Level Sensor

Fungsi Level Sensor akan kita bahas disini, Level sensor yang digunakan untuk mengukur level dari suatu media baik level untuk liquid maupun level untuk lumpur dan powder mempunyai banyak jenis.

Sensor level adalah perangkat yang dapat digunakan untuk memantau atau menetapkan level cairan atau padat dalam tangki, bejana, atau wadah lain yang digunakan sebagai bagian dari suatu proses atau sistem. Ada berbagai jenis sensor level yang digunakan dalam pengaturan dan sistem kontrol proses industri, pemilihannya tergantung pada jenis cairan atau padatan yang dipantau, seberapa banyak akses yang tersedia untuk cairan atau padatan, dan sifat-sifatnya.

Level Sensors and Level Gauges

Level Sensor dan Level Gauges melakukan fungsi yang sangat mirip dan terminologi untuk kedua jenis perangkat ini sering digunakan secara bergantian. Untuk tujuan artikel ini, perbedaan akan dibuat untuk membantu membedakan kedua perangkat. Sensor level umumnya perangkat yang menghasilkan output listrik dengan nilai karakteristik yang mewakili tingkat media yang dipantau.

Output ini secara tidak langsung mewakili level fluida dalam beberapa cara yang kurang lebih proporsional sehingga output sinyal dapat dikalibrasi dan diubah menjadi pembacaan level yang sebenarnya. Jadi, di tangki bahan bakar kendaraan bermotor, misalnya, sensor level yang dipasang di tangki bahan bakar digunakan untuk menghasilkan output listrik yang akan mampu bertindak sebagai input ke perangkat (pengukur level) yang menampilkan pembacaan level bahan bakar ke supir.

Sensor mengubah tingkat bahan bakar menjadi tegangan listrik, hambatan, atau parameter lain yang bertindak sebagai parameter jumlah fisik bahan bakar yang tersisa di dalam tangki. Istilah pengukur level adalah perangkat yang menghasilkan pengukuran langsung level cairan atau padat, sedangkan sensor level memberikan output tidak langsung yang mewakili level tetapi tidak ditampilkan langsung ke pengguna. Dalam contoh mobil, kedua perangkat digunakan – sensor di tangki bahan bakar dan pengukur di dasbor.

Jenis Umum Sensor Level

Sensor level terbagi menjadi dua jenis umum yang dikenal sebagai sensor level titik dan sensor level kontinu. Sensor level titik adalah sensor yang dirancang untuk memantau saat level dalam wadah telah mencapai titik atau posisi tertentu. Perangkat mekanis umum yang berfungsi sebagai sensor level titik dan yang kebanyakan orang kenal adalah katup pelampung yang ditemukan di banyak tangki toilet.

High-frequency limit level sensor RFLS – 35 Dinel

Tujuan dari katup pelampung adalah untuk menetapkan saat ketinggian air di dalam tangki telah mencapai titik pengisian. Pergerakan pelampung saat permukaan air naik ke titik pengisian yang diinginkan menutup katup pengisian, mencegah tangki toilet dari pengisian yang berlebihan. Setelah toilet disiram, ketinggian air di tangki turun, menyebabkan pelampung turun dan membuka kembali katup pengisi untuk memungkinkan air segar mengisi ulang tangki. Sensor level titik digunakan untuk menetapkan bahwa suatu kondisi telah tercapai – yaitu memantau saat level pada wadah telah mencapai titik tertentu yang diinginkan. Dalam pengertian itu, mereka adalah perangkat biner dan tidak menetapkan level apa selama titik waktu lain di luar kondisi yang ditetapkan.

Jenis kontinu dirancang untuk memberikan pembacaan level di semua posisi level cairan dalam wadah. Sensor bahan bakar untuk mobil yang disebutkan sebelumnya adalah contoh dari sensor level kontinu, artinya sensor ini mengirimkan sinyal ke pengukur bahan bakar di dasbor untuk setiap nilai status bahan bakar tangki. Ini terus memasok informasi tentang tingkat bahan bakar di dalam tangki.

Karakterisasi lain yang digunakan untuk menggambarkan sensor level adalah mengklasifikasikannya sebagai jenis sensor invasif atau non-kontak. Sensor invasif adalah sensor di mana beberapa bagian dari sensor harus bersentuhan dengan cairan atau zat yang levelnya sedang diukur agar perangkat dapat melakukan pembacaan. Sebaliknya, sensor non-kontak menggunakan teknologi yang tidak mengharuskan sensor untuk langsung direndam dalam cairan yang diukur tetapi menggunakan pendekatan non-invasif seperti mentransmisikan gelombang ultrasonik atau gelombang elektromagnetik untuk menetapkan level.

Jenis dan Teknologi Sensor Level

Level Sensor menggunakan salah satu dari beberapa pendekatan teknologi untuk menetapkan level zat yang dipantau. Metode ini menggunakan posisi mekanis, perubahan karakteristik listrik, atau energi elektromagnetik atau akustik untuk mengubah level menjadi sinyal yang dapat digunakan yang dapat dikalibrasi untuk mencerminkan indikasi level yang akurat dalam wadah.

Pemilihan pendekatan untuk setiap aplikasi yang diberikan akan tergantung pada sifat material yang levelnya diukur (disebut media), sifat fisiknya (seperti viskositas, korosifitas, dll.) dan kondisi operasi seperti suhu, tekanan, dan rentang nilai di mana sensor perlu beroperasi.

Teknologi utama yang digunakan tercermin dalam berbagai jenis sensor level ini:

Float switches or sensors
Rotary paddle level switches or sensors
Hydrostatic
Load cell
Optical
Vibrating (tuning fork)
Ultrasonic level sensors
Electromagnetic (radar)
Laser
Magnetorestrictive
Capacitive
Conductive or Resistive

Float Switches or Sensors

Float Switches adalah jenis sederhana dari sensor level titik, berperilaku mirip dengan katup pelampung toilet yang merupakan analog mekanis. Dalam kasus sensor pelampung listrik, pelampung mekanis naik dan turun saat ketinggian dalam wadah berubah. Ketika level mencapai titik setel yang ditetapkan, gerakan pelampung bertindak untuk menutup atau membuka satu set kontak sakelar, yang membuat atau memutus jalur sirkuit listrik.

Perubahan status sakelar kemudian dapat digunakan untuk membunyikan alarm atau memicu beberapa tindakan yang diperlukan seperti mematikan atau menyalakan pompa. Biasanya, sakelar buluh single pole single throw (SPST) atau single pole double throw (SPDT) digunakan.

Sensor apung adalah perangkat yang relatif sederhana, murah dan mudah dipasang, tetapi harus direndam dalam media yang harus dipantau agar dapat berfungsi. Karena pelampung adalah komponen mekanis yang bergerak, ada beberapa potensi pelampung menempel yang dapat membuat fungsi sensor tidak berfungsi.

Rotary Paddle Level Switches

Sensor atau sakelar level dayung putar adalah bentuk lain dari sensor level titik yang digunakan untuk merasakan level padatan kering atau curah di pertambangan, silo, hopper, makanan & minuman, dan silo biji-bijian misalnya. Fungsi Level Sensor Perangkat ini menggunakan gerakan elektromekanis untuk mendeteksi keberadaan material curah.

Sensor terdiri dari dayung yang digerakkan oleh motor listrik sinkron. Dengan tidak adanya material pada level sensor, dayung berputar dengan bebas. Ketika level material di dalam bin atau container mencapai sensor paddle, hal itu menyebabkan paddle berhenti berputar yang menciptakan sinyal torsi. Mekanisme kopling melepaskan motor dari dayung, dan sakelar menutup untuk memberi sinyal bahwa tingkat material curah telah mencapai sensor. Setelah tingkat material curah telah jatuh di bawah dayung, dayung mulai berputar lagi, dan sinyal sakelar disetel ulang.

Hydrostatic Level Sensors

Jenis Hydrostatic yang menggunakan prinsip hidrostatik termasuk displacer, bubbler, dan pemancar tekanan diferensial. Displacer, juga disebut sensor tingkat perpindahan, bekerja menggunakan prinsip Archimedes. Sebuah kolom bahan padat disuspensikan di dalam wadah berisi media yang dipantau. Ketinggian kolom ini harus cukup untuk memanjang dari titik terendah ke titik tertinggi yang dipantau, dan massa jenis bahan harus lebih besar dari media, artinya akan tenggelam dan tidak mengapung saat direndam. Di bagian atas kolom bahan padat adalah transduser gaya.

Saat ketinggian media naik dalam wadah, kolom menggantikan cairan yang jumlahnya berhubungan dengan luas penampang kolom dan tinggi cairan di dalam wadah. Gaya apung dibuat yang mengimbangi gaya yang dibutuhkan untuk menahan kolom karena gravitasi – perbedaan gaya ini dideteksi oleh transduser dan dapat dikaitkan langsung dengan tingkat cairan dalam wadah. Karena sensor mengukur gaya apung berdasarkan perpindahan, kolom perlu diperpanjang ketinggiannya ke posisi apa pun yang perlu dipantau. Karena jenis sensor ini dapat beroperasi di berbagai posisi, sensor tingkat perpindahan adalah monitor berkelanjutan.

Jenis bubbler menggunakan tabung celup yang dimasukkan ke dalam tangki atau bejana dengan ujung terbuka di dekat bagian bawah tangki. Tabung terhubung ke suplai udara atau gas inert yang tekanan jalur suplainya dipantau dengan transduser tekanan. Untuk mengukur ketinggian media di dalam tangki, gas dalam tabung celup mengalir ke ujung tabung yang terbuka. Tekanan di dalam tabung celup dimonitor dan akan naik sampai cukup untuk mengatasi tekanan hidrostatik level fluida di dalam bejana. Tekanan sama dengan densitas media dikalikan dengan jarak dari dasar tabung celup ke ketinggian media di dalam bejana. Dengan memantau tingkat tekanan, indikasi tingkat media dapat ditentukan.

Sensor atau pemancar tingkat tekanan diferensial melakukan pengukuran perbedaan antara tekanan total di bagian bawah tangki atau bejana dan tekanan kepala atau tekanan statis di dalam tangki. Perbedaan tekanan sekali lagi terkait dengan tingkat cairan di dalam tangki, sama dengan densitas cairan dikalikan dengan ketinggian cairan. Ini juga merupakan monitor level berkelanjutan.

Load Cell Level Sensors

Pengukur noda atau sel beban juga dapat digunakan untuk menentukan tingkat cairan media dalam wadah. Sel beban dimasukkan ke dalam struktur mekanis yang menopang tangki atau bejana dan oleh karena itu dapat merasakan perubahan gaya yang dihasilkan dari perubahan tingkat cairan di dalam bejana. Fungsi Level Sensor Saat ketinggian media berubah, berat bejana berubah dan jika digabungkan dengan benar, perubahan berat ini dapat dideteksi oleh sel beban dan digunakan untuk menetapkan ketinggian cairan di dalam bejana.

Kesulitan dengan bentuk sensor level ini adalah bahwa penggabungannya ke dalam dukungan struktural kapal harus dirancang dengan benar untuk menciptakan, pada dasarnya, struktur mengambang yang bebas untuk menanggapi setiap perubahan berat yang dihasilkan dari perubahan level media. Kekuatan mekanis lainnya, seperti dampak pemanasan, beban angin, atau sambungan pipa kaku, semuanya dapat memengaruhi keakuratan dan kesesuaian jenis sensor level non-invasif ini.

Optical Level Sensors

Jenis optik, juga disebut sakelar level optik, bekerja berdasarkan prinsip pembiasan cahaya. Fungsi Level Sensor yang berisi sumber cahaya LED dan fototransistor. Ketika level media berada di bawah sensor, cahaya dari LED dipantulkan kembali ke fototransistor. Setelah level media naik dan sensor terbenam, sebagian cahaya dibiaskan melalui lensa sensor ke media, yang mengubah level sinyal ke fototransistor, memungkinkan indikator bahwa media telah mencapai level sensor. Sensor level optik adalah sensor titik dan cocok untuk memantau kondisi level cairan yang tinggi, rendah, atau menengah. Cairan yang dapat melapisi sensor, yang menggelembung atau berbusa, serta permukaan tangki yang sangat reflektif, dapat menyebabkan masalah dengan kinerja perangkat ini.

Vibrating (tuning fork) Level Sensors

Jenis getar atau jenis level garpu tala terdiri dari dua tipe yang menyerupai garpu tala yang digunakan oleh teknisi piano dan musisi. Prinsip pengoperasian perangkat ini sangat sederhana. Fungsi Level Sensor ini memiliki frekuensi resonansi alami yang akan bergetar tanpa adanya media apa pun. Setelah sensor bersentuhan dengan media, frekuensi resonansinya akan berubah, yang dapat digunakan untuk menentukan ketinggian media di dalam tangki atau bejana. Perangkat ini merupakan sensor imersif dan memiliki berbagai kegunaan dalam makanan & minuman, pertambangan, dan pemrosesan kimia. Mereka adalah sensor level titik yang digunakan untuk aplikasi overfill atau run-dry.

Ultrasonic Level Sensors

Jenis ultrasonik adalah bentuk sensor level kontinu non-kontak yang menggunakan energi akustik untuk menetapkan level media di dalam bejana. Transduser ultrasonik dipasang di permukaan atas kapal yang menghadap ke bawah. Transduser menghasilkan pulsa ultrasonik yang berada dalam kisaran kilohertz, mengarahkan sinyal akustik ke bawah menuju permukaan cairan di dalam tangki.

Waktu transit atau time of flight (TOF) diukur, yaitu waktu yang diperlukan untuk perjalanan bolak-balik sinyal yang dipancarkan oleh transduser untuk dipantulkan ke permukaan media dan kembali lagi untuk direkam oleh transduser. Waktu ini kemudian dapat digunakan untuk menetapkan ketinggian media di dalam tangki. Suara di udara bergerak sekitar 1.115 kaki/detik pada 60o F, jadi waktu transit berada di urutan milidetik per kaki.

Kecepatan energi akustik tergantung pada sejumlah faktor seperti campuran gas spesifik yang ada dalam tangki di atas permukaan media serta suhu. Sensor level ultrasonik digunakan dalam kasus di mana pengukuran dilakukan dalam tekanan atmosfer udara atau nitrogen.

Radar Level Sensors

Seperti halnya jenis energi akustik, sensor level elektromagnetik, atau sensor level radar, memanfaatkan frekuensi radio atau energi gelombang mikro yang dihasilkan oleh pemancar yang diarahkan ke bawah menuju permukaan media di dalam tangki dari antena yang dipasang di bagian atas. Waktu perjalanan pulang pergi untuk sinyal merupakan indikator level cairan di dalam tangki atau bejana. Karena energi RF bergerak dengan kecepatan cahaya, waktu transit jauh lebih singkat dibandingkan dengan sensor ultrasonik. Refleksi terjadi pada antarmuka media dan udara di mana konstanta dielektrik berubah.

Konstanta dielektrik media merupakan penentu utama keandalan dan akurasi radar dan sensor level gelombang mikro. Untuk media yang memiliki konstanta dielektrik rendah, sebagian besar energi melewati media dan tidak dipantulkan kembali untuk dideteksi. Sensor level radar dapat berupa jenis udara terbuka, di mana energi elektromagnetik ditransmisikan melalui udara ke permukaan media, atau dapat berupa Guided Wave Radar (GWR), di mana energi diarahkan melalui pemandu gelombang kabel yang kaku atau fleksibel ke bawah. menuju permukaan media. Sensor level Radar Gelombang Terpandu umumnya lebih efisien karena energi diarahkan secara ketat di pemandu gelombang dibandingkan dengan terpancar terbuka di udara. Mereka juga menyelesaikan masalah dengan gema dari permukaan tangki yang lebih umum dengan sensor radar udara terbuka.

Laser Level Sensors

Jenis laser atau pemancar level laser menggunakan energi cahaya koheren dari laser untuk menetapkan level media dalam wadah atau tangki. Prinsip pengoperasiannya mirip dengan sensor level ultrasonik dan radar/microwave – pulsa cahaya diarahkan ke bawah menuju permukaan media, yang kemudian dipantulkan kembali dan dideteksi. Waktu transit pulang pergi digunakan untuk menetapkan ketinggian media di dalam kapal dengan mengubah TOF menjadi nilai jarak.

Karena sinar laser menunjukkan divergensi sinar yang sangat kecil, tidak ada gema atau sinyal balik dari permukaan lain seperti halnya dengan sensor level radar udara terbuka. Sensor level laser bekerja dengan baik untuk bejana yang memiliki penghalang dan juga dapat dipasang secara eksternal dengan energi laser yang melewati jendela penglihatan optik yang dirancang khusus, memungkinkan sensor ini digunakan dengan bejana yang beroperasi dengan kondisi suhu atau tekanan tinggi.

Magnetorestrictive Level Sensors

Jenis magnetoresistive menggunakan prinsip yang disebut magnetorestriction, di mana bahan feromagnetik akan berinteraksi dengan dan mengalami perubahan sifat-sifatnya ketika di hadapan medan magnet yang diterapkan. Prinsip pengoperasian untuk jenis ini adalah sebagai berikut.

Sensor terdiri dari pelampung yang dilekatkan pada batang logam yang berorientasi vertikal yang memungkinkan pelampung bergerak ke atas dan ke bawah saat ketinggian media di dalam bejana naik dan turun. Pelampung berisi magnet permanen yang menciptakan medan magnet statis di sekitar pelampung dan batang logam. Terlampir pada salah satu ujung batang logam adalah paket sirkuit elektronik yang menciptakan pulsa arus periodik melalui batang logam pada interval tertentu.

Ketika pulsa bergerak melalui batang logam, itu menciptakan medan magnet melingkar di sekitar batang. Ketika medan magnet melingkar yang dihasilkan oleh pulsa arus berinteraksi dengan medan magnet statis dari magnet permanen di pelampung, tegangan puntir dibuat di logam batang, menyebabkan puntiran yang dikenal sebagai efek Wiedemann. Hasil tegangan dalam penciptaan gelombang tegangan yang merambat sepanjang batang logam di kedua arah. Ujung batang tanpa elektronik berisi peredam untuk menghilangkan kemungkinan gelombang tegangan yang berasal dari pelampung yang memantul dari ujung batang logam itu kembali ke ujung lain yang berisi elektronik.

Sementara itu, pulsa tegangan yang merambat kembali dari pelampung ke ujung batang logam dengan elektronik dideteksi dan waktu terbangnya diukur relatif terhadap pulsa arus yang dikirim dari elektronik. Karena kecepatan gelombang akustik di batang logam adalah nilai tetap yang diketahui, mengukur interval waktu antara saat pulsa arus diterapkan dan tegangan puntir diamati menyediakan sarana untuk menetapkan di mana posisi pelampung terletak relatif terhadap lokasi. dari paket elektronik.

Interval waktu ini dapat diubah menjadi sinyal tegangan dan digunakan untuk memberikan posisi mengapung dan oleh karena itu ketinggian cairan di dalam tangki. Perlu dicatat bahwa karena pulsa arus dikirim secara berkala, jenis sensor level ini tidak secara terus menerus memantau posisi float, sehingga ada waktu mati antara pulsa di mana deteksi level tidak terjadi.

Capacitive Level Sensors

Jenis Capacitive bergantung pada fakta bahwa media atau cairan yang dipantau memiliki konstanta dielektrik yang berbeda dari udara, menggunakan perbedaan ini untuk mendeteksi saat level cairan dalam tangki telah mencapai level sensor. Fungsi Level Sensor ini terdiri dari dua pelat di mana medan listrik terbentuk. Perubahan kapasitansi diukur, seperti yang akan terjadi ketika udara antara pelat digantikan oleh cairan yang dipantau, mengubah konstanta dielektrik dari bahan intervensi antara pelat kapasitor. Perubahan nilai kapasitansi mencerminkan tingkat cairan dalam tangki.

Versi sensor level kapasitif tersedia yang dapat digunakan untuk aplikasi imersif dan non-kontak, dan gaya yang berbeda tersedia untuk digunakan dengan media konstanta dielektrik rendah dan tinggi. Mereka umumnya kecil, murah, dan akurat, tetapi mereka membutuhkan kalibrasi untuk pengaturan bejana dan tidak cocok untuk semua cairan.

Conductive atau Resistive Level Sensors

Jenis konduktif, juga disebut sensor level resistif atau sensor probe konduktif, digunakan untuk mengukur level cairan atau cairan yang konduktif secara elektrik. Perangkat ini terdiri dari satu set dua probe yang direndam dalam media yang diukur, satu lebih panjang dari yang lain.

Probe yang lebih pendek berukuran panjang yang diperlukan agar sesuai dengan titik pemicu atau titik alarm yang diinginkan yang diperlukan untuk level di tangki atau bejana. Probe terpasang ke rumah elektronik dan pengontrol yang berada di atas permukaan cairan. Sirkuit elektronik menghasilkan sinyal AC tingkat rendah yang diterapkan ke dua probe. Ketika level cairan di dalam bejana cukup tinggi untuk menutupi kedua probe, jalur konduktif elektrik lengkap ada antara probe dan cairan yang kemudian mengaktifkan sakelar semikonduktor untuk menunjukkan bahwa level di dalam bejana melebihi set point. Jika level media turun sehingga probe yang lebih pendek tidak lagi terendam dalam media, maka sirkuit dibuka (konduksi berhenti) yang menurunkan aliran arus ke nol dan mematikan sakelar semikonduktor.

Probe tambahan dengan panjang yang bervariasi dapat ditambahkan untuk memberikan lebih banyak titik pemantauan sesuai kebutuhan. Jenis konduktif tidak mahal dan sederhana serta aman untuk dioperasikan karena melibatkan voltase rendah. Namun, penerapannya terbatas pada kasus yang melibatkan pengukuran cairan yang bersifat konduktif secara elektrik, dan memerlukan pemeriksaan dan pemeliharaan rutin untuk memastikan bahwa tidak ada penumpukan sedimen pada permukaan probe yang dapat membatasi kemampuan perangkat untuk beroperasi dengan sensor tingkat titik desain mereka.