سطح‌سنج مغناطیسی چیست؟

سطح‌سنج مغناطیسی یا Magnetic Level Gauge یکی از تجهیزات متداول برای نمایش پیوسته و محلی سطح مایعات در مخازن باز و بسته است. این تجهیز بدون آنکه بخش نمایشگر مستقیماً با سیال فرآیند تماس داشته باشد، موقعیت سطح را از طریق حرکت یک Float مغناطیسی داخل Chamber و انتقال میدان مغناطیسی به Flapperهای خارجی نمایش می‌دهد.

در مدل NICO MLG28، Chamber به‌صورت Bypass به مخزن متصل می‌شود. سطح مایع داخل Chamber با سطح مایع مخزن تغییر می‌کند و یک Float مغناطیسی همراه با این تغییر سطح بالا و پایین می‌رود. میدان مغناطیسی Float از دیواره Chamber عبور کرده و نشانگر مغناطیسی خارجی را تحریک می‌کند؛ به این ترتیب ستون رنگی نشانگر، موقعیت سطح را به اپراتور نمایش می‌دهد.

سطح‌سنج مغناطیسی چگونه کار می‌کند؟

عملکرد Magnetic Level Gauge بر ترکیب دو اصل فیزیکی استوار است:

Buoyancy یا نیروی شناوری
و
Magnetic Coupling یا کوپل مغناطیسی

داخل Chamber یک Float قرار دارد که دارای آهنربای دائمی است. Float تحت تأثیر وزن خود و نیروی شناوری حاصل از مایع قرار می‌گیرد.

وقتی سطح مایع بالا می‌رود، Float نیز همراه آن بالا می‌آید و وقتی سطح پایین می‌آید، Float به سمت پایین حرکت می‌کند.

بنابراین سطح‌سنج مغناطیسی در واقع مستقیماً ارتفاع مایع را حس نمی‌کند؛ بلکه موقعیت Float را که تابع سطح مایع و مشخصات شناوری آن است نمایش می‌دهد.

نیروی شناوری چه نقشی در حرکت Float دارد؟

نیروی شناوری از اصل ارشمیدس پیروی می‌کند.

به‌صورت مفهومی:

Buoyant Force = Weight of Displaced Liquid

هرچه Density یا چگالی سیال بیشتر باشد، برای یک حجم جابه‌جا شده مشخص، نیروی شناوری بیشتری به Float وارد می‌شود.

به همین دلیل:

• در سیال با SG بالاتر، Float معمولاً با درصد کمتری از حجم خود غوطه‌ور می‌شود.
• در سیال با SG پایین‌تر، Float برای رسیدن به تعادل باید بیشتر در مایع فرو برود.

در نهایت Float در نقطه‌ای می‌ایستد که نیروی شناوری با وزن مؤثر آن به تعادل برسد.

به همین دلیل Specific Gravity یا SG یکی از مهم‌ترین پارامترهای طراحی Magnetic Level Gauge است.

آیا اگر چگالی سیال عوض شود، سطح نمایش داده‌شده تغییر می‌کند؟

ممکن است بله.

اگر Float برای یک Specific Gravity مشخص طراحی و کالیبره شده باشد، تغییر محسوس چگالی سیال می‌تواند Immersion Depth آن را تغییر دهد.

یعنی ممکن است سطح واقعی سیال ثابت باشد، اما موقعیت مرکز یا Reference Point فلوت نسبت به سطح کمی تغییر کند.

در کاربردهای دقیق، این موضوع می‌تواند باعث Offset در نمایش سطح شود.

بنابراین در انتخاب MLG28 باید Density یا SG واقعی سیال در شرایط بهره‌برداری مشخص باشد.

چرا Specific Gravity در انتخاب MLG28 مهم است؟

Float باید برای شرایط واقعی فرآیند طراحی شود.

اگر چگالی سیال بیش از حد پایین باشد، ممکن است Float نتواند Buoyancy کافی ایجاد کند.

اگر SG تغییر زیادی داشته باشد، عمق غوطه‌وری Float تغییر کرده و Accuracy نمایش نیز می‌تواند تحت تأثیر قرار گیرد.

به همین دلیل هنگام انتخاب Magnetic Level Gauge باید حداقل:

Minimum SG، Normal SG و Maximum SG

در صورت تغییرات قابل‌توجه مشخص شوند.

Chamber در سطح‌سنج مغناطیسی چه کاری انجام می‌دهد؟

Chamber یک محفظه جانبی است که به Vessel متصل می‌شود.

در Configuration متداول Side-Side، یک Connection در پایین و یک Connection در بالاتر به مخزن متصل می‌شود.

بر اساس اصل ظروف مرتبط، سطح مایع داخل Chamber همراه با سطح مخزن تغییر می‌کند.

Float داخل همین Chamber حرکت می‌کند.

در MLG28، Measuring Chamber یکی از اجزای اصلی استاندارد تجهیز است.

چرا Indicator خارج از فرآیند قرار دارد؟

یکی از مزایای Magnetic Level Gauge این است که Indicator بیرون از Process Boundary قرار دارد.

بنابراین عناصر نمایش:

• مستقیماً با سیال تماس ندارند.
• نیاز به Glass Tube شفاف برای مشاهده مستقیم سیال وجود ندارد.
• خواندن سطح بدون باز کردن مخزن انجام می‌شود.
• فرآیند از بخش نشانگر جدا باقی می‌ماند.

در MLG28 نیز Magnetic Indicator و Graduated Scale خارج از Chamber قرار دارند.

میدان مغناطیسی چگونه از Float به Indicator منتقل می‌شود؟

داخل Float یک Magnet قرار دارد.

در خارج Chamber نیز مجموعه‌ای از عناصر مغناطیسی یا Flapper وجود دارد.

وقتی Float به سمت بالا یا پایین حرکت می‌کند، میدان مغناطیسی آن روی Flapperهای مجاور اثر می‌گذارد و باعث تغییر Orientation آن‌ها می‌شود.

به این ترتیب بدون اتصال مکانیکی مستقیم:

Float Position → Magnetic Field → Flapper Rotation → Visible Level Indication

ایجاد می‌شود.

Flapperها چگونه تغییر رنگ می‌دهند؟

هر Flapper معمولاً دو سطح با رنگ متفاوت دارد.

وقتی میدان مغناطیسی Float از مقابل آن عبور می‌کند، Flapper حول محور خود می‌چرخد و سطح رنگی دیگر رو به بیرون قرار می‌گیرد.

در نتیجه یک مرز واضح بین دو رنگ تشکیل می‌شود.

این مرز همان Position تقریبی Float و در نتیجه سطح مایع را نشان می‌دهد.

مزیت این روش آن است که Indicator پس از عبور Float وضعیت خود را حفظ می‌کند و سطح به شکل یک ستون رنگی واضح قابل مشاهده است.

آیا Flapperها با سیال تماس دارند؟

خیر.

Flapperها بیرون Chamber قرار دارند و هیچ تماس مستقیم با سیال Process ندارند.

این ویژگی یکی از تفاوت‌های اصلی Magnetic Level Gauge با Sight Glass یا Transparent Level Gauge است.

اجزای اصلی MLG28

براساس کاتالوگ NICO، اجزای استاندارد MLG28 شامل موارد زیر هستند:

• Measuring Chamber
• Magnetic Float
• Magnetic Indicator
• Graduated Scale
• Upper Process Connection
• Lower Process Connection
• Upper Auxiliary Connection / Closure
• Lower Auxiliary Connection / Closure
• Nameplate

همچنین Level Transmitter و Magnetic Level Switch به‌صورت Option قابل ارائه هستند.

آیا MLG28 فقط نمایش محلی دارد؟

خیر.

نسخه پایه MLG28 یک Mechanical Local Indicator است، اما می‌توان تجهیزات جانبی الکتریکی به آن اضافه کرد.

یکی از گزینه‌ها TX-R4 Level Transmitter است که در کنار Chamber نصب می‌شود و موقعیت همان Float مغناطیسی را دنبال می‌کند.

TX-R4 چگونه کار می‌کند؟

TX-R4 یک Resistive Level Transmitter خارجی است.

این Transmitter:

• خارج Chamber نصب می‌شود.
• حرکت Float مغناطیسی را دنبال می‌کند.
• خروجی 4–20 mA می‌دهد.
• Two-Wire و Loop Powered است.
• ولتاژ نامی 24 VDC دارد.

محدوده Sensor Length برای TX-R4 برابر 200 تا 6000 mm اعلام شده است.

آیا می‌توان Level Switch هم اضافه کرد؟

بله.

MLG28 می‌تواند با Magnetic Level Switch ارائه شود.

Switchها برای کاربردهایی مانند:

High Level Alarm، Low Level Alarm، Pump Control یا Interlock

قابل استفاده هستند.

نوع Switch، تعداد و Set Point باید در Order Datasheet مشخص شود.

تفاوت Visible Length، Centre-to-Centre و Measurement Range چیست؟

این سه پارامتر نباید با هم اشتباه شوند.

Visible Length

طول قابل خواندن Indicator است.

Centre-to-Centre

فاصله مرکز تا مرکز دو Process Connection در Arrangementهایی مثل Side-Side است.

Measurement Range

محدوده‌ای است که Level به‌صورت مکانیکی یا الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود.

کاتالوگ MLG28 تأکید می‌کند این مقادیر باید جداگانه در Order مشخص شوند و قابل جایگزینی با یکدیگر نیستند.

چه پارامترهایی برای انتخاب MLG28 باید مشخص شوند؟

انتخاب صحیح Magnetic Level Gauge فقط با Height مخزن انجام نمی‌شود.

حداقل اطلاعات زیر باید مشخص باشند:

1. نوع سیال

نام دقیق Process Fluid باید مشخص شود.

برای مثال:

Water، Oil، Hydrocarbon، Acid، Solvent یا سایر مایعات.

2. چگالی یا Specific Gravity

یکی از مهم‌ترین داده‌ها برای طراحی Float است.

SG مستقیماً روی:

Buoyancy، Float Design و Immersion Depth

اثر می‌گذارد.

3. Operating Pressure و Design Pressure

Pressure روی:

• Chamber Thickness
• Flange Class
• Connection Design
• Mechanical Integrity

تأثیر دارد.

4. Operating و Design Temperature

Temperature می‌تواند روی:

• Density سیال
• Float Material
• Magnet
• Gaskets
• Seals
• Chamber Material

اثر بگذارد.

5. Material Compatibility

باید مشخص شود Wetted Parts با سیال سازگار هستند.

برای سرویس‌های خورنده ممکن است SS316L یا آلیاژهای ویژه موردنیاز باشند.

6. Viscosity

سیالات با Viscosity بالا می‌توانند حرکت آزاد Float را کند کنند.

در چنین شرایطی ممکن است Float Response کند شود یا رسوب و Drag افزایش یابد.

7. Solids و Magnetic Particles

وجود Particles می‌تواند روی حرکت Float و Chamber اثر بگذارد.

به‌خصوص ذرات مغناطیسی ممکن است به Float Magnet یا مناطق مغناطیسی تجهیز جذب شوند.

بنابراین وجود Solids باید در مرحله Selection مشخص شود.

8. Centre-to-Centre Distance

در Arrangementهای Side-Mounted باید فاصله دقیق Nozzleها مشخص باشد.

9. Visible Length

محدوده قابل رؤیت موردنیاز باید بر اساس Operating Level Range تعیین شود.

10. Dead Zone

تمام طول فیزیکی Chamber الزاماً Visible Measurement Range نیست.

بالا و پایین Float معمولاً محدوده‌هایی وجود دارد که به دلیل هندسه Float و End Closure قابل نمایش نیستند.

به این نواحی Dead Zone گفته می‌شود.

11. Vent و Drain

باید مشخص شود Chamber در بالا و پایین چه نوع Connection یا Valve نیاز دارد.

MLG28 گزینه‌هایی مانند:

• Vent Plug
• Vent Needle Valve
• Vent Ball Valve
• Drain Plug
• Drain Ball Valve
• Drain Needle Valve
• Blind Flange

دارد.

آیا MLG28 برای فشار و دمای بالا مناسب است؟

Magnetic Level Gauge به‌دلیل جدایی Indicator از Process می‌تواند در بسیاری از سرویس‌های صنعتی سخت استفاده شود.

اما Pressure و Temperature مجاز Configuration-Dependent هستند.

نباید یک Pressure Rating یا Temperature ثابت برای همه MLG28ها اعلام شود.

Chamber Material، Float، Flange Rating، Gasket، Connection و Process Fluid باید همزمان بررسی شوند.

آیا Magnetic Level Gauge برای سیالات خورنده مناسب است؟

می‌تواند مناسب باشد، اگر تمام Wetted Parts با سیال سازگار انتخاب شوند.

این موضوع شامل:

Chamber، Float، Process Connection، Gasket، Vent و Drain

است.

وجود Indicator مغناطیسی بیرونی به‌تنهایی تجهیز را در برابر خوردگی مقاوم نمی‌کند.

آیا Surface Gauge بدون برق کار می‌کند؟

نسخه پایه MLG28 برای نمایش محلی Mechanical است و برای نمایش سطح به برق نیاز ندارد.

اما اگر Transmitter یا Level Switch اضافه شود، بخش الکتریکی طبق Configuration مربوطه نیاز به Wiring و Supply خواهد داشت.

مزایای سطح‌سنج مغناطیسی

از مهم‌ترین مزایای Magnetic Level Gauge می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• نمایش محلی واضح و سریع
• عدم تماس Indicator با Process
• عدم نیاز به برق برای Local Indication
• امکان استفاده در مخازن بسته
• امکان اضافه کردن 4–20 mA Transmitter
• امکان اضافه کردن Level Switch
• ساختار مکانیکی نسبتاً ساده
• مناسب برای بسیاری از سرویس‌های صنعتی
• امکان نصب خارجی روی Vessel

محدودیت‌های سطح‌سنج مغناطیسی

با وجود مزایا، MLG برای همه سرویس‌ها مناسب نیست.

شرایط زیر باید با دقت بررسی شوند:

SG بسیار پایین، Viscosity بالا، سیالات دارای ذرات جامد، رسوب، مواد مغناطیسی، تغییرات زیاد Density، Temperature بسیار بالا یا شرایط خورنده خاص.

آیا تغییر SG می‌تواند باعث خطای Level شود؟

بله.

اگر Float در سیالی با Density متفاوت از مقدار Design استفاده شود، Position شناوری آن تغییر می‌کند.

بنابراین حتی اگر سطح واقعی ثابت باشد، مرکز Float ممکن است نسبت به سطح مقدار متفاوتی پیدا کند.

برای همین Specific Gravity باید در Datasheet درست اعلام شود.

تفاوت Magnetic Level Gauge و Displacer چیست؟

هر دو از Buoyancy استفاده می‌کنند، اما روش Measurement متفاوت است.

Magnetic Level Gauge

Float آزادانه با سطح حرکت می‌کند و Position آن به‌صورت مغناطیسی نمایش داده می‌شود.

Displacer Level Transmitter

Displacer معمولاً ثابت یا Suspended است و تغییر نیروی شناوری اندازه‌گیری می‌شود.

بنابراین این دو فناوری یکسان نیستند.

تفاوت Magnetic Level Gauge و Sight Glass چیست؟

در Sight Glass اپراتور معمولاً خود سیال را داخل یک Glass Chamber مشاهده می‌کند.

اما در Magnetic Level Gauge:

Process Liquid داخل Chamber فلزی است و سطح از طریق Float و Magnetic Indicator نمایش داده می‌شود.

این ساختار می‌تواند در بسیاری از سرویس‌های Pressure و Temperature بالا مزیت داشته باشد.

MLG28 در چه کاربردهایی استفاده می‌شود؟

کاربردهای متداول شامل:

• Storage Tanks
• Process Vessels
• Separators
• Drums
• Chemical Tanks
• Oil & Gas Equipment
• Petrochemical Units
• Water Treatment Systems
• Industrial Utility Tanks

است.

البته هر Application باید از نظر Material، SG، Pressure، Temperature و Geometry بررسی شود.

آیا طول Chamber را فقط از روی ارتفاع مخزن انتخاب می‌کنیم؟

خیر.

پارامترهای طراحی شامل:

Centre-to-Centre، Visible Length، Mounting Arrangement، Connection Position و Dead Zones

هستند.

برای مثال در پروژه‌های واقعی NICO، MLG28هایی با Centre-to-Centre برابر 813 mm و Visible Length برابر 613 mm، و نمونه‌های 1219 mm با Visible Length برابر 1019 mm ارائه شده‌اند.

این مثال نشان می‌دهد C-C و Visible Length یکسان نیستند.

آیا Float برای همه سیالات یکسان است؟

خیر.

Float باید بر اساس:

Specific Gravity، Pressure، Temperature، Material Compatibility و Chamber Geometry

طراحی شود.

به همین دلیل نباید یک Float ثابت را برای تمام Process Fluids مناسب فرض کرد.

آیا نشانگر MLG28 واقعاً سطح را مستقیم اندازه‌گیری می‌کند؟

نه به معنای دقیق فیزیکی.

MLG28:

موقعیت Magnetic Float را نمایش می‌دهد.

از آنجا که Float همراه سطح مایع حرکت می‌کند، این Position به Level تبدیل می‌شود.

اما این تبدیل فقط زمانی دقیق است که:

• Float صحیح انتخاب شده باشد.
• SG واقعی مطابق Design باشد.
• Float آزادانه حرکت کند.
• Chamber تمیز باشد.
• Build-up یا Mechanical Restriction وجود نداشته باشد.

اطلاعات لازم برای RFQ سطح‌سنج مغناطیسی

برای انتخاب صحیح MLG28 بهتر است اطلاعات زیر در RFQ مشخص شوند:

• Fluid Name
• Minimum / Normal / Maximum SG
• Operating Pressure
• Design Pressure
• Operating Temperature
• Design Temperature
• Chamber Material
• Float Material
• Process Connection
• Flange Rating
• Mounting Arrangement
• Centre-to-Centre
• Visible Length
• Required Scale
• Vent / Drain Requirement
• Required Level Switches
• 4–20 mA Transmitter Requirement
• Corrosion Condition
• Solids / Magnetic Particles
• Viscosity

جمع‌بندی

سطح‌سنج مغناطیسی یکی از روش‌های مطمئن و ساده برای نمایش محلی سطح مایع در بسیاری از مخازن صنعتی است.

در NICO MLG28، Chamber به Vessel متصل شده و سطح مایع داخل آن همراه سطح مخزن تغییر می‌کند. یک Float مغناطیسی با تکیه بر نیروی شناوری بالا و پایین می‌رود و میدان مغناطیسی آن Flapperهای خارجی را تغییر وضعیت می‌دهد. به این ترتیب Level بدون تماس مستقیم Indicator با Process قابل مشاهده است.

اما دقت و عملکرد صحیح این سیستم به انتخاب صحیح Float و Process Conditions وابسته است.

مهم‌ترین پارامتر در این انتخاب Specific Gravity است، ولی Pressure، Temperature، Material، Viscosity، Solids، Centre-to-Centre و Visible Length نیز باید همزمان بررسی شوند.

اصل مهم این است:

MLG28 سطح را از روی موقعیت Float نمایش می‌دهد؛ بنابراین هر عاملی که روی شناوری یا حرکت Float اثر بگذارد، می‌تواند روی نمایش Level نیز اثر بگذارد.

سوالات متداول درباره سطح‌سنج مغناطیسی

سطح‌سنج مغناطیسی چگونه کار می‌کند؟

با حرکت یک Float مغناطیسی داخل Chamber و انتقال میدان مغناطیسی آن به Indicator خارجی.

آیا MLG28 برای کار کردن به برق نیاز دارد؟

برای Local Indication خیر. Transmitter یا Switch اختیاری ممکن است نیاز به تغذیه الکتریکی داشته باشند.

چرا SG سیال مهم است؟

چون SG تعیین‌کننده میزان Buoyant Force و عمق غوطه‌وری Float است.

آیا تغییر چگالی باعث خطا می‌شود؟

اگر تغییر SG نسبت به شرایط طراحی زیاد باشد، ممکن است Position Float و Offset نمایش تغییر کند.

آیا Float با Indicator تماس دارد؟

خیر. انتقال Position از طریق Magnetic Coupling انجام می‌شود.

آیا می‌توان خروجی 4–20 mA گرفت؟

بله. TX-R4 به‌صورت Option با خروجی Two-Wire 4–20 mA قابل ارائه است.

آیا Level Switch قابل نصب است؟

بله. Magnetic Level Switch با تعداد و Set Point موردنیاز می‌تواند به‌صورت Option انتخاب شود.

آیا C-C و Visible Length یکسان‌اند؟

خیر. این دو پارامتر مستقل‌اند و باید جداگانه در سفارش مشخص شوند.