Su Seviye Sensörü Çeşitleri ve Çalışma Prensibi

Su seviye sensörü nedir?

Su seviye sensörü, bir depodaki, kuyudaki ya da kanaldaki suyun ne kadar yükseldiğini ölçen ya da suyun önceden belirlenen bir yüksekliğe gelip gelmediğini haber veren cihazdır. Aynı cihaz ailesi yalnız suda değil, başka sıvılarda ve akışkan gibi davranan toz ve granül katılarda da seviye algılar. “Sıvı seviye sensörü” ve “su seviyesi sensörü” adları da aynı cihazlar için kullanılır.

Seviye bilgisi bir göstergede okunur, kontrol sistemine sinyal olarak gönderilir, bir pompayı çalıştırıp durdurur ya da seviye güvenli sınırların dışına çıktığında alarm verir.

Su seviye sensörü nasıl çalışır?

Su seviye sensörü, suyun yüksekliğini fiziksel bir etkiden algılar: dipteki su basıncı (hidrostatik), su yüzeyinden dönen ses ya da radar yankısı (ultrasonik, radar), su yükseldikçe değişen kapasitans (kapasitif), elektrotlar arasında suyun tamamladığı devre (iletken prob) ya da suya değen çatalın rezonans frekansındaki düşüş (titreşimli şalter). Sensörler verdikleri bilgiye göre de iki gruba ayrılır:

• Sürekli seviye ölçümü: Sensör seviyeyi belirli bir ölçüm aralığı boyunca izler; depo boşken, yarıdayken ve doluyken farklı bir değer verir. Bu değer 4-20 mA gibi standart bir sinyalle göstergeye ya da kontrol sistemine aktarılır. Çıkış sinyallerinin ayrıntısı transmitter nedir rehberindedir.
• Nokta seviye algılama: Sensör yalnız suyun bir algılama noktasının üstünde mi altında mı olduğunu söyler. Bu cihazlara seviye şalteri denir; çıkışları bir kontak ya da anahtarlama sinyalidir (örneğin röle ya da PNP/NPN) ve pompa ya da alarm devresini sürmek için kullanılır.

Sensör, transmitter ve şalter arasındaki fark endüstriyel sensör çeşitleri rehberindedir.

Temaslı ve temassız su seviye sensörleri nelerdir?

Bir proses kontrol ders kitabı seviye sensörlerini ölçülen malzemeyle temaslarına göre iki gruba ayırır: temaslı sensörler tankın içinde malzemeyle fiziksel temas halindedir, temassız sensörler ise gönderdikleri sinyali malzemenin yüzeyinden yansıtır. Bu ayrıma göre hidrostatik, kapasitif, iletken, titreşimli ve şamandıralı sensörler suya değer; ultrasonik ve radar sensörler suyun üstüne yerleştirilir ve gönderdikleri ses ya da elektromanyetik dalga su yüzeyinden yansıyarak geri döner.

Temassız su seviye sensörü (temassız sıvı seviye sensörü), sensörün sıvıya değmesinin istenmediği yerlerde, örneğin çok viskoz sıvılarda kullanılır. Yankının dönüş süresine dayanan bu cihazlar sıvının yoğunluğundaki değişimden etkilenmez; buna karşılık doğrulukları, dalganın sensör ile yüzey arasındaki yayılma hızının bilinmesine ve kararlı kalmasına bağlıdır. Radarın bir türü olan kılavuzlu (guided wave) radar ise dalgayı sıvıya uzanan bir prob boyunca gönderir; bu tipte prob sıvıya değer.

Su seviye sensörü çeşitleri nelerdir?

Aşağıdaki tablo, suda kullanılan başlıca seviye ölçüm türlerini ve sitemizdeki bu türden modelleri özetler. Tüm modeller seviye sensörü sayfasındadır.

Tür	Ölçüm	Suya temas	Sitemizdeki model
Hidrostatik (daldırma tip)	Sürekli	Temaslı	BHPT2013
Ultrasonik	Sürekli	Temassız	Ultrasonik Seviye Sensörü
Radar	Sürekli	Temassız (kılavuzlu tipte prob sıvıya uzanır)	BCR1100
Kapasitif	Sürekli ya da nokta	Temaslı	-
İletken (elektrotlu) prob	Nokta	Temaslı	-
Titreşimli (çatallı) şalter	Nokta	Temaslı	Titreşim Tip Seviye Şalteri
Şamandıralı şalter	Nokta	Temaslı	-
Manyetik seviye göstergesi	Sürekli gösterge; bazı modellerde kontak	Şamandıra sıvının içinde	Manyetik Seviye Göstergesi

Hidrostatik (daldırma tip) su seviye sensörü

Hidrostatik sensör, suyun dipteki basıncını ölçer. Dikey bir su sütununun tabanındaki basınç, sütun yükseldikçe artar ve tankın genişliğine ya da biçimine bağlı değildir; bağıntı P = ρgh’dir (ρ sıvının yoğunluğu, g yerçekimi ivmesi, h ölçüm noktasının üstündeki sıvı yüksekliği). Anlaşmalı değerle 1 metre su sütunu 9.806,65 Pa, yani yaklaşık 0,098 bar’dır; 5 metre yüksekliğindeki bir su sütunu dipte yaklaşık 0,49 bar gösterge basıncı oluşturur. Metre su sütunu (mSS) ile bar arasındaki dönüşüm için basınç ölçü birimi çevirici kullanılabilir.

Sensör basıncı yüksekliğe ancak sıvının yoğunluğu biliniyor ve sabitse doğru çevirir; yoğunluğu rastgele değişen bir sıvıda ölçüm de aynı ölçüde güvenilmez olur. Bu yüzden hidrostatik sensör her uygulamada ölçeceği sıvıya göre ayarlanır; çoğu sensörün sıvıdaki sıcaklık değişimine karşı da dengelenmesi gerekir. Açık tanklarda sensörün arka tarafı atmosfer basıncına açık tutulmalıdır; gösterge basıncı ölçen daldırma (submersible) tiplerde kablonun içinde ortam havasının basıncını sensöre taşıyan ince bir hava borusu bulunur. Tankın kesiti yükseklik boyunca değişmiyorsa ölçülen yükseklik depodaki su hacmiyle doğru orantılıdır.

Hidrostatik Seviye Sensörü BHPT2013 su ve atık su için daldırma tip bir sensördür ve 0…0,5 m ile 0…20 m su sütunu arasındaki ölçme aralıklarında sunulur. Prob gövdesi paslanmaz çelik, kablosu poliüretandır (PUR). 4-20 mA ya da 0-10 V dahil gerilim çıkışı verir; koruma sınıfı IP68’dir ve sahada seviyeyi gösteren LCD göstergeli bağlantı kutusu seçeneği vardır.

Kapalı ve basınç altındaki bir tankta suyun üstündeki gaz basıncı dipteki basınca eklenir ve tek bir basınç sensörü seviyeyi olduğundan yüksek gösterir; bu durumda kullanılan fark basınç yöntemi basınç ölçer nedir rehberinde anlatılıyor.

Ultrasonik su seviye sensörü

Ultrasonik sensör genellikle tankın üstüne takılır ve suya doğru 20 ile 200 kHz arasındaki yüksek frekanslı ses dalgaları gönderir. Dalga su yüzeyinden yankı olarak döner; sensör gidiş dönüş süresinden yüzeye olan mesafeyi, bundan da seviyeyi hesaplar. Ses sensör ile su arasındaki havada (ya da buharda) ilerlediği için ölçümün doğruluğu bu ortamdaki ses hızına bağlıdır. Ses hızı sıcaklık, nem ve basınçla değişir; ölçüme bu etkiler için düzeltme uygulanabilir.

Dönüştürücünün hemen önünde bir kör bölge vardır: su yüzeyi sensöre bu mesafeden daha fazla yaklaşırsa seviye doğru ölçülemez, hatta hiç algılanamayabilir. Bir kaynağa göre bu bölge, dönüştürücünün ölçüm aralığına bağlı olarak tipik olarak 150 mm ile 1 m arasındadır. Ultrasonik seviye sensörleri su arıtmada pompa kontrolünde ve açık kanal debi ölçümünde yaygın olarak kullanılır.

Sitemizdeki Ultrasonik Seviye Sensörü sıvılarda ve katılarda kullanılır; 1, 2, 4, 6, 8, 10, 15 ve 20 m ölçme aralığı seçenekleri vardır. Ölçme aralığı uzadıkça çalışma frekansı düşer: 2 m’ye kadar 120 kHz, 20 m’ye kadar 30 kHz. Analog çıkışı 4-20 mA’dir; teknik tablosunda iletişim protokolü olarak HART, RS-485 Modbus ve Profibus PA, gösterge parametreleri olarak seviye, mesafe, hacimsel veri ve kütlesel veri yer alır.

Radar su seviye sensörü

Radar sensör de suyun üstünden ölçer, ancak ses yerine elektromanyetik dalga kullanır. Dalganın yüzeyden ne kadar güçlü yansıyacağı, havanın ve sıvının dielektrik sabitleri (bağıl geçirgenlik) arasındaki farka bağlıdır. Su bu açıdan çok elverişlidir: dielektrik sabiti havada yaklaşık 1, suda yaklaşık 80’dir ve bu değerlerle dalga gücünün yaklaşık %64’ü hava ile su arasındaki yüzeyden geri yansır. Dielektrik sabiti düşük sıvılarda ise yankı zayıflar: bir ders kitabındaki örneğe göre dielektrik sabiti yaklaşık 2 olan benzinde gücün yalnız yaklaşık %3’ü yansır, büyük kısmı sıvıya geçer.

Radar dalgaları, ultrasonik ölçümü bozan buhar ve sıcaklık farkı olan hava katmanlarından geçebilir; ancak buharın basıncı ve sıcaklığı çok değişirse dalganın hızı da değiştiği için ölçüm kayabilir. Bir ders kaynağına göre radar sensörler yüksek basınç ve yüksek sıcaklıkta çalışabilir, ancak ultrasonik sensörlerden daha pahalıdır. Kılavuzlu radar dar ve kapalı alanlarda da başarıyla ölçer.

Radar Seviye Sensörü BCR1100 80 GHz frekansta FMCW ilkesiyle çalışır ve sıvılarda 18 m’ye kadar ölçer; ürün sayfasındaki uygulama alanları arasında su arıtma, atık su arıtma ve nehir ile baraj su seviyesi ölçümü vardır. Ölü bölgesi (kör bölge) 60 mm’den, ölçüm açısı 6,5°‘den küçüktür; 2 telli 4-20 mA çıkış verir ve ayarları Bluetooth 5.0 üzerinden mobil uygulamayla yapılır.

Kapasitif seviye sensörü

Kapasitif sensörün ölçüm elemanı, tanka dikey olarak indirilen metal bir probdur. Prob, karşısındaki iletken yüzeyle birlikte bir kapasitör oluşturur; su yükseldikçe aradaki ortamın elektriksel özelliği değişir, kapasitans büyür ve cihazın çıkış sinyali artar. Aynı ilke tek noktada algılama için de kullanılır: kapasitif şalterlerle örneğin plastik bir depoda suyun varlığı algılanabilir.

Hangi probun seçileceğini sıvının elektriği iletip iletmediği belirler:

• Su gibi iletken sıvılarda prob plastik ya da başka bir yalıtkanla kaplanır, çünkü iletken sıvı kapasitörün yalıtkan katmanı görevini göremez. Bu düzende kaplama yalıtkan, su ise karşı levha olur. İçme suyu ve kirli su iletken olduğundan bu sularda kaplamalı tip seçilir.
• Yağ gibi iletken olmayan sıvılarda çıplak prob yeterlidir; yalıtkan görevini sıvının kendisi görür, karşı levha metal tank duvarıdır. Bu tipte sonucun doğru çıkması için sıvının dielektrik sabitinin bilinmesi gerekir.

Prob üzerinde biriken malzeme de ölçümü saptırabilir.

İletken (elektrotlu) su seviye probu

İletken seviye probu, ayrı elektrotlar arasına düşük gerilimli ve akımı sınırlanmış bir besleme uygular. Su elektrotlara değdiğinde devreyi tamamlar, aradan akan akım algılanır ve bir röle konum değiştirir. Bu yöntem içme suyu, kirli su, asitler ve bazlar gibi elektriği ileten sıvılarda çalışır; çok saf su ve yağlar gibi iletken olmayan sıvılarda çalışmaz. Günümüz cihazlarında kullanılan gerilim ve akım küçük olduğu için güvenli kabul edilir.

İletken problar nokta algılamaya uygundur. Aşındırıcı sıvılarda elektrotlar titanyum, Hastelloy ya da 316 paslanmaz çelik gibi korozyona dayanıklı malzemelerden yapılır; prob, üzerinde biriken tortuya karşı izlenmelidir.

Titreşimli (çatallı) seviye şalteri

Elektronik bir devre metal bir ayar çatalını sürekli titreştirir. Çatalın bacakları suya ya da kütlesi olan başka bir malzemeye gömüldüğünde rezonans frekansı düşer; devre bu değişimi algılayıp anahtarlama sinyali verir. Titreşim, çatal üzerinde biriken malzemeyi silkeleme eğiliminde olduğu için bu tip kirlenmeye görece dayanıklıdır; yine de bir kaynağa göre çatal tipinde bacakların arasında malzeme birikebilir. Bir üreticiye göre titreşimli ölçüm sıvının iletkenliğinden, dielektrik sabitinden ve yoğunluk değişimlerinden etkilenmez; köpük, türbülans ve kabarcıklar da nokta algılamayı bozmaz.

Sitemizdeki Titreşim Tip Seviye Şalteri sıvılarda ve toz, kum, çimento, çakıl, tahıl gibi ince ve kaba taneli katılarda çalışır. Teknik tablosunda fonksiyonlar minimum seviye, maksimum seviye, kuru çalışma emniyeti ve taşma emniyeti olarak verilir; hassasiyeti akışkana göre ayarlanabilir. Çıkış sinyali olarak röle (SPDT), Namur ve PNP/NPN seçenekleri vardır.

Şamandıralı şalter

Şamandıralı şalterde su yüzeyinde yüzen şamandıranın hareketi bir elektrik kontağını çalıştırır. Manyetik tiplerde şamandıranın içine kapatılmış kalıcı bir mıknatıs, belirlenen seviyeye gelindiğinde bir reed kontağını çalıştırır. Manyetik şamandıralı şalterler basit, güvenilir ve düşük maliyetli oldukları için yaygındır ve aşındırıcılar dahil pek çok sıvıda çalışır; ancak çok viskoz sıvılarda, çamurda ve gövdeye yapışan sıvılarda kullanılmamalıdır.

Su seviye göstergesi: gözetleme camı ve manyetik gösterge

Gözetleme camı, tanka bağlanan şeffaf bir tüptür. Tüpteki ve tanktaki su üzerinde aynı basınç bulunduğu için düzenek U borulu bir manometre gibi çalışır ve tüpteki su tanktaki seviyeyi gösterir. Basit bir çözümdür, ama camın iki zayıf yanı vardır: ısıl ya da mekanik darbede kırılabilir ve kirli suda seviyenin görünmesi için tüpün temiz tutulması gerekir.

Manyetik seviye göstergesi bu sorunları camı ortadan kaldırarak çözer. Tankın yanındaki tüp paslanmaz çelik gibi manyetik olmayan bir metalden yapılır ve içinde mıknatıslı bir şamandıra yüzer. Tüpün dışına dizilen küçük flaplar, şamandıra hareket ettikçe döner ve renk değiştirir; seviye, renk değiştiren flapların ulaştığı yükseklikten okunur. Gösterge camsız olduğu için metalden yapılabilir, bu da dayanıklılığını ve kullanılabileceği sıcaklık aralığını artırır. Bazı modellere tüp boyunca yüksek ve düşük seviye manyetik şalterleri eklenir; seviye güvenli sınırların dışına çıktığında bu şalterler alarm ya da durdurma sinyali verir.

Sitemizdeki Manyetik Seviye Göstergesi sıvılar ve yağlar için, merkezden merkeze 5,5 metreye kadar ölçme aralığında sunulur; gövde malzemesi paslanmaz çelik ya da plastiktir. Teknik tablosunda analog çıkış 4-20 mA, dijital çıkış NO/NC kontak olarak verilir; tablodaki en yüksek değerler basınç için 40 bar, sıcaklık için 100 °C’dir (opsiyonel 300 °C).

Su deposu seviyesi nasıl izlenir, pompa nasıl kontrol edilir?

• Seviyeyi görmek (su deposu seviye göstergesi): Depo başında okumak için gözetleme camı ya da manyetik seviye göstergesi kullanılır. Seviyenin uzaktan izlenmesi için hidrostatik, ultrasonik ya da radar gibi sürekli ölçüm yapan bir sensörün sinyali bir göstergeye ya da kontrol sistemine aktarılır.
• Pompayı otomatik çalıştırmak (su seviye rölesi): Bir seviye kontrol cihazı üreticisinin örneğinde su, zemin deposundan pompayla yüksekteki depoya basılır; yüksek depodaki seviye düşünce pompa çalışır, belirli bir seviyeye gelince durur ve seviye bir alt ve bir üst sınır arasında tutulur. Bu işi depodaki elektrotlar ve seviye rölesi yapar: su, üst seviye elektrodu (E1) ile E3 elektrodu arasındaki devreyi tamamlayınca röle çeker ve kontakları pompanın kontaktörünü kumanda eder. Yalnız iki elektrot kullanılırsa yüzeydeki dalgalanma röleyi hızlı hızlı açıp kapatır; bu yüzden üçüncü, daha alçakta duran bir elektrot (E2) eklenir ve rölenin kendi kontağıyla kurulan kendini tutma devresi sayesinde röle, seviye E2’nin altına inene kadar çekili kalır. İki elektrotlu düzen su seviyesi alarmı olarak kullanılabilir.
• Taşma emniyeti: Su seviye şalteri, suyun belirli bir seviyede olup olmadığını algılayarak tankın taşmasını önlemek için de kullanılır. Sitemizdeki titreşimli seviye şalterinin fonksiyonları arasında taşma emniyeti ve kuru çalışma emniyeti vardır; yalnız taşma ya da kuru çalışma alarmı gereken noktalarda bu şalteri öneriyoruz.

Atık su, köpük, buhar ve kirlilik ölçümü nasıl etkiler?

Su yüzeyinin ve suyun durumu, hangi ölçüm ilkesinin uygun olduğunu doğrudan etkiler:

• Köpük: Köpük ses dalgasının yüzeyden düzgün yansımasını engeller; yankılı cihazlar sıvının üstündeki köpük katmanı tarafından yanıltılabilir. Radarda da su yüzeyinde kalın bir köpük katmanı varsa ölçülen seviye su yüzeyinin değil köpüğün seviyesi olabilir.
• Buhar ve sis: Buhar ve kimyasal sis ses dalgasını bozar ya da soğurur; radar dalgaları ise buhar katmanlarından geçebilir.
• Türbülans ve dolum akışı: Dalgalı ve çalkantılı yüzey ses dalgasının sensöre düzgün yansımasını engeller; tankın üst boşluğundan suya dökülen akış da yankılı cihazlarda soruna yol açabilir.
• Birikme ve tortu: İletken probda biriken tortu probu sudan yalıtırsa sensör çalışmaz; kapasitif probda birikme ölçümü saptırabilir. Şamandıralı sensörler çamurda ve çok viskoz sıvılarda kullanılmamalıdır.
• Askıda katı madde ve çamur: Kabarcıklı (bubbler) sistemde suya daldırılan bir borudan yavaşça hava ya da başka bir gaz gönderilir; borudaki gaz basıncı borunun ucundaki su basıncına neredeyse eşittir ve basınç sensörü suya değmeden seviyeyi ölçer. Hareketli parçası olmayan bu sistemler kanalizasyon suyu, arıtma çamuru ve çok miktarda askıda katı madde içeren sular için uygundur. Gaz akışı düşük ve kesintisiz olmalıdır; akış durursa ölçüm bozulur, boru tıkanabilir.

Sahada köpüklü, buharlı ya da basınçlı tanklarda radar sensör ya da manyetik seviye göstergesi öneriyoruz.

Su seviye sensörü seçerken nelere dikkat edilir?

1. Sürekli değer mi, nokta mı? Sürekli izleme için hidrostatik, ultrasonik, radar ya da kapasitif sensör; yalnız pompa ya da alarm için bir veya birkaç noktada bilgi gerekiyorsa seviye şalteri ya da elektrotlu prob.
2. Suyun özellikleri: İletkenlik (iletken prob iletken sıvı ister), yoğunluk (hidrostatik ölçüm bilinen ve sabit yoğunluk ister), dielektrik sabiti (radar ve kapasitif), viskozite, tortu ve askıda katı madde.
3. Yüzey koşulları: Köpük, buhar, türbülans ve dolum akışı.
4. Tank: Açık mı, kapalı ve basınçlı mı; biçimi, büyüklüğü ve gereken ölçüm aralığı; içindeki merdiven, braket ve karıştırıcı gibi yapılar.
5. Ortam: Sıcaklık, basınç ya da vakum, titreşim, mekanik darbe, akustik ve elektriksel gürültü.
6. Çıkış ve besleme: 4-20 mA, HART, Modbus ya da röle, PNP/NPN gibi anahtarlama çıkışları; besleme gerilimi.
7. Uygulama kısıtları: Fiyat, doğruluk, tepki hızı ve kalibrasyon kolaylığı.

Su seviye sensörü montajında nelere dikkat edilir?

• Ultrasonik ve radar: Dalganın yolundaki merdiven, kaynak dikişi, braket, giriş kapağı ya da karıştırıcı kanadı gibi yapılar sahte yankılara yol açabilir; bu sorun dalgayı bir kılavuz boru içinde ilerletmek ya da kılavuzlu radar kullanmakla azaltılabilir. Sensör, en yüksek su seviyesinin en az kör bölge (ölü bölge) mesafesi kadar üstünde kalacak biçimde takılmalıdır; su yüzeyi bu bölgeye girerse seviye doğru ölçülemez.
• Hidrostatik: Sensör ölçüm aralığının sıfır noktasıyla aynı yükseklikte değilse aradaki sıvı sütunu, ölçüm aralığının alt ve üst değerleri belirlenirken hesaba katılır.
• İletken prob: Su ve atık su kuyularının çoğunda kuyunun merdiveni, pompaları ve diğer metal donanımı akım için dönüş yolu oluşturur; kimyasal tanklar gibi topraklanmamış hazneler için dönüş yolu ayrıca, genellikle bir topraklama çubuğuyla sağlanır.

Sahada seviye sensörlerinde montaj detaylarının atlanabildiğini görüyoruz; bu tür hatalar cihazın doğru ölçmesini engelleyebilir. Befa Proses keşif, cihaz seçimi danışmanlığı, montaj ve devreye alma hizmeti verir, seviye sensörlerinde kalibrasyon ayarını sahada yapar; ayrıntılar hizmetlerimiz sayfasındadır. Tankınızın yüksekliğini, suyun durumunu (temiz su, atık su, köpük, buhar) ve gereken çıkışı bize anlatırsanız uygun sensörü birlikte seçebiliriz.