การวัดระดับ
Level Measurement
ในงานอุตสาหกรรมเกือบทุกประเภท จะมีงานวัดระดับแทรกอยู่เสมอ เช่น การวัดระดับน้ำมัน น้ำในถังพัก การวัดระดับน้ำมันหล่อลื่นของเครื่องยนต์ โดยอาศัยวิธีการวัดโดยตรง ที่ใช้ลูกลอย หรือ ดิพสติก (Dipsticks) ซึ่งเป็นวิธีการวัดแบบง่ายๆ แต่ถ้าเป็นการวัดระดับในภาชนะที่มีความดันสูง อุณหภูมิสูง เป็นสารเคมีที่มีอันตราย หรือต้องการสัญญาณระดับเพื่อไปใช้ในงานอย่างอื่น เช่น เพื่อการควบคุม บันทึกค่า ดังนี้ จะใช้การวัดโดยตรงไม่ได้ จะต้องประยุกต์หลักการทางวิทยาศาสตร์อื่นๆ เข้าช่วย เพื่อให้งานการวัดระดับบรรลุผลตามความมุ่งหมาย วันนี้ แอดมินเลยมีความรู้ดีๆ เกี่ยวกับการวัดระดับมานำเสนอกันค่ะ
วิธีการวัดระดับพอจะแบ่งเป็นหลักการใหญ่ๆ ได้สองประเภทคือ
- วิธีการวัดโดยตรง (direct)
- วิธีการวัดโดยใช้หลักวิทยาศาสตร์อย่างอื่นเข้าช่วย (Inferential) ในสภาพงานที่มีปัญหา เช่น การวัดระดับน้ำใต้ดินในการขุดเจาะบ่อบาดาล การวัดระดับของน้ำในหม้อไอน้ำที่มีความดันและอุณภูมิสูงเพื่อควบคุมการป้อนน้ำเลี้ยงในอัตราที่เหมาะสม หรือการวัดระดับของผงถ่าน เมล็ดพืชในถังเก็บ เหล่านี้จะต้องอาศัยหลักการทางวิทยาศาสตร์เข้าช่วย ในปัจจุบันที่มีใช้อยู่ในวงการอุตสาหกรรม ได้แก่
- หลักการของแรงและความดัน (Force and Pressure)
- หลักการทางไฟฟ้า (Resistance & Capacitance)
- หลักการเดินทางของเสียง (Ultrasonic)
- หลักการแผ่รังสีและการดูดซึมพลังงานของสสาร (Radiation)
วิธีการวัดโดยตรง เป็นวิธีการที่ประหยัด ง่าย และเชื่อถือได้ ที่มีใช้อยู่ในปัจจุบันได้แก่
Sight Glass
ลักษณะที่สำคัญ
ย่านการวัดมาตรฐานทั่วไปจะใช้วัดระดับไม่เกิน 900 mm หากเกินกว่านี้จะต้องใช้ Sight Glass มากกว่า 2 อัน มาต่อเรียงกันในลักษณะ Overlapping กัน
sight glass
ที่มา practical process instrumentation and control, The staff of chemical engineering,Mc Graw-hill
sight glass 2 อันติดต่อกัน
ที่มา หลักการและการใช้งานเครื่องมือวัดอุตสาหกรรม โดย สมศักดิ์ กีรติวุฒิเศรษฐ์
การติดตั้งใช้งานจริง
ข้อดีของ Sight Glass
- อ่านค่าได้โดยตรง
- สามารถออกแบบพิเศษให้สามารถทนความดันได้ถึง 10,000 psi และทนอุณหภูมิได้สูงถึง 750oF
- วัสดุที่ใช้ทำ Sight Glass สามารถออกแบบให้ทนต่อสภาพการกัดกร่อนได้เป็นอย่างดีเช่นใช้พลาสติก หรือแก้ว เป็นต้น
ข้อจำกัดของ Sight Glass
- การอ่านค่าโดยตรงอาจไม่สะดวก เช่นกรณีที่ติดตั้งไว้บนที่สูงหรือด้านบนของถัง เป็นต้น
- ค่าความแม่นยำ (Accuracy) ขึ้นอยู่กับความสะอาดของช่องมอง,สภาพของของของไหล เช่นความใสและผู้อ่าน ซึ่งควบคุมได้ยาก
- กรณีของเหลวมีสีใส ทำให้ยากสำหรับการอ่านค่า
- ในสภาพที่มีอากาศหนาวจัด อาจทำให้ของเหลวบริเวณ Sight Glass เกิดการแข็งตัว ในกรณีที่ Sight Glass ติดตั้งไว้ภายนอก
- การกระเพื่อมของของเหลว ทำให้การอ่านค่ากระทำได้ยาก
Sight glass มี 2 แบบ คือ
แบบหลอดแก้ว (Tubular Glass)
ใช้ติดตั้งโดยตรงกับภาชนะที่ต้องการวัดระดับของของเหลวภายใน
ข้อดี
- ราคาถูก ติดตั้งง่าย ค่าบำรุงรักษาต่ำ
- สามารถอ่านค่าได้โดยตรงทันที มีความน่าเชื่อถือได้
ข้อจำกัด
- ใช้งานที่อุณหภูมิสูงไม่ได้
- ใช้งานที่ความดันสูงไม่ได้
- แตกง่าย ดังนั้นจึงไม่เหมาะกับระบบที่มีความสำคัญมาก ๆ หรือไม่เหมาะกับการวัดระดับของสารที่เป็นอันตราย เช่น กรดเข้มข้น หรือในบริเวณที่มีอันตรายสูง
- การมองระดับต้องเข้าไปอ่านค่าใกล้ ๆ บางครั้งก็ยากแต่การสังเกต (ในกรณีที่เป็นสีใส) แต่สามารถแก้ไขโดยใช้แถบสีสะท้อนแสงติดไว้ด้านหลังของหลอดแก้วพร้อม Scale และใช้เลนส์นูนทำเป็นหลอดแก้ว ทำให้การอ่านค่าได้ง่ายขึ้น
แบบแผ่นแก้วเรียบ (Flat Glass) มี 2 แบบ คือ
- แบบแผ่นแก้วเรียบสะท้อน (Flat Refection Glass) แบบนี้เหมาะสำหรับการวัดระดับของของเหลวที่มีสีใส, สะอาด, ค่าความหนืดต่ำ โดยส่วนที่เป็นของเหลวจะปรากฏเป็นทึบแสง ส่วนที่เป็นช่องว่างหรือเหนือระดับของเหลวจะปรากฏเป็นลักษณะโปร่งใสดังภาพ
แผ่นแก้วจะทำจากวัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่ำมาก ดังนั้น จึงสามารถใช้งานในบริเวณที่มีความร้อนได้ นอกจากนี้ยังสามารถรับแรงกระทำได้ดีอีกด้วย
สามารถออกแบบให้ทนความดันได้สูงถึง 4000 psi และทนอุณหภูมิได้สูงถึง 400oC
sight glass แบบแผ่นแก้วเรียบ
การติดตั้งโดยมีโลหะครอบป้องกัน
- แบบหลายช่องมอง (Multi-port Sight Glass)
แบบนี้เหมาะสำหรับการวัดระดับของของเหลวที่อยู่ภายใต้สภาวะความดันและอุณหภูมิสูง โดยเฉพาะ เช่น Boiler Drum
หลักการวัดระดับของ Boiler Drum โดยใช้ Multiport Sight Glass ใช้หลักการหักเหของแสงในน้ำและไอน้ำ โดยกำหนดให้น้ำเป็นสีเขียว ไอน้ำเป็นสีแดง
หลักการทำงาน
ตัว Gauge Body จะมีลักษณะเป็นรูปสี่เหลี่ยมคางหมู โดยมี Glass Filter สีเขียวและสีแดง ติดตั้งอยู่ด้านข้างในลักษณะที่ไม่ขนานกับตัว Gauge Body ดังรูป
ที่มา http://www.cesare-bonetti.it
ภายใน Gauge Port จะต่อเชื่อมเข้ากับ Process ใน Boiler Drum ตัวหลอดไฟ (Illuminator) จะติดตั้งไว้ด้านหลังของ Glass Filter ด้านตรงข้ามกับจุดที่ช่องมองระดับ (Indicator) หลอดไฟจะส่องแสงผ่าน Glass Filter ที่ยอมให้แสงสีเขียวและสีแดงผ่านเท่านั้น
เมื่อ Gauge Port มี Steam อยู่ภายในแสงสีเขียวที่ส่องผ่านมา จะเกิดการหักเห ส่วนแสงสีแดงจะส่องผ่านไปยังช่องมองระดับ (Indicator) ทำให้เห็นเป็นสีแดง ซึ่งหมายถึง ส่วนที่เป็น Steam
และเมื่อ Gauge Port มีน้ำอยู่ภายในแสงสีแดงจะหักเหออกไป เหลือแต่แสงสีเขียวที่ส่องผ่านไปยังช่องมองระดับได้ จึงเห็นเป็นสีเขียว ซึ่งหมายถึง น้ำ
โดยตัว Gauge Port จะติดตั้งเรียงกันไว้หลาย ๆ วันติดต่อกันดังรูป จึงเรียกว่า Multi Port Level Gauge การออกแบบ Gauge ชนิดนี้ต้องเป็นไปตาม ASME Boiler and Pressure Vessel Code ด้วย โดยทั่วไปสามารถทนความดันได้ถึง 3000psi ที่อุณหภูมิ 700oF
ที่มา http://www.cesare-bonetti.it
การวัดระดับน้ำของ Boiler Drum หรือ Pressure Vessel อื่น ๆ เป็นสิ่งที่สำคัญมาก ทั้งนี้เนื่องจากอุณหภูมิและความดันภายในนั้นสูงมาก จึงใช้วิธีการวัดระดับแบบปกติไม่ได้ จำเป็นต้องมีเครื่องมือพิเศษ ดังที่กล่าวติดตั้งไว้ นอกจากนี้ยังมี Level Transmitter อีก อย่างน้อย 2 ตัว ที่ติดตั้งคอยตรวจจับระดับน้ำและส่งสัญญาณไปยังห้องควบคุม เพื่อประมวลผลสั่งการต่อไป
ระดับของน้ำใน Boiler Drum มีความสำคัญต่อระบบการผลิตไอน้ำเป็นอย่างมาก ดังแสดงในภาพ
Multi-port sight glass for boiler drum
ที่มา http://www.cesare-bonetti.it
การติดตั้งใช้งาน
ที่มา http://www.penberthy-online.com
http://www.yarway.com
การติดตั้งใช้งานโดยมีครอบโลหะป้องกัน
level glass component
การติดตั้งลักษณะต่างๆ
ที่มา http://www.cesare-bonetti.it
Float Type หรือ ลูกลอย
การวัดระดับของเหลวที่นิยมมากที่สุดวิธีหนึ่ง ก็คือ การวัดระดับของของเหลวโดยใช้ลูกลอยวัดการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งของลูกลอย (Float)
เครื่องวัดแบบลูกลอย (Float Type Meter) เป็นวิธีวัดที่มีโครงสร้างง่ายๆ สามารถใช้ได้กับงานในสภาพที่มีอุณหภูมิสูง และภายใต้สภาพความดันสูงๆ ง่ายต่อการใช้ สะดวกต่อการปรับแต่ง (Calibrate) มีความเที่ยงตรงสูง
การวัดระดับโดยลูกลอย ในการวัดระดับของของเหลวโดยอาศัยการลอยตัวของลูกลอย การที่ลูกลอยสามารถลอยได้นิ่งอยู่บนของเหลว แสดงว่าแรงที่กดลงมาซึ่งก็คือน้ำหนักของลูกลอย ซึ่งถูกกระทำด้วยแรงดึงดูดของโลก จะต้องมีค่าเท่ากับน้ำหนักของเหลวที่มีปริมาตรเท่ากับส่วนที่ลูกลอยจมในของเหลว เมื่อระดับของของเหลวเปลี่ยนแปลงจะทำให้ลูกลอยเคลื่อนที่ขึ้น-ลงตามไปด้วย จึงสามารถต่อแกนขึ้นในแนวตั้งเพื่อชี้บอกค่าระดับได้ ตามรูปแสดงโครงสร้างอย่างง่ายๆ
หลักการของลูกลอย
หลังจากได้อ่านบทความนี้แล้ว ทุกท่านคงสามารถเลือกรูปแบบการวัดระดับให้เหมาะสมกับรูปแบบงานอุตสาหกรรมของท่านแล้วใช่ไหมคะ
ท่านสามารถเข้าไปชมสินค้าเกี่ยวกับงานวัดระดับของเราได้ที่