سنسور التراسونیک چیست ؟
التراسونیک به معنی مافوق صوت هست و یکی از انواع سنسور های بدون تماس هست .این سنسور به امواج صوتی حساس بوده و ساختار آن از یک منبع ارسال کننده ی صوت و یک گیرنده تشکیل شده است .این سنسور در انواع مختلفی تولید می شود.
سنسور های التراسونیک به سه دسته کلی تقسیم بندی می شوند:
1- سنسورهای التراسونیک آینه دار :
با قرار دادن یک رفلکتور در رنج عملکرد سنسور موجب ایجاد موج برگشتی می شود .
2- سنسورهای التراسونیک بدون آینه :
مدل بدون آیینه حالت استاندارد سنسور هست.
3- سنسورهای التراسونیک رو به رو هم
در این نوع سنسور قرار گرفتن جسم بین فرستنده و گیرنده موجب تغییر حالت در گیرنده می شود .
ما با صدا احاطه شده ایم . تاخیر زمانی بین ارسال و شنیدن صوت معمولاً تحت عنوان اکو شناخته می شود.
اندازه گیری سطح به روش اولتراسونیک نیز از این اثر استفاده میکند . اندازه گیری مداوم سطح توسط سنسور التراسونیک غیر تماسی بر اساس اصل زمان پرواز است . تجهیزاتی که از تکنولوژی اصل زمان پرواز استفاده می کنند به طور مداوم سطح را در مخازن و سیلوها اندازه گیری می کنند. بیایید نگاهی دقیقتر به نحوه کار این روش اندازه گیری داشته باشیم .
یک کریستال پیزوالکتریک در داخل ترانسدیوسر، سیگنال الکتریکی را به پالس اولتراسونیک تبدیل میکند . پالس های التراسونیک ساطع میشوند و در برخورد با سطح سیال، منعکس شده و دوباره توسط سنسور دریافت میشوند . فاصله بین سنسور التراسونیک و سطح سیال را می توان با اندازه گیری این زمان پرواز محاسبه کرد .
امواج التراسونیک، امواج مکانیکی هستند . پالس های التراسونیک به صورت پیزو الکتریکی تولید میشوند و با تغییر چگالی بین هوا و سیال، از سطح سیال منعکس میشوند . مدت زمانی که توسط ترانسمیتر بین ارسال و دریافت سیگنال، اندازه گیری و تحلیل میشود ، رابطه مستقیمی با فاصله بین سطح سنسور و سطح سیال دارد .
ریزپردازنده روی برد ترانسمیتر سطح اولتراسونیک با استفاده از فرمول زیر فاصله تا سطح سیال را محاسبه میکند :
فاصله = (سرعت صوت در هوا x تأخیر زمانی) / ۲
هنگامی که سنسور با یک مرجع معمولا پایین مخزن برنامه ریزی می شود سطح مایعات توسط ریزپردازنده محاسبه میشود .
معادله اساسی برای محاسبه سطح مخزن عبارت است از :
سطح = ارتفاع مخزن – فاصله
پردازش داخلی اکو در ترانسمیتر می تواند به دستگاه اجازه دهد تا سطح مایعات و جامدات و دوغاب ها را حتی در مخازن باریک، دارای انسداد یا متلاطم را نیز تعیین کند . سنسور های سطح التراسونیک در بالای مخازن نصب شده و برای اپلیکیشن های استاندارد ساده ، هم برای مایعات و هم برای مواد جامد، ایده آل و مناسب هستند .
حداقل فاصله اندازه گیری (Xm) :
ویژگی مشترک در تمام ترانسمیتر های سطح اولتراسونیک است . این یک محدوده کوتاه در مقابل سنسور است که دستگاه اولتراسونیک نمیتواند در آن اندازه گیری کند .
حداکثر فاصله اندازه گیری (XM) :
طولانی ترین رنج در شرایط ایده آل که دستگاه می تواند در آن اندازه گیری کند . هیچ اندازه گیری فراتر از این فاصله امکان پذیر نیست .
ترانسدیوسر محاسبات را برای تبدیل فاصله حرکت موج برای اندازه گیری سطح در مخزن انجام میدهد . فاصله زمانی بین ارسال سیگنال صوتی و دریافت اکوی بازگشتی آن از سطح مستقیماً با فاصله بین ترانسدیوسر و محصول موجود در مخزن متناسب است . سیال بالای محصول موجود در مخزن معمولاً هوا است . اما می تواند برخی گاز های دیگر یا بخار باشد . این ابزار زمان حرکت سیگنال های پالسی را به سمت سطح بازتابنده و بازگشت آن ها را اندازه گیری میکند . این زمان متناسب با فاصله سنسور تا سطح خواهد بود و می تواند برای تعیین سطح محصول در مخزن استفاده شود . این اصل اساسی در قلب فناوری اندازه گیری اولتراسونیک نهفته است و در معادله نشان داده شده است :
فاصله = (سرعت صوت x زمان رفت و برگشت سیگنال) / ۲
این دستگاه های غیر تماسی در مدل هایی موجود هستند که می توانند خروجی خود مثلاً 4 تا 20 میلی آمپر را به پی ال سی یا سایر کنترلر ها راه دور منتقل کنند . دامنه فرکانس برای روش های اولتراسونیک در محدوده 15 تا 200 کیلو هرتز است . از ابزارهای فرکانس پایین برای کاربردهای دشوارتر استفاده میشود مانند مسافت های طولانی تر و اندازه گیری سطح جامدات و آنهایی که فرکانس بیشتری دارند برای اندازه گیری سطح مایعات و مسافت های کوتاه تر استفاده میشود .
در عمل برای استفاده از سنسور التراسونیک ، باید تعدادی از فاکتورها در نظر گرفته شود . که عبارتند از :
1-سرعت صوت در محیط (معمولاً هوا) متناسب با دمای محیط متفاوت خواهد بود . ترانسدیوسر ممکن است دارای یک سنسور دما برای جبران تفییرات دمای کاری باشد که باعث تغییر سرعت صوت و از این رو محاسبه فاصله میشود که اندازه گیری دقیق تری برای سطح ارائه کند . جبران سازی دما برای در نظر گرفتن واریانس های یکنواخت دمای محیطی که صوت از آن عبور میکند ارائه میشود. سنسور دما در داخل سنسور التراسونیک قرار میگیرد و سیگنال از طریق سیم کشی ترانسدیوسر به فرستنده ارسال می شود .
به صورت اختیاری ، میتوان از سنسور دمایی جداگانه به جای استفاده از سنسور دمای داخلی ترانسدیوسر برای خوانش دمای ورودی استفاده کرد . اگر قرار باشد دمای محیط صوت ثابت بماند، به جای استفاده از سنسور برای جبران سازی دما، ممکن است در هنگام پیکره بندی فرستنده دمای مورد نظر وارد شود .
2- وجود کف یا غبار روی سطح مواد میتواند به عنوان جاذب صوت عمل کند . در بعضی موارد ، جذب ممکن است برای جلوگیری استفاده از روش اولتراسونیک کافی باشد. برای افزایش عملکرد در مواردی که گرد و غباریا عوامل دیگر بر روی حرکت موج بر روی سطح مایع تاثیر می گذارد . برخی مدل ها میتوانند از یک راهنما در مسیر پرتوی ارسالی از ترانسدیوسر استفاده کنند .
3-تلاطم شدید مایعات می توانند باعث نوسانات در خوانش شود . استفاده از یک تنظیم میرایی در ابزار یا یک تاخیر پاسخگویی میتواند به غلبه بر این مشکل کمک کند . فرستنده میرایی را برای کنترل حداکثر سرعت تغییر سطح ماده نمایش داده شده و نوسان سیگنال خروجی را فراهم می کند . میرایی همچنین سرعت پاسخ صفحه نمایش را کند میکند ، به خصوص هنگامی که سطح مایع در حال آشفتگی توسط همزن ها هستند و یا مواد هنگام وارد شدن به مخزن در مسیر صوت قرار میگیرند .
4- دامنه ی فرکانس برای روش های التراسونیک در محدوده 20 تا 200 کیلوهرتز است . از تجهیزات فرکانس پایین برای کاربرد های دشوارتر استفاده میشود مانند اندازه گیری سطح جامدات و مسافت های طولانی تر و آنهایی که فرکانس بیشتری دارند برای اندازه گیری سطح مایعات و مسافت های کوتاهتر استفاده میشود . با افزایش فرکانس، امواج صوتی به فواصل کمتری منتقل می شوند و بلعکس، با کاهش فرکانس امواج صوتی به فواصل بیشتری منتقل می شوند . بنابراین، سنسورهای التراسونیک دوربرد در فرکانس های پایین بهتر و سنسورهای کوتاه برد در فرکانس های بالاتر بهترین عملکرد را دارند .
انتخاب سنسور التراسونیک
از آنجا که اولتراسونیک بدون تماس است ، حتی مواد ساینده یا خورنده را نیز میتواند اندازه گیری کند . برای انتخاب ابزاری با حداقل و حداکثر رنج مناسب باید ارتفاع مخزن و هد روم نیز در نظر گرفته شود.
مزایای سنسور سطح التراسونیک
1- سنسور های التراسونیک به راحتی روی مخازن خالی یا مخازن حاوی مایع نصب می شوند .
2- تنظیمات ساده ای دارند و دستگاه هایی که دارای قابلیت برنامه نویسی روی صفحه دارند می توانند در عرض چند دقیقه کانفیگ شوند .
3- از آنجا که هیچ ارتباطی با محصول و قطعات متحرک وجود ندارد، دستگاه ها در واقع بدون تعمیر و نگهداری هستند . قسمت هایی که با سیال میانی مانند هوا در تماس است معمولاً یک فلوروپلیمر بی اثر و مقاوم در برابر خورندگی بخارات متراکم هستند .
4-ا ز آنجا که دستگاه غیرتماسی است ، اندازه گیری سطح تحت تأثیر تغییر در چگالی مایع، دی الکتریک یا ویسکوزیته قرار نمیگیرد و عملکرد خوبی روی مایعات آبدار و بسیاری از مواد شیمیایی دارد .
5- تغییر در دمای فرآیند سرعت پالس التراسونیک را در هنگام گذر از فضای بالای مایع تغییر می دهد ، اما جبران کننده دمای داخلی، به طور خودکار این را اصلاح می کند .
6- تغییرات در فشار فرآیند بر اندازه گیری تأثیر نمیگذارد .
معایب سنسور التراسونیک
التراسونیک به ندرت در جریان فرایند هیدروکربن بالادستی برای اندازه گیری سطح استفاده میشود. این ممکن است در اپلیکیشن های اتمسفری استفاده شود . در برنامه هایی که مستعد تغییر چگالی بخار هستند ، باید از پین مرجع جبران کننده استفاده شود .
حداکثر فاصله اندازه گیری باید متناسب با فناوری بررسی شود. سنسور های التراسونیک به عنوان محدودیت فیزیکی یه فاصله محدود شده دارند که نمیتوانند اندازه گیری قابل اعتماد داشته باشند. گرادیان بخار ، خلأ یا دما می تواند بر سرعت صوت تأثیر بگذارد و در نتیجه باعث اندازه گیری نادرست شود. وجود کف یا تلاطم سنگین روی سطح ماده اندازه گیری شده می تواند باعث اندازه گیری غیر قابل اطمینان شود .
لینک کانال تلگرامی فروشگاه گاماکنترل :
https://t.me/gamma_control
لینک اینستاگرام فروشگاه گاما کنترل :
https://www.instagram.com/gamma_control
مشتریان کلید اتوماتیک زیمنس ، محصولات زیر را هم خرید کردند .
