จะเลือกเครื่องส่งสัญญาณระดับอย่างไร?

• การแนะนำ

เครื่องส่งสัญญาณวัดระดับของเหลวเป็นเครื่องมือที่ให้การวัดระดับของเหลวอย่างต่อเนื่อง สามารถใช้วัดระดับของเหลวหรือของแข็งจำนวนมาก ณ เวลาที่กำหนด สามารถวัดระดับของเหลวของตัวกลาง เช่น น้ำ ของเหลวหนืด และเชื้อเพลิง หรือตัวกลางแห้ง เช่น ของแข็งจำนวนมากและผง

เครื่องส่งสัญญาณวัดระดับของเหลวสามารถใช้งานได้หลากหลายสภาพการทำงาน เช่น ภาชนะบรรจุ ถังเก็บน้ำ หรือแม้แต่แม่น้ำ สระว่ายน้ำ และบ่อน้ำ เครื่องส่งสัญญาณเหล่านี้มักใช้ในอุตสาหกรรมการจัดการวัสดุ อาหารและเครื่องดื่ม พลังงาน เคมี และการบำบัดน้ำ ทีนี้เรามาดูมาตรวัดระดับของเหลวที่นิยมใช้กัน

• เซ็นเซอร์ระดับแบบจุ่มน้ำ

เซ็นเซอร์วัดระดับแบบจุ่มใต้น้ำใช้หลักการที่ว่าแรงดันไฮโดรสแตติกเป็นสัดส่วนกับความสูงของของเหลว เซ็นเซอร์วัดระดับแบบจุ่มใต้น้ำใช้คุณสมบัติ piezoresistive effect ของเซ็นเซอร์ซิลิคอนหรือเซรามิกแบบกระจาย เพื่อแปลงแรงดันไฮโดรสแตติกเป็นสัญญาณไฟฟ้า หลังจากการชดเชยอุณหภูมิและการแก้ไขเชิงเส้นแล้ว จะแปลงเป็นสัญญาณเอาต์พุตกระแสมาตรฐาน 4-20mADC ส่วนเซ็นเซอร์ของเครื่องส่งสัญญาณแรงดันไฮโดรสแตติกแบบจุ่มใต้น้ำสามารถเสียบเข้ากับของเหลวได้โดยตรง และส่วนเครื่องส่งสัญญาณสามารถยึดด้วยหน้าแปลนหรือขายึดได้ จึงติดตั้งและใช้งานได้สะดวกมาก

เซ็นเซอร์ระดับแบบจุ่มน้ำทำจากองค์ประกอบซิลิคอนแบบกระจายตัวชนิดแยกขั้นสูง ซึ่งสามารถใส่ลงในภาชนะหรือน้ำโดยตรงได้ เพื่อวัดความสูงจากปลายเซ็นเซอร์ไปยังผิวน้ำอย่างแม่นยำ และส่งออกระดับน้ำผ่านกระแสไฟ 4 – 20mA หรือสัญญาณ RS485

• เซ็นเซอร์ระดับแม่เหล็ก

โครงสร้างแผ่นแม่เหล็กยึดตามหลักการของท่อบายพาส ระดับของเหลวในท่อหลักสอดคล้องกับระดับในอุปกรณ์บรรจุ ตามกฎของอาร์คิมิดีส แรงลอยตัวที่เกิดจากแม่เหล็กลอยในของเหลวและสมดุลแรงโน้มถ่วงจะลอยอยู่บนระดับของเหลว เมื่อระดับของเหลวในภาชนะที่วัดได้เพิ่มขึ้นและลดลง ทุ่นหมุนในท่อหลักของมาตรวัดระดับของเหลวก็จะเพิ่มขึ้นและลดลงเช่นกัน เหล็กแม่เหล็กถาวรในทุ่นจะขับเคลื่อนคอลัมน์สีแดงและสีขาวในตัวบ่งชี้ให้หมุน 180 องศาผ่านแท่นแม่เหล็ก

เมื่อระดับของเหลวสูงขึ้น ลูกลอยจะเปลี่ยนจากสีขาวเป็นสีแดง เมื่อระดับของเหลวลดลง ลูกลอยจะเปลี่ยนจากสีแดงเป็นสีขาว ขอบเขตสีขาว-แดงคือความสูงจริงของระดับของเหลวในภาชนะ เพื่อให้สามารถแสดงระดับของเหลวได้

• เซ็นเซอร์ระดับของเหลวแมกนีโตสตริกทีฟ

โครงสร้างของเซ็นเซอร์ระดับของเหลวแมกนีโตสตริกทีฟประกอบด้วยท่อสแตนเลส (แท่งวัด) ลวดแมกนีโตสตริกทีฟ (ลวดนำคลื่น) ลูกลอยเคลื่อนที่ได้ (มีแม่เหล็กถาวรอยู่ภายใน) ฯลฯ เมื่อเซ็นเซอร์ทำงาน ส่วนวงจรของเซ็นเซอร์จะกระตุ้นกระแสพัลส์บนลวดนำคลื่น และสนามแม่เหล็กกระแสพัลส์จะถูกสร้างขึ้นรอบลวดนำคลื่นเมื่อกระแสแพร่กระจายไปตามลวดนำคลื่น

ทุ่นลอยจะถูกจัดเรียงไว้ด้านนอกแกนวัดของเซ็นเซอร์ และทุ่นลอยจะเคลื่อนที่ขึ้นลงตามแกนวัดเมื่อระดับของเหลวเปลี่ยนแปลง ภายในทุ่นลอยจะมีวงแหวนแม่เหล็กถาวรอยู่ชุดหนึ่ง เมื่อสนามแม่เหล็กกระแสพัลส์มาบรรจบกับสนามแม่เหล็กวงแหวนแม่เหล็กที่เกิดจากทุ่นลอย สนามแม่เหล็กรอบทุ่นลอยจะเปลี่ยนแปลงไป ทำให้สายนำคลื่นที่ทำจากวัสดุแมกนีโตสตริกทีฟสร้างพัลส์คลื่นบิดที่ตำแหน่งของทุ่นลอย พัลส์จะถูกส่งกลับไปตามสายนำคลื่นด้วยความเร็วคงที่และตรวจจับโดยกลไกตรวจจับ ด้วยการวัดความแตกต่างของเวลาระหว่างกระแสพัลส์ที่ส่งผ่านและคลื่นบิด ทำให้สามารถกำหนดตำแหน่งของทุ่นลอยได้อย่างแม่นยำ นั่นคือตำแหน่งของพื้นผิวของเหลว

• เซ็นเซอร์ระดับวัสดุที่ยอมรับความถี่วิทยุ

การยอมรับคลื่นความถี่วิทยุเป็นเทคโนโลยีการควบคุมระดับแบบใหม่ที่พัฒนาจากการควบคุมระดับแบบคาปาซิทีฟ ซึ่งมีความน่าเชื่อถือ แม่นยำ และใช้งานได้จริงมากขึ้น ถือเป็นการยกระดับเทคโนโลยีการควบคุมระดับแบบคาปาซิทีฟ
ค่าที่เรียกกันว่าค่าแอดมิทแทนซ์ความถี่วิทยุ หมายถึงส่วนกลับของอิมพีแดนซ์ในไฟฟ้า ซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบตัวต้านทาน ส่วนประกอบตัวเก็บประจุ และส่วนประกอบเหนี่ยวนำ ความถี่วิทยุคือสเปกตรัมคลื่นวิทยุของเครื่องวัดระดับของเหลวความถี่สูง ดังนั้นค่าแอดมิทแทนซ์ความถี่วิทยุจึงสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นการวัดค่าแอดมิทแทนซ์ด้วยคลื่นวิทยุความถี่สูง

เมื่อเครื่องมือทำงาน เซ็นเซอร์ของเครื่องมือจะสร้างค่าการอนุญาตเข้า (admittance) ร่วมกับผนังและตัวกลางที่วัด เมื่อระดับวัสดุเปลี่ยนแปลง ค่าการอนุญาตเข้าก็จะเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย วงจรจะแปลงค่าการอนุญาตเข้าที่วัดได้เป็นสัญญาณเอาต์พุตระดับวัสดุ เพื่อดำเนินการวัดระดับวัสดุ

• เครื่องวัดระดับอัลตราโซนิก

เครื่องวัดระดับอัลตราโซนิกเป็นเครื่องมือวัดระดับแบบดิจิทัลที่ควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ ในการวัด คลื่นอัลตราโซนิกแบบพัลส์จะถูกส่งออกจากเซ็นเซอร์ และคลื่นเสียงจะถูกส่งผ่านเซ็นเซอร์เดียวกันหลังจากสะท้อนกลับจากพื้นผิวของวัตถุ และแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า ระยะห่างระหว่างเซ็นเซอร์และวัตถุที่ทดสอบคำนวณจากระยะเวลาระหว่างการส่งและรับคลื่นเสียง

ข้อดีคือไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวทางกลไก มีความน่าเชื่อถือสูง ติดตั้งง่ายและสะดวก การวัดแบบไม่สัมผัส และไม่ได้รับผลกระทบจากความหนืดและความหนาแน่นของของเหลว

ข้อเสียคือความแม่นยำค่อนข้างต่ำ และการทดสอบมีโอกาสเกิดจุดบอดได้ง่าย ไม่สามารถวัดภาชนะความดันและตัวกลางระเหยได้

• เครื่องวัดระดับเรดาร์

โหมดการทำงานของเครื่องวัดระดับของเหลวแบบเรดาร์คือการส่งสัญญาณสะท้อนและรับ เสาอากาศของเครื่องวัดระดับของเหลวแบบเรดาร์จะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งสะท้อนจากพื้นผิวของวัตถุที่วัดแล้วจึงรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากเสาอากาศ เวลาของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตั้งแต่ส่งสัญญาณจนถึงรับสัญญาณจะแปรผันตามระยะทางถึงระดับของเหลว เครื่องวัดระดับของเหลวแบบเรดาร์จะบันทึกเวลาของคลื่นพัลส์ และความเร็วในการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะคงที่ จากนั้นจึงสามารถคำนวณระยะทางจากระดับของเหลวถึงเสาอากาศเรดาร์ เพื่อทราบระดับของเหลว

ในการใช้งานจริง เครื่องวัดระดับของเหลวแบบเรดาร์มีสองโหมด ได้แก่ โหมดคลื่นต่อเนื่องแบบมอดูเลตความถี่และโหมดคลื่นพัลส์ เครื่องวัดระดับของเหลวที่ใช้เทคโนโลยีคลื่นต่อเนื่องแบบมอดูเลตความถี่มีการใช้พลังงานสูง ระบบสี่สาย และวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน เครื่องวัดระดับของเหลวที่ใช้เทคโนโลยีคลื่นพัลส์เรดาร์มีการใช้พลังงานต่ำ สามารถจ่ายไฟด้วยระบบสองสาย 24 VDC จึงมีความปลอดภัยสูง ความแม่นยำสูง และใช้งานได้หลากหลาย

• เครื่องวัดระดับเรดาร์แบบคลื่นนำทาง

หลักการทำงานของเครื่องส่งสัญญาณระดับแบบเรดาร์คลื่นนำทางนั้นเหมือนกับมาตรวัดระดับแบบเรดาร์ แต่จะส่งพัลส์ไมโครเวฟผ่านสายเคเบิลหรือแท่งเซ็นเซอร์ สัญญาณจะกระทบกับพื้นผิวของเหลว จากนั้นจะย้อนกลับมาที่เซ็นเซอร์และไปถึงตัวเรือนเครื่องส่งสัญญาณ ระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ติดตั้งอยู่ในตัวเรือนเครื่องส่งสัญญาณจะกำหนดระดับของเหลวโดยพิจารณาจากเวลาที่สัญญาณเคลื่อนที่ไปตามเซ็นเซอร์และย้อนกลับมาอีกครั้ง เครื่องส่งสัญญาณระดับประเภทนี้ถูกนำไปใช้ในงานอุตสาหกรรมในทุกสาขาของเทคโนโลยีกระบวนการ