات المعلق اللزج والأوعية المضغوطة حدودًا مختلفة جدًا للمواد والإشارة والصيانة.

يعتمد الاختيار الصحيح على التوافق الكيميائي والكثافة والخواص العازلة واللزوجة والتبلور والرغوة والحرارة والضغط وقبول التلامس مع الوسط.

نظرة عامة على أربع تقنيات شائعة

قياس المستوى بفرق الضغط

يستخدم قياس المستوى بفرق الضغط (DP) الضغط الهيدروستاتيكي الناتج عن عمود السائل. وفي الوعاء المغلق المضغوط، يُوصل ضغط الحيز البخاري عادةً إلى جانب الضغط المنخفض ليقيس المرسل فرق ضغط عمود السائل بدل الضغط الكلي للوعاء.

مزايا فرق الضغط

• تقنية ناضجة ومفهومة على نطاق واسع؛
• ملائمة لكثير من العمليات عالية الحرارة والضغط؛
• يمكن دمجها مع أختام عزل عن بُعد للوسائط الصعبة؛
• يسهل دمجها في أنظمة 4-20 mA وHART.

القيود الرئيسية لقياس المستوى بفرق الضغط (DP)

تؤثر كثافة السائل مباشرة في تحويل الضغط إلى مستوى. وإذا تغيرت الكثافة مع التركيز أو الحرارة أو تركيب المادة، فقد يتغير المستوى المحسوب حتى دون تغير المستوى الحقيقي.

من الاعتبارات الأخرى:

• انسداد خطوط نقل الضغط؛
• عدم توازن أعمدة السائل المتكثف؛
• تأثيرات الحرارة في أنظمة أختام العزل عن بُعد؛
• التبلور أو المادة اللزجة في مسارات الضغط؛
• أخطاء الرأس الهيدروستاتيكي وإزاحة الصفر بالرفع أو الخفض.

متى يكون فرق الضغط (DP) خيارًا جديرًا بالتقييم؟

• السوائل ذات الكثافة المستقرة نسبيًا؛
• الأوعية عالية الحرارة أو الضغط؛
• المصانع ذات الممارسات الراسخة لأجهزة فرق الضغط (DP)؛
• التطبيقات التي تتطلب أختام عزل غشائية عن بُعد؛
• بعض مهام أسطوانات البخار والمفاعلات وأوعية الضغط.

قياس المستوى بالسعة

ترصد أجهزة السعة التغيرات في السعة الكهربائية بين مجس وقطب مرجعي أو جدار الوعاء. ومع تغطية المادة جزءًا أكبر من المجس، تتغير البيئة العازلة وتحول الإلكترونيات هذا التغير في السعة إلى مستوى.

مزايا السعة

• تصميم ميكانيكي مدمج؛
• يمكن إعدادها للوسائط الموصلة وغير الموصلة باستخدام المجس الصحيح؛
• تنطبق على السوائل وبعض المواد الصلبة السائبة؛
• لا توجد أجزاء قياس متحركة؛
• تدعم بعض التصاميم حرارة وضغط عملية مرتفعين.

لماذا يهم تغير الخواص العازلة والتراكم؟

لأن قياس السعة يعتمد مباشرة على الخواص الكهربائية حول المجس، فقد تغير تبدلات تركيب المادة أو ثابت العزل القراءة. وقد تولّد تراكمات المواد والتبلور ورواسب الجدار سعة إضافية يفسرها الجهاز على أنها مستوى.

لذا تكون أولوية الصيانة استقرار المادة وحالة المجس، لا فاصل إعادة معايرة ثابتًا يُختار اعتباطًا.

قياس المستوى بالموجات فوق الصوتية

يرسل المرسل فوق الصوتي نبضة صوتية عبر الحيز الغازي ويقيس زمن الذهاب والإياب من سطح السائل. وهذه طريقة غير تلامسية قد تكون اقتصادية للخزانات المفتوحة وأنظمة الماء وبعض الأوعية الكيميائية.

المزايا الرئيسية للموجات فوق الصوتية

• عدم ملامسة السائل؛
• تركيب بسيط لكثير من الخزانات المفتوحة؛
• اقتصادية جيدة للمديات القصيرة والمتوسطة؛
• مفيدة للماء والصرف الصحي والتطبيقات المستقرة عند الضغط الجوي.

القيود الرئيسية للموجات فوق الصوتية

يجب أن ينتقل الصوت عبر الحيز الغازي. ويمكن للحرارة وتركيب الغاز والأبخرة الكثيفة والرغوة السميكة والغبار وحركة الهواء القوية وعوائق الوعاء أن تؤثر جميعها في جودة الإشارة.

يساعد تعويض الحرارة في معالجة تغيرات سرعة الصوت، لكنه لا يصحح كل ظروف الحيز البخاري المعقدة. كما لا يعمل القياس فوق الصوتي بصورة طبيعية في الفراغ لأن الصوت يحتاج إلى وسط للانتشار.

عدم التلامس لا يعني الحصانة الكيميائية

لا يحتاج المحول فوق الصوتي إلى لمس السائل، لكن وجهه ووصلة العملية وموانع التسرب قد تتعرض لأبخرة مسببة للتآكل ورذاذ حمضي وتناثر السائل والتكاثف. لذا يجب أن يشمل التوافق الكيميائي بيئة الطور الغازي.

مقاييس المستوى المغناطيسية

يستخدم مقياس المستوى المغناطيسي عادةً حجرة جانبية متصلة بالوعاء. تتبع عوامة مغناطيسية مستوى السائل وتحرّك مؤشرًا خارجيًا بالاقتران المغناطيسي. لذلك يمكن استمرار البيان المحلي دون طاقة كهربائية خارجية.

مزايا مقاييس المستوى المغناطيسية

• بيان بصري محلي واضح؛
• البيان الأساسي لا يحتاج إلى كهرباء؛
• تقنية ميكانيكية ناضجة؛
• يمكن تصميمها هندسيًا لبعض خدمات الحرارة والضغط المرتفعين؛
• يمكن تزويدها بمفاتيح أو مرسلات عن بُعد.

القيود الشائعة للمقاييس المغناطيسية

المسألة الأساسية هي قدرة العوامة على الحركة بحرية عبر نطاق التشغيل كاملًا. فقد تسبب اللزوجة العالية أو التبلور أو المواد الصلبة العالقة أو الحمأة أو الرواسب في الحجرة الجانبية التصاقًا أو انسدادًا.

وتهم كثافة المادة أيضًا، إذ يجب تصميم العوامة بصورة صحيحة لكثافة السائل الفعلية.

يقيس المقياس المغناطيسي السائل لا البخار

مثلًا، يمكن لمقياس مغناطيسي جانبي مصمم هندسيًا بصورة صحيحة إظهار منسوب الماء في أسطوانة البخار، لكن المتغير المقاس هو مستوى السائل. فالجهاز لا يقيس الطور البخاري نفسه.

تحتاج الأحماض والقلويات المسببة للتآكل إلى مراجعة المواد

المقياس المغناطيسي ليس مناسبًا تلقائيًا لكل حمض قوي أو قلوي كاوٍ. يجب أن تتوافق الحجرة والعوامة والبطانة والحشيات وتصنيفات الحرارة والضغط مع الخدمة الكيميائية المحددة.

هل يستطيع مقياس مغناطيسي إرسال إشارة 4-20 mA؟

نعم. بحسب التصميم، يمكن جمع المقاييس المغناطيسية مع مرسلات سلسلة المفاتيح القصبية أو الاستشعار بالتقبض المغناطيسي أو خرج 4-20 mA أو مفاتيح مستوى مغناطيسية. ولا يقتصر عملها على البيان البصري.

مقارنة سريعة للتقنيات

متى ينبغي مقارنة الرادار أيضًا؟

يستحق رادار الفضاء الحر التقييم عندما يُفضل القياس غير التلامسي وتتغير حرارة الحيز البخاري وتصعّب الوسائط المسببة للتآكل استخدام الأجهزة التلامسية، ويمكن التعامل مع مكونات الوعاء الداخلية ويُراد تقليل الصيانة الميكانيكية.

يمكن النظر أيضًا في رادار الموجات الموجّهة لبعض السوائل منخفضة ثابت العزل وقياس السطح الفاصل والتطبيقات التي يفيدها مسار مجس محدد. والرادار ليس محصنًا من الرغوة أو التكاثف أو التراكم أو القيود العازلة؛ لذا يجب اختياره وفق التطبيق لا اعتباره حلًا تلقائيًا.

الحد الأدنى من بيانات اختيار قياس المستوى الكيميائي

• اسم المادة وتركيزها وكثافتها وقدرتها على التآكل ولزوجتها؛
• الخواص العازلة إن كانت معروفة؛
• الحرارة والضغط العاديان والتصميميان؛
• ارتفاع الخزان وقطره ومكوناته الداخلية ووصلة التركيب؛
• الرغوة والأبخرة والخلط والرواسب والمواد الصلبة؛
• متطلبات الطاقة والخرج والاتصال؛
• متطلبات شهادات المناطق الخطرة أو المتطلبات الصحية أو الخاصة بالمشروع.

اختيار مبدأ القياس الصحيح

فرق الضغط والسعة والموجات فوق الصوتية والمقاييس المغناطيسية تقنيات ناضجة، لكنها تعالج مشكلات قياس مختلفة. يبدأ الاختيار الصحيح بالسلوك الفيزيائي والكيميائي للعملية، لا بعائلة أجهزة مفضلة.

عند استقرار الكثافة، قد يكون فرق الضغط (DP) فعالًا جدًا. وتعمل السعة جيدًا عندما يمكن التعامل مع الخواص العازلة والتراكم على المجس. ويكون القياس فوق الصوتي اقتصاديًا في ظروف مستقرة عند الضغط الجوي. وتبقى المقاييس المغناطيسية مفيدة عندما يهم البيان المحلي الموثوق. أضف الرادار إلى المقارنة عندما تجعله الحاجة إلى عدم التلامس أو تغيرات الحيز البخاري أو الظروف الميكانيكية الصعبة جذابًا.

أرفق نطاق الخواص الكيميائية ومهمة البيان أو التحكم أو الإنذار المطلوبة كي يمكن التحقق من مسارات الطرازات المتاحة.اطلب مراجعة اختيار قياس المستوى الكيميائي