Seviye Kontrol Cihazları

Seviye kontrolü uygulamaları yıllardır çeşitli alanlarda kullanılmıştır. Günümüzde eski ve geleneksel yöntemler hala kullanılsa da, birçok farklı yöntem olduğunu belirtmek gerekir. Kullanıcının ne istediğine bağlı olarak bu yöntemler çeşitlilik göstermektedir. Bu yöntemleri sizler için inceledik.

A- A+

26.02.2016 tarihli yazı 26425 kez okunmuştur.

Ölçüm Manyetik Basınç Elektriksel Optik ElektrikPort Akademi

Katı, sıvı ve gazların seviyelerinin ölçülmesindeki teknikleri 7 kategoride inceleyebiliriz.

1) Görüntülü Seviye Ölçüm Yöntemleri

► Cam Tüp;
Birleşik kaplar prensibi ile çalışır. Tankın dışına cam tüp monte edilerek sıvının değeri dışarıdan kolaylıkla izlenebilir. Herhangi bir elektronik ya da mekanik bir aksam olmadığından dolayı seviye ile işlem yapılamaz, sadece gösterge olarak kullanılır.

►İlginizi Çekebilir: Ölçme Teknikleri | 1. Bölüm

► Yansıtıcı (Refleks) Cam;
Işık malzemenin çeşidine göre farklı kırılmalara uğrar. Bu prensibe dayanarak çalışan bir yöntemdir. Sıvılar ışığı soğurdukları için refleks camda koyu renkli; gazlar ise daha az soğurdukları için daha açık renkte görülürler.

2) Kuvvetle Seviye Ölçüm Yöntemleri

► Diyafram;
İçerisinde mıknatıs bulunan kolun, malzemenin baskısı ile reed kontak veya micro-switch bulunan gövdeye yaklaşması sonucu malzemenin seviyesi kontrol edilir. Katı malzemelerin seviye kontrolünde kullanılması avantajıdır.

►İlginizi Çekebilir: Ölçüm Cihazı Özellikleri ve Kullanımı

► Tilt Şalter;
Cıvalı anahtar veya özel bir eğimli yol yardımıyla hareket eden bilyeli bir mekanizmaya sahip seviye şalterleridir. Eğim açısına bağlı olarak; alt, üst veya her iki seviye kontrolü için kullanılması mümkündür. Ekonomikliği ve her türlü sıvı veya katı malzemede ve yanıcı – patlayıcı özellikli ortamlarda kullanılabilirliği nedeniyle tercih edilen bir noktasal seviye kontrol yöntemidir.

► Şamandıra;
Sıvı seviyesine göre paslanmaz çelik tüp boyunca hareket eden mıknatıslı şamandıra ve tüp içerisine yerleştirilmiş reed rölelerden oluşur. Şamandıra, reed röleye yaklaştığında, içerisindeki mıknatısın manyetik kuvveti ile reed röle açılır veya kapanır. Reed rölelerin sıralı dizilmesiyle, sürekli seviye ölçümü de yapılabilir. Tankın yanından, üstünden kolaylıkla monte edilmesi ve herhangi bir kalibrasyon gerektirmemesi ve ekonomikliği sayesinde, kullanıcıya kolaylıklar sağladığından en çok tercih edilen seviye ölçüm metodlarından biridir.

► Manyetik Seviye Göstergeleri;
Temel olarak sıvının kaldırma kuvvetinin kullanıldığı görüntülü ölçüm yöntemidir. Birleşik kaplar prensibi gereği, tank ile manyetik seviye göstergesi içerisindeki sıvı seviyeleri aynıdır. Gösterge gövdesi içine yerleştirilen ve her sıvının yoğunluğuna bağlı olarak, kaldırma kuvvetine göre dizayn edilen şamandıranın içerisindeki mıknatıs, ana gövdenin dış yüzeyine yerleştirilmiş gösterge içerisindeki, mıknatıs ihtiva eden sezgi elemanlarını etkiler ve seviyenin yükselmesi veya alçalması sırasında sezgi elemanlarının sıra ile dönmesini sağlar. Sezgi elemanlarının farklı renklerde olan iki yüzü sayesinde de seviye bilgisi tank dışarısından kolaylıkla izlenebilir. Gövdenin üzerine yerleştirilen sıralı reed röleler yardımıyla sürekli seviye bilgisi analog sinyale dönüştürülebilirken, yine gövde üzerine istenen noktalara yerleştirilecek reed kontaklar sayesinde noktasal seviye kontrolü de yapılabilmektedir.

► Magnetostrictive Sensörler:
Cihaz, temel olarak gövde içerisine yerleştirilmiş bir magnetostrictive telden ve içerisinde mıknatıs ihtiva eden bir şamandıradan oluşmaktadır. Şamandıra, cihazın gövdesi üzerinde dikey olarak hareket eden tek oynar parçasıdır. Magnetostrictive telden geçirilen pulse akımı sırasında, tel etrafında manyetik alan oluşur. Şamandıranın hareketi sırasında, şamandıranın manyetik alanının magnetostrictive telin etrafındaki manyetik alan ile etkileşimi sonucu, telde burulmadan kaynaklanan bir titreşim oluşur. Şamandıranın pozisyonu, burulmadan kaynaklanan titreşimin sensöre ulaşmasına kadar geçen zaman ile belirlenir.

3) Basınç ile Seviye Ölçümü

► Hidrostatik Basınç;
Sıvı seviyesinin sürekli ölçümünde en eski ve sık kullanılan yöntemlerden biri de kabın içerisindeki sıvının tabana uyguladığı hidrostatik basıncın ölçümüdür. Tankın alt yüzeyinde bulunan sensör, hidrostatik basıncı sıvı seviyesi ile orantılı bir akım sinyaline çevirir. İçerisinde silikon yağı ve metal veya seramik diyafram ihtiva eden yarı iletken transduser, hassasiyet ve sürekliliği arttırmak için kullanılır. Daldırma tip (submersible) seviye transmitterlerinde atmosferik basınç ile kompanzasyonun sağlanması amacıyla, hidrostatik basınç transmitteri kablosu içerisinde bir de hava tüpü bulunur. Hidrostatik basınç, sıvı sütununun yüksekliği ve sıvının özgül ağırlığının çarpımıdır.

► Fark Basınç;
Hidrostatik basınç yardımıyla seviye ölçümü ile aynı prensiptedir. Ancak, kapalı tanklarda oluşan, statik basıncın etkisi fark basınç yönteminde yok edilebilmektedir.

4) Elektriksel Yöntemler ile Seviye Ölçümü

► Isıl Kütle;
Bu cihazlar, ısının sıvı içerisinde yayılımı ile havadaki yayılımını karşılaştırarak, sıvının varlığını veya yokluğunu belirler. Sensör, termistör formu ile bir direnç ihtiva eder. Termistör, kendisine gerilim uygulandığında ısıtıcı gibi davranır ve aynı zamanda ısıyı algılar ve elektrik sinyaline dönüştürür. Termistör tarafından yaratılan ısı sıvı içinde yayıldığı anda switch çıkışı elde edilir.

► Kapasitif;
Kapasitif seviye sensörleri genellikle radyo frekansı teknolojisini kullanır. Kap içerisindeki sıvının, granüllerin, çimento benzeri malzemelerin seviyesinin tespit edilmesi için kapasitörlerin elektriksel karakteristiklerini kullanır. Giydirilmiş veya çıplak haldeki elektrot (prob) kapasitörün birinci iletken kısmı olarak tankın içerisine daldırılır. Tankın metal gövdesi ise diğer iletken olarak davranacaktır. Metal olmayan ve plastik tanklarda ise, çift elektrotlu sistemler kullanılmalıdır ki, ikinci elektrot diğer kapasitör iletkeni görevini görebilsin. Kapasitif seviye sensörü, tank içerisindeki malzemenin sensör probu boyunca hareket etmesi (artması veya azalması) sırasında meydana gelen kapasite değişimini ölçer. Bu kapasite değeri lineer bir ölçüm için de, belli bir noktadaki seviye bilgisinin kontak çıkışı olarak elde edilebilmesi için de kullanılabilir.

► İletkenlik;
İletkenlik tip seviye şalterleri, temel olarak, düşük voltaj kaynağı ile (genellikle < 20 V) elektrik akımını iletebilen malzemelerin iletkenliği üzerine kurulmuştur. 2, 3 veya daha fazla elektrottan oluşan seviye şalteri, algılanacak sıvı seviyesine yerleştirilir. Sıvı elektrotlara ulaştığında elektrotlar ile temas eder ve elektrotlar arasındaki elektrik devresi kapanmış olur. Bu sayede switch çıkışı elde edilir. Bu tip seviye sensörleri noktasal seviye kontrolünde kullanılır. İletken ve iletken olmayan iki sıvının ara yüzeyinin seviyesinin tespitinde de kullanılabilir.

► İndüktif;
Kapasitif ölçümüm manyetik alan versiyonudur. Bu yöntemde manyetik alan geçirgenliği (permabilite) ölçülür. Laboratuvar çalışmaları dışında pek görülmez. Tank selfinin değişimini izlemek için pek pratik değildir, büyük miktarlarda enerji gerektirir. Öte yandan, tankın oluşturduğu sistemin sağladığı çalışma frekansının (rezonans frekansı) değişimi ile de en azından şalter olarak ölçüm yapmak mümkündür. Metal detektörlerinin de çalışma prensibi budur. Ancak, seviye ölçümünde uygulanabilirliği zayıftır.

5) Elektromekanik Yöntemler ile Seviye Ölçümü

► Motorlu/Döner Pedallı;
Özellikle katı veya yoğunluğu fazla olan sıvı akışkanlarda çokça tercih edilen bir uygulamadır. Düşük devirde dönen bir motorun şaft yardımıyla diğer ucuna kılıç palet veya çapraz palet monte edilir. Akışkan olmadığı zamanlarda motor serbest döngüdedir. Fakat bu döngüsel hareket, katı/sıvı akışkanı döndüremeyecek konuma ve karşı güce kavuşamadığı zamanlarda, tahrik mekanizmasındaki motor bir yay vasıtasıyla deplasman yaparak kontak pozisyonunun değişmesini sağlar. Seviye düşümünde ise motor eski haline yeniden döner.

Bir başka yöntem ise; motor ve halat ucundaki seviye ağırlığından oluşur. Gövdeye halat ile bağlanmış ağırlık, motor vasıtası ile aşağıya doğru hareket eder. Silo içerisindeki katı malzemeye temas ettiğinde ise başlangıç pozisyonuna döner. Geriye doğru sarılan halat uzunluğu, toplam uzunluktan çıkarıldığı zaman tank içerisindeki malzemenin seviyesi elde edilmiş olur.
Tozdan etkilenmemesi ve yüksek sıcaklıklarda çalışabilmesi motorlu seviye şalterlerinin avantajlarıdır.

► Titreşim;
Prob, sonunda bulunan piezo-elektrik elemanı kullanarak titreşir. Bu piezo-elektrik eleman belirli bir vibrasyon frekansına set edilmiştir. Probun herhangi bir malzeme ile teması halinde, titreşim malzemetarafından emilir. Vibrasyondaki bu değişim sensör tarafından hissedilir ve röle çıkışına dönüştürülür. Tek çubuklu cihazlar sadece katı malzemelerde kullanılırken, çift problu cihazlar, hem sıvı hem de katı malzemelerde kullanılabilir. Vibrasyon probları tipik olarak deponun üst kısmına veya yan tarafına monte edilir. Bu tamamen elektronik seviye şalterlerinin iki önemli avantajı vardır. Birincisi, farklı malzemeler için herhangi bir kalibrasyona ihtiyaç duymamalarıdır. İkincisi ise, bu probların çok düşük yoğunluklu malzemelerde bile sorunsuz çalışabilmeleridir.

6) Optik Yöntemler İle Seviye Ölçümü

► Optik Beam Breaker;
Basit optik anahtarlama kullanılır. Sensördeki ışık miktarının değişimi, seviyenin bu noktada olduğunu belirtir. Bakım (özellikle temizlik) ihtiyacının fazlalığı nedeniyle seviye ölçümlerinde sık kullanılmaz. Referans ışık değişimine (kirliliğe) duyarsız ölçüm de mümkündür. Ancak maliyeti oldukça yüksektir. Bu ölçüm metodu seviye ölçümünden çok kirlilik ölçümü uygulamalarında daha kullanışlıdır.

► Radyasyon;
Kaynaktan sensöre aktarılabilen tanecik sayısı (özellikle gamma izotopu) , radyoaktif ışınımın geçtiği ortamın kütlesi ile ters orantılıdır. Dolayısıyla, bu yöntemde kaynak – sensör arasındaki mesafe miktarı doğrudan ölçülüp buradan seviye bulunur. Daha çok yoğunluk ölçümüne uygun olan bir yöntemdir. Seviye ölçümü için ise maliyeti oldukça yüksektir. Dikkat edilmesi gereken bir husus ise, seviyesi ölçülmek istenen malzemenin radyoaktif özellikli olmaması gerektiğidir.

7) Elektromanyetik Dalga İle Seviye Ölçümü

► Ultrasonik;
Ultrasonik seviye sensörleri, seviyenin tespit edilmesinde ses dalgalarını kullanır. Tankın üstüne yerleştirilen transduser içerisindeki piezoelektrik kristal, elektriksek sinyalleri belirli bir frekans ve sabit hızla ortam içerisinde dalgasal olarak hareket eden ses enerjisine dönüştürür. Ses dalgaları yayılır ve eko olarak transdusera geri döner. Cihaz, basitçe dalganın yayılamaya başlamasıyla, yüzeyden yansıyarak geri dönmesi arasında geçen süreyi ölçer. Bu süre, transduser ile seviyesi ölçülmek istenen malzemenin yüzeyi arasındaki uzaklıkla doğru orantılıdır ve malzemenin seviyesinin ölçülmesi için kullanılabilir.

►Radar;
Yöntem, ultrasonik prensibe oldukça benzer bir metottur. Radar (bazen mikro-dalga olarak da adlandırılır) yönteminde, kabın üstüne yerleştirilen sensörden aşağı doğru yönlendirilmiş GHz mertebesinde yüksek frekanslı elektromanyetik dalgalar kullanılır.