نیاز روز افزون بشر به سیستم های پیچیده ی اتوماتیک، کنترل آنها و در نهایت افزایش دقت آنها ، مهندسان فرایند را به دنبال ابزار های اندازه گیری دقیق تر و قابل اعتماد تری سوق می دهد. در این میان تکنولوژی اندازه گیری میزان سطح سیالات، می تواند به کنترل متغیرهای فرآیند های شیمیایی، کاهش هزینه ی تولید و همچنین افزایش کیفیت محصولات کمک کند شایانی کند.

سطح سنجی در گذر زمان

اولین و شاید ساده ترین روش سطح سنجی ، شیشه ی شفاف[۱] می باشد. این شیوه دارای محدودیت های زیادی می باشد به همین دلیل با تکنولوژی های جدیدتر ی جایگزین شد. از جمله ی این محدودیت ها می توان به جنس ماده ای که برای شفاف بودن شیشه استفاده می شد اشاره کرد. این ماده مستعد آتش سوزی بود و همچنین اثرات آلوده کنندگی زیادی برای محیط اطرافش داشت.

پس ازسیستم شیشه ی شفاف، می توان به روش هایی که از وزن مخصوص [۲] و یا خواص، مواد برای سطح سنجی استفاده می کردند نام برد . همچنین روش هایی که از شناور های[۳] معلق بر روی آب و یا سیستم هایی که از فشار هیدرو استاتیک[۴] سیال برای این کار استفاده می کردند می توان نام برد.

سپس برای اندازه گیری دقیق سطح سنجی از کامپیوتر استفاده شد. این امر مستلزم این است که سیگنال خروجی از سنسور، به دستگاه پردازنده منتقل شود. مناسب ترین فرمت های سیگنال های خروجی به صورت، حلقه جریان[۵] ، ولتاژ آنالوگ[۶] و ولتاژ دیجیتال[۷] می باشند.  کار با ولتاژ آنلوگ ساده می باشد ولی دارای مشکلاتی از قبیل نویز و تداخل می باشد. امروزه جریان ۴ تا ۲۰  میلی آمپر جریان های متداول برای سیستم های حلقه ی جریان می باشند. این سیستم قابلیت انتقال سیگنال در بین مسیر های طولانی ، با کمترین افت در سیگنال را داراست. ولتاژ دیجیتال قوترین نوع از این دست می باشد ولی بعضی از آنها برای فواصل دراز مناسب نمی باشند . البته مدل های بیسیمی[۸] وجود دارند که می توتنند این مشکل را حل کنند.

باید به این نکته اشاره کرد که هر چه از سیستم های پیچیده تری مانند التراسونیک و یا لیزر و یا ... برای کار مورد نظر خود بهره بگیریم به همان اندازه باید از سیستم های پیچیده تره کامپیوتری دیگری نظیر میکرو پروسسور ها و... برای تبدیل سیگنال ها به فرمت های مورد نظر استفاده کنیم. در شکل ۱  یک مخزن با انواع مدل های سطح سنجی که روی آن نصب شده را نشان می دهد :

شکل ۱ : برگرفته از سایت "http://www.petro-online.com/"

سیستم های رایج سطح سنجی :

• شناورها

سیستم شناور، در واقع بر اساس قانون شناوری ارشمیدس کار می کند. غالبا به شناور مکانیزمی را متصل می کنند که مکان شناور در هر لحظه توسط مکانیزم، به سیستم منتقل شده و اندازه ی سطح مشخص می شود. در شکل ۲ نوعی از سیستم شناور را نشان می دهد.

شکل ۲  : برگرفته از سایت"https://controls.engin.umich.edu"

• ابزارهای هیدرواستاتیکی [۹]

همه انواع ترنسدیسرهای جا به جا شونده[۱۰] ، حباب ساز[۱۱] و همچنین اختلاف فشاری[۱۲] از نوع ابزارهای هیدرو استاتیکی محسوب می شوند. 

مکانیزم مدل جا به جا شونده به صورت شکل ۳ می باشد. این سیستم دارای یک ستون سنگینی است که در سیال دارای مخزن معلق می باشد.  در انتهای ستون سنسور نیرو قرار دارد. با کم وزیاد شدن سیال داخل مخزن نیروی شناوری[۱۳] که به ستون وارد می شود کم و زیاد می شود و در نتیجه سنسور متوجه تغییر سطح سیال می شود.

سیستم حباب ساز در مخازنی که زیر فشار اتمسفر کار می کنند به کار می رود. این سیستم به وسیله ی اندازه گیری فشار گاز(حباب) در لوله ای که از گازی خاص پر شده و درون سیال شناور می باشد، کار می کند. شکل ۴ این سیستم را نشان می دهد:

شکل ۴ : برگرفته از سایت " http://automationwiki.com/"

در آخر، سیستم اختلاف فشاری قرار دارد که به وسیله اختلاف فشار کل سیال در انتهای مخزن با فشار هیدرو استاتیکی داخل مخزن، عمل می کند. این سیستم در شکل ۵ نشان داده شده است :

شکل ۵ : برگرفته از سایت" http://www.sensorsmag.com/"

• Load cell

این وسیله نوعی سنسور کرنش سنج می باشد که در واقع جزو یک ساپورت مکانیکی می باشد، که به وسیله ی سنسوری که به آن مجهز شده می تواند کوچکترین تغییر شکل ها یی که در اثر تغییر نیروهای اعمال شده به آن را تشخیص دهد.

• گیج سطح سنج مغناطیسی[۱۴]

این نوع گیج ، ابزاری ایده آل برای شیشه ی شفاف می باشد. روش کار این دستگاه به این صورت است که شناوری مغناطیسی در لوله ای کمکی در کنار مخزن قرار می دهند و به وسیله ی ارتباط مغناطیسی با آن شناور سطح مورد نظر را کنترل می کنند. در شکل ۶ ، شماتیک این سیستم نشان داده شده است:

شکل ۶: برگرفته از سایت"http://www.sensorsmag.com/"

• ترنسمیتر خازنی[۱۵]

اساس کار این دستگاه براساس ثابت دی الکتریک[۱۶] سیالات می باشد و تفاوت آنها با هوا، که در واقع این اختلاف زیاد می باشد. در این دستگاه، ظرفیت[۱۷] سیال به وسیله ی میله ای که در سیال فرو رفته تعیین می شود واین میله در برابر تغییر سطح سیال، تغییر ظرفیتی را از خود نشان می دهد. در شکل ۷ ، نمونه ای از این سیستم نشان داده شده است.

شکل ۷ : برگرفته از سایت"https://www.isa.org"

• سطح سنج التراسونیک[۱۸]

اساس کار سطح سنج الترا سونیک بر مبنای اندازه گیری زمان رفت و برگشت یک پالس التراسونیک به سطح سیال مورد نظر، می باشد. در شکل ۸   شماتیک این سیستم نشان داده شده است.

شکل ۸ : برگرفته از سایت"http://automationwiki.com/"

• سطح سنج راداری[۱۹]

این نوع سطح سنج بیشتر برای سیالات کدر مانند آب آهک و یا شیر مورد استفاده قرار می گیرد. طرز کار این دستگاه بسیار شبیه نوع التراسونیک است با این تفاوت که از سرعت نور برای سطح سنجی استفاده می کند. در شکل ۹ ، شماتیک عملکرد این دستگاه نشان داده شده است.

شکل ۹ : برگرفته از سایت"http://www.controlglobal.com/"

۱-sight glass
۲-specific gravity
۳-floats
۴-hydrostatic
۵-current loops
۶-analog voltage
۷-digital voltage
۸-wireless
۹-hydrostatic devices
۱۰-Displacer
۱۱-bubblers
۱۲-differential pressure
۱۳-buoyant force
۱۴-Magnetic Level Gauges
۱۵-Capacitance Transmitter
۱۶-dielectric constants
۱۷-Capacitance
۱۸-Ultrasonic Level Transmitter
۱۹-Laser Level Transmitter