ترانسمیتر لول دیسپلیسر (جابجایی) چیست و انواع آن کدام است؟

[کل: 1 میانگین: 5]

ترانسمیتر سطح جابجایی چیست؟

ترانسمیتر سطح جابجایی یا لول دیسپلیسر یک نوع دستگاه اندازه گیری سطح است که در کاربردهای صنعتی برای تعیین سطح مایع در یک ظرف مورد استفاده قرار می گیرد. این وسیله بر اساس اصل ارشمیدس عمل می کند، که بیان می کند که نیروی شناور بر جسمی که در یک سیال غوطه ور شده است برابر با وزن سیال جابجا شده توسط آن جسم است.

لول دیسپلیسر چگونه عمل می کند؟

در عمل یک ابزار سطح جابجایی یا همان لول دیسپلیسر معمولاً به شکل زیر است. لوله‌کشی فرآیند در داخل و خارج ظرف برای سادگی حذف شده است – فقط ظرف و ابزار سطح دیسپلیسر در آن نشان داده شده است:

خود دیسپلیسر معمولاً یک لوله فلزی آب بندی شده است که به اندازه کافی وزن دارد تا نتواند در مایع فرآیند شناور شود. در داخل، لوله ای به نام کیج یا قفس آویزان می شود که از طریق دو بلاک ولو و نازل به مخزن فرآیند متصل است و دیسپلیسر در آن قرار دارد. این دو اتصال لوله تضمین می‌کنند که سطح مایع داخل کیج با سطح مایع داخل ظرف فرآیند تراز است.

اگر سطح مایع در داخل ظرف فرآیند افزایش یابد، سطح مایع داخل کیج افزایش می یابد تا هم تراز شوند. این امر حجم بیشتری از دیسپلیسر را زیر آب می برد و باعث می شود که نیروی شناوری به سمت بالا بر روی دیسپلیسر اعمال شود.

به یاد داشته باشید که دیسپلیسر آنقدر سنگین است که نمی‌تواند شناور شود، بنابراین روی سطح مایع نمی‌چرخد و به اندازه سطح مایع بالا نمی‌آید. مکانیسم سنجش وزن، این نیروی شناور را زمانی که متوجه سبک تر شدن جابجایی می شود، تشخیص می دهد و وزن کاهش یافته (ظاهری) را به عنوان افزایش سطح مایع تفسیر می کند.

وزن ظاهری جابجایی زمانی که به طور کامل در آب فرو می رود، زمانی که مایع فرآیند به نقطه ۱۰۰ درصد در داخل قفس رسیده است، به حداقل می رسد.

لازم به ذکر است که فشار استاتیک در داخل ظرف تأثیر ناچیزی بر دقت دیسپلیسر خواهد داشت. تنها عاملی که اهمیت دارد، چگالی سیال فرآیند است؛ زیرا نیروی شناوری با چگالی سیال نسبت مستقیم دارد.

عکس زیر یک ترانسمیتر پنوماتیک مدل Fisher “Level-Trol” را نشان می دهد که سطح میعانات را در یک درام خروجی برای سرویس گاز طبیعی اندازه گیری می کند. خود این ابزار در سمت راست عکس ظاهر می شود و بالای آن یک “سر یا هد” خاکستری رنگ با دو فشارسنج پنوماتیکی قابل مشاهده است. کیج دیسپلیسر، لوله عمودی است که بلافاصله در پشت و زیر یونیت هد قرار دارد. توجه داشته باشید که یک سایت گلس برای نشان دادن سطح میعانات داخل ظرف فرآیند قرار داده می شود:

هدف این ترانسمیتر دیسپلیسر خاص، اندازه گیری مقدار مایع میعانات جمع آوری شده است. این مدل از Fisher Level-Trol همراه با مکانیزم کنترل پنوماتیکی است که سیگنال فشار هوا را به شیر تخلیه می فرستد تا به طور خودکار میعانات را از بوت تخلیه کند.

در شکل زیر یک لول دیسپلیسر Level-Trol، قرار داده شده است که نشان می دهد چگونه دیسپلیسر داخل لوله کیج قرار می گیرد:

لوله کیج از طریق دو دریچه بلوک به مخزن فرآیند جفت می شود و امکان جداسازی از فرآیند را فراهم می کند. یک شیر تخلیه اجازه می دهد تا کیج از مایع فرآیند به منظور سرویس ابزار و کالیبراسیون صفر تخلیه شود.

برخی از سنسورهای سطح نوع دیسپلیسر یا همان جابجایی از کیج استفاده نمی کنند، بلکه المان جابجایی را مستقیماً در ظرف فرآیند آویزان می کنند. به این سنسورها، سنسور های “بدون کیج” می گویند. انواع بدون کیج البته ساده‌تر از نوع کیج دار هستند، اما نمی‌توان آنها را بدون کاهش فشار (و شاید حتی تخلیه) ظرف فرآیندی که در آن قرار دارد، سرویس و تعمیر کرد.

کالیبراسیون کامل ممکن است با پرکردن کیج با مایع فرآیند (کالیبراسیون مرطوب)، یا با آویزان کردن دیسپلیسر با یک رشته و مقیاس دقیق (کالیبراسیون خشک)، سپس کشیدن آن به سمت بالا با مقدار مناسب برای شبیه‌سازی شناوری در سطح ۱۰۰% مایع انجام شود. ابن مقوله در شکل زیر نشان داده شده است.

انواع ترانسمیتر های لول دیسپلیسر

این ترانسمیتر به دو شکل در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. دو نوع ترانسمیتر دیسپلیسر که امروزه مورد استفاده رایج هستند؛ شامل لوله گشتاور (torque tube) و فنری (spring operated) می شوند. هر دو دارای یک المان جابجایی (دیسپلیسر) استوانه ای به طول مورد نیاز به محدوده اندازه گیری سطح مورد نیاز و وزن برای فرورفتن در مایع مورد اندازه گیری هستند. در هر دو، حداکثر تغییر در وزن موثر المان جابجایی معادل وزن مایع جابجا شده زمانی است که دیسپلیسر به طور کامل در مایع غوطه ور شود.

همچنین مهم است که تأثیر سیال بالایی نیز در نظر گرفته شود که حتی اگر بخار باشد، بر نیروی شناور تأثیر می گذارد، به ویژه اگر فضای بخار در فشار بالا باشد. تفاوت بین دو نوع ترانسمیتر جابجایی شامل مکانیک انتقال حرکت جابجایی به دلیل نیروی شناوری از قسمت مرطوب ابزار به سمت خشک است، جایی که می توان آن تغییر سطح مایع را به سیگنال الکترونیکی یا در طرح های قبلی پنوماتیک تبدیل کرد. در ادامه توضیحات بیشتری در ارتباط با این دو نوع داده شده است.

۱- لول دیسپلیسر با تکنولوژی لوله گشتاور

با طراحی لوله گشتاور، المان دیسپلیسر بر روی آویز لبه در انتهای یک بازوی کنسول آویزان می شود، انتهای دیگر آن به لوله گشتاور جوش داده می شود (به مانند شکل زیر). لوله گشتاور توخالی است و در یک انتها به فلنج ابزار جوش داده می شود که توسط وزن المان دیسپلیسر روی بازوی کنسول، در پیچش قرار می گیرد.

میله ای که در یک سر به لوله گشتاور جوش داده شده اما در انتهای دیگر آن آزاد است، در داخل لوله گشتاور قرار می گیرد و بنابراین با چرخش لوله گشتاور به صورت محوری می چرخد. هنگامی که دیسپلیسر بالا یا پایین می رود، جابجایی زاویه ای مربوط به میله گشتاور به طور خطی با حرکت دیسپلیسر و در نتیجه با سطح مایع متناسب است.

تکیه گاه بلبرینگ لبه، اصطکاک را به حداقل می رساند و از یک توقف محدود در بازوی گشتاور، به منظور جلوگیری از فشار بیش از حد تصادفی لوله گشتاور استفاده می شود. با تعمیر و نگهداری منظم، اندازه گیری قابل اعتماد این نوع طراحی ثابت شده است.

یک پایگاه عظیم نصب شده در صنایع هیدروکربن و سایر صنایع وجود دارد و فناوری آن ها به خوبی درک شده است. با این حال، این ابزار حجیم است و ممکن است نصب آن سخت باشد.

به عنوان یک دستگاه مکانیکی با یاتاقان لبه چاقو (critical knife edge bearing)، برای اطمینان از دقت مستمر نیاز به تعمیر و نگهداری مداوم و دقیق دارد. و در نهایت، از آنجایی که طراحی بر روی یک اتصال فشار جوش داده شده در انتهای فلنج لوله گشتاور متکی است، بازرسی منظم برای علائم خرابی یا خوردگی ضروری است.

۲- لول دیسپلیسر با تکنولوژی spring operated یا نوع فنری

این طراحی جدیدتر و ظریف تر دیسپلیسر ترانسمیتر بر بسیاری از مشکلات مرتبط با دستگاه های لوله گشتاور غلبه می کند. این نوع به همان اندازه قابل اعتماد، کوچکتر، سبک تر و قوی تر است. در یک ابزار فنری، تغییر وزن ظاهری دیسپلیسر مستقیماً از طریق فنر یا سیم پیچی که المان دیسپلیسر از آن آویزان شده است، منتقل می شود (شکل زیر).

یک قطعه هسته در بالای یک میله متصل به فنر قرار دارد و بنابراین باعث بالا آمدن یا افتادن در داخل لوله فشار می شود. یک ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی دقیق (LVDT) در خارج از لوله فشار قرار دارد که کاملاً از فشار و بخار فرآیند جدا شده است.

حرکت هسته در میدان های LVDT باعث عدم تعادل می شود که توسط الکترونیک ابزار شناسایی شده و به سیگنالی متناسب با سطح مایع تبدیل می شود.

محدودیت های استفاده از لول دیسپلیسر

در ادامه برخی از محدودیت های استفاده از لول دیسپلیسر آورده شده است.

۱- اگر دما و/یا چگالی مایع در ظرف با مایع موجود در کیج خارجی متفاوت باشد، خواندن سطح از دسپلیسر ممکن است نادرست باشد.

۲- اندازه گیری های غیرقابل اعتماد به دلیل کثیف بودن، کف کردن، فعل و انفعالات ایجاد کننده رسوب و همچنین وجود سیال آشفته یا وجود ذرات جامد در سیال (مانند ماسه)، ایجاد می شود.

۳- لرزش (به عنوان مثال هشدار کاذب) و خوردگی بر اندازه گیری سطح تأثیر می گذارد.

۴- لول دیسپلیسر ها فقط می توانند محدوده طول جابجایی را اندازه گیری کنند. اگر سطح از بالای دیسپلیسر بالاتر رود، المان جابجایی نمی تواند سطح را اندازه گیری کند.

۵- لول دیسپلیسر ترانسمیتر می توانند نیازهای تعمیر و نگهداری بیشتری داشته باشند. بسیاری از عیوب به دلیل لکه شدن، یخ زدن لوله گشتاور، شکستن یا جدا شدن آویز دیسپلیسر، شکست حرکت زاویه ای آشکارساز الکترونیکی، گیرکردن دیسپلیسر و تغییر جرم دیسپلیسر به دلیل خوردگی بوجود می آیند.

۶- برای از بین بردن اثرات مایع آشفته روی دیسپلیسر ممکن است به ویژگی های اضافی ترانسمیتر نیاز باشد.

۷- کالیبراسیون ترانسمیتر های دیسپلیسر بسیار دشوارتر است، به خصوص اگر برای اندازه گیری رابط استفاده شود.

۸- برداشتن دیسپلیسر از یک وسل ممکن است نیاز به اصول خاصی داشته باشد.

۹- دیسپلیسرها در چند طول استاندارد موجود هستند، به عنوان مثال. طول های ۰٫۳۶ متر تا ۰٫۸۱ متر رایج ترین هستند.

انتخاب دیسپلیسر مناسب برای واحد

قبل از انتخاب یک لول دیسپلیسر ترانسمیتر مناسب برای واحد خود، نکات زیر را در نظر داشته باشید.

۱- دیسپلیسر ترانسمیتر سطح را می توان در طیف وسیعی از دما و فشار استفاده کرد.

۲- دیسپلیسر ترانسمیتر سطح باید برای اندازه‌گیری سطح رابط مناسب باشند. اگر وزن‌های مخصوص به طور قابل توجهی متفاوت باشند؛ تغییر در وزن مخصوص به دلیل ترکیب یا دما نمی‌تواند بر خواندن تأثیر بگذارد.

۳- پذیرفته شده است که تفاوت بین وزن مخصوص بیشتر از ۰٫۱ است (اگر از اختلاف گرانشی ۰٫۱ استفاده شود، تأثیر بر دقت باید ارزیابی شود).

۴- دیسپلیسر ترانسمیتر سطح نباید در واحد ‌های به شدت آشفته، کثیف، کف‌زا، رسوب‌گیری یا در صورت وجود ذرات جامد در سیال (مانند شن) استفاده شوند. این شرایط منجر به اندازه گیری های غیر قابل اعتماد از ابزارهای جابجایی سطح می شود.

۵- دیسپلیسر ترانسمیتر سطح نباید برای رابط های مایع-مایع در جایی که احتمال تشکیل امولسیون وجود دارد استفاده شود.

۶- دیسپلیسر ترانسمیتر سطح نباید در سرویس‌های مایع-مایع یا مایع-گاز در جایی که وزن مخصوص سیال بالا یا پایین نسبتاً ثابت نیست استفاده شوند.

۷- از دیسپلیسر ترانسمیتر سطح می توان برای اندازه گیری چگالی نیز استفاده کرد اگر جابجایی به طور دائم و کامل در یک سیال منفرد غوطه ور باشد.