سطح سنج

در فرایندهای صنعتی اندازه‌گیری سطح به صورت مستمر یکی از فاکتورهای بسیار مهم برای کنترل، موجودی یا برنامه‌های ایمنی اطلاعات حیاتی مورد نیاز برای عملکرد صنایع است که توسط تجهیزاتی به نام سطح سنج یا لول سنج انجام می پذیرد. سطح سنج یکی از ابزارهای پر کاربرد در صنایع مختلف می‌باشد و نقشی اساسی ایفا می‌کند. از این ابزار جهت اندازه‌گیری سطح مایعاتی که در یک مخزن هستند، استفاده می‌شود.

1.  انواع و ملاحظات اندازه‌گیری سطح
2. انواع ترانسمیتر
3. ترانسمیتر سطح اولتراسونیک 

اندازه‌گیری مداوم سطح و تشخیص سطح نقطه در مایعات و جامدات حجیم

کیفیت ثابت محصول، ایمنی کارخانه و کارایی اقتصادی – اینها جنبه‌های مهمی برای هر نقطه اندازه‌گیری سطح هستند که توسط لول سنج ها انجام می شوند. در سطح سنج ها سطح مایعات، خمیرها، جامدات حجیم یا گازهای مایع اغلب در مخازن، سیلوها یا ظروف متحرک اندازه گیری می‌شود. برای اندازه‌گیری پیوسته، رابط و چگالی و همچنین برای تشخیص سطح نقطه، طیف گسترده‌ای از اصول اندازه‌گیری در دسترس است.

در واقع این ابزار جهت کنترل مواد داخل مخزن کاربرد دارد تا چنانچه مقدار آن تغییر کرد، بتوان اقدامات مشخصی جهت افزایش و یا کاهش مایعات مخازن انجام داد.

اندازه‌گیری سطح پرشونده (filling) شامل تعیین سطح پر شوندگی رسانه در ظروف صنعتی مانند مخازن فرآیند و ذخیره‌سازی، سیلوها یا کانال‌های باز است. در لول سنج ها  با تبدیل مقادیر اندازه‌گیری شده به سیگنال‌های الکترونیکی به دست می‌آید. سیگنال منتشرشده در مدار کنترل سیستم کنترل فرآیند مربوطه یکپارچه می‌شود. در این زمینه، بین روش‌های اندازه‌گیری پیوسته و سنسورهای مقدار حدی، تمایزی وجود دارد. در ادامه به توضیح انواع مختلف با جزئیات بیشتر و مزایا می‌پردازیم.

اندازه گیری سطح نقطه‌ای

در این روش، لول سنج هنگامی که به اندازه‌گیری سطح خاصی برسد، خروجی را ارائه می‌دهد. این خروجی عموماً به صورت زنگ صوتی یا سیگنال الکتریکی برای روشن کردن کلید است. دقت و قابلیت اطمینان در اولویت اول در اندازه‌گیری سطح هستند و برای سوئیچ‌های سطح نقطه‌ای که تقریباً همه کاربردها، از جامدات حجیم گرفته تا مایعات را پوشش می‌دهد، فراهم شده است.

در مجموعه جامع سوئیچ‌های سطح نقطه ای، از فناوری‌های مختلفی برای اندازه‌گیری سطح نقطه ای بسیار مطمئن و دقیق استفاده می‌شود – برای همه چیز، از کاربردهای بسیار حساس تا ناهموارترین محیط‌ ها.

در این نوع اندازه گیری سطح، نشان می دهد که سیال اندازه گیری شده با توجه به یک سطح مشخص، بالا یا پایین است. بنابراین اساساً این روش نشان می دهد که سطح، بالا یا پایین است. این روش برای تشخیص سرریز استفاده می شود.

اندازه گیری سطح پیوسته

این روش، سطح را در یک محدوده مشخص اندازه گیری می‌کند و یک خروجی را به عنوان خوانش پیوسته متناسب با سطح متغیر ارائه می‌دهد. در این نوع سیستم، تجهیز، ارتفاع محصول را با توجه به محدوده نقاط داخل مخزن بررسی می کند. این نوع روش اندازه گیری زمانی استفاده می شود که نیاز به کنترل دقیق باشد و می تواند سطح محصول را در یک نقطه مشخص، نگه دارد.

---

انواع سطح سنج پرشونده

روش های اندازه گیری پیوسته

اندازه گیری سطح به روش اولتراسونیک (Ultrasonic)

فرستنده یک موج اولتراسونیک را در یک سطح منتشر می‌کند سپس سیگنال را منعکس می‌کند. با استفاده از زمان تاخیر سیگنال، دستگاه می‌تواند فاصله لبه پایین سنسور تا سطح را محاسبه کند. تأثیر سرعت صوت که خود به اتمسفر اطراف بستگی دارد، به طور خودکار توسط فرستنده بر اساس ورودی مقادیر خاص و اندازه گیری دمای محیط جبران می‌شود.

در سطح سنج‌ها اگر فاصله بین لبه پایین سنسور و پایین ظرف مشخص باشد، دستگاه می‌تواند سطح پر شدن را نمایش دهد. اگر موقعیت ظرف مشخص باشد، حجم آن را نیز می‌توان تعیین کرد. با کمک فیلترهای اکو تداخلی مختلف، می‌توان از سیستم در داخل ظروف نیز استفاده کرد – حتی اگر وسایل داخلی پژواک آزاردهنده ایجاد کنند.
سنسورهای اولتراسونیک برای اندازه گیری موارد زیر بکار می‌روند:

• مایعات
• رسانه‌های چسباننده
• پودرها
• مواد فله

موارد کاربرد سنسورهای اولتراسونیک

اصل اندازه‌گیری اساسی مورد استفاده در مقیاس‌های سطح پرکننده اولتراسونیک آنها را برای کاربردهای مختلف مناسب می‌کند. این باعث می‌شود که آنها به ویژه در حوضچه های باز و کاربردهای فاضلاب و همچنین در سیلوها یا مخازن کارخانه های شیمیایی و لبنی مفید باشند.

در اینجا، مزایای اندازه گیری بدون تماس واقعی خود را نشان می‌دهد. به این دلیل که میزان آلودگی آب یا گل و لای در مخزن بر نتیجه اندازه‌گیری تأثیر نمی‌گذارد. علاوه بر این، این واقعیت که هیچ تماس مستقیمی با رسانه وجود ندارد، برنامه‌هایی را با الزامات بهداشتی دقیق نیز امکان‌پذیر می‌کند.

مزایای سنسورهای اولتراسونیک

• اندازه‌گیری مستقل از خواص رسانه
• مناسب برای رسانه‌های ساینده و تهاجمی به دلیل اندازه‌گیری بدون تماس

 

اندازه‌گیری سطح بر اساس اصل رادار

لول سنج رادار شامل یک محفظه حاوی قطعات الکترونیکی، یک اتصال فرآیند با یک آنتن و یک حسگر است. سنسور رادار پالس‌های کوتاه راداری را با مدت زمان تقریبی ۱ ns از آنتن ارسال می‌کند. این پالس‌ها توسط مواد پرکننده منعکس شده و توسط آنتن به عنوان پژواک دریافت می‌شوند. امواج رادار با سرعت نور منتشر می‌شوند.

زمان تأخیر پالس‌های رادار از ارسال تا دریافت متناسب با فاصله و در نتیجه با سطح پر شدن است. سطح پر شدن تعیین شده به این ترتیب به سیگنال خروجی مربوطه تبدیل می‌شود و به عنوان یک مقدار اندازه گیری صادر می‌شود.

سنسور سطح رادار

اساساً سنسورهای رادار به شرح زیر عمل می‌کنند: سطح ماده تابش سنسور را دریافت کرده و آن را منعکس می‌کند. هنگامی که گیرنده این تشعشع را می‌گیرد، آن را با سیگنال اصلی مقایسه می‌کند و با استفاده از تغییر فرکانس، سطح مایع را در مخزن تشخیص می‌دهد.

ترانسمیترهای سطح میکروپایلوت در صنایع مختلف از جمله صنایع پتروشیمی، دارویی، صنایع غذایی کاربرد فراوانی دارند. آنها می‌توانند با هر محیط فرآیندی از جمله تهاجمی و انفجاری کار کنند و فشار و دما بر خوانش ها تأثیر نمی‌گذارد. سطح سنج رادار به خوبی سطح مواد فله (سیمان، سنگ خرد شده، آرد، دانه) و محصولات مایع (بنزین، روغن، محلول‌های آبی) را اندازه‌گیری می‌کند، عملکرد قابل اعتماد را در شرایط فرآیندهای سریع – بارگیری، تخلیه، اختلاط، تضمین می‌کند.

سنسورهای رادار می‌توانند اندازه گیری‌ها را در موارد زیر انجام دهند:

• مایعات
• رسانه‌های چسباننده
• پودرها
• مواد فله

کاربرد سنسورهای رادار

سنسورهای سطح پر شدن اغلب برای محیط‌های تهاجمی و همچنین شرایط فرآیند پویا، مانند دماهای بالا یا نوسانات فشار استفاده می‌شوند. همانند اندازه گیری اولتراسونیک، در این مورد نیز اندازه گیری ها بدون تماس انجام می‌شود. از آنجایی که نیازی به تماس مستقیم با محیط نیست، اصل اندازه گیری برای کاربردهای بهداشتی ایده آل است.

فرآیندهای تولید محصولات لبنیاتی به صورت کنترل شده در محیط های بسیار استریل انجام می‌شود. این امر الزامات خاصی را در مورد تمیزی تمام قطعاتی که با رسانه در تماس هستند، ایجاد می‌کند. در نتیجه، فرآیندهای تمیز کردن مورد استفاده بسیار شدید هستند زیرا هر گونه آلودگی توسط باکتری‌های خارجی منجر به از بین رفتن کل دسته می‌شود. اصل رادار غیر تماسی نسبت به تغییر چگالی لبنیات نفوذناپذیر است و در اثر سایش تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد.

علاوه بر این، اندازه گیری بدون تماس به فشار و تأثیرات خلاء حساس نیست و برای لول سنج پرشونده در مخازن ذخیره‌سازی مناسب است. حفظ سطح پر شوندگی در یک محدوده تعریف شده به منظور بهینه سازی بازده فرآیند مهم است. دستگاه اندازه گیری رادار سطح پر شوندگی فعلی را تشخیص داده و آن را به سیستم کنترل ارسال می‌کند. حتی همزن‌های گردشی نیز در اندازه گیری اختلال ایجاد نمی‌کنند. جو بخار غالب نیز هیچ نتیجه‌ای ندارد.

مزایای سنسورهای رادار

• مقادیر اندازه گیری شده بسیار دقیق
• ایده آل برای شرایط فرآیند پویا

رادار هدایت شونده

حالت عملیاتی اصل رادار هدایت شونده

سیگنال‌های رادار فرکانس بالا در امتداد یک میله یا کابل فولادی هدایت می‌شوند. به محض رسیدن به سطح رسانه، این امواج منعکس شده و توسط سنسور دریافت می‌شوند. بر اساس زمان تاخیر امواج، سطح پر شوندگی به عنوان یک مقدار اندازه گیری شده تعیین و صادر می‌شود. وسایل الکترونیکی ادغام شده در محفظه فرستنده، سطح پر شونده را بر اساس زمان صرف شده توسط سیگنال برای حرکت به سمت پایین حسگر و بازگشت مجدد تعیین می‌کند. این نوع ترانسمیترهای سطح در کاربردهای صنعتی در تمامی حوزه‌های فناوری فرآیند مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• تشخیص سطح محدود
• سوئیچ شناور
• اصل سطح سوئیچ شناور

حالت عملکرد سوئیچ شناور

فلوتر (floater) نوعی حسگر است که چگالی کم آن به آن اجازه می دهد تا روی سطح مایع شناور شود. در داخل شناور، یک آهنربا و همچنین یک یا چند کنتاکت وجود دارد. هنگامی که به سطح پر شوندگی تعریف شده رسید، شناوری باعث می‌شود آهنربا کنتاکت‌های را فعال کند. در این فرآیند، اندازه گیری مستقل از تأثیراتی مانند فشار، دما، هدایت و تشکیل حباب در رسانه انجام می‌شود. در نتیجه، این اصل را می‌توان برای کاربردهای مختلف از جمله در محیط‌های کف یا سطوح دینامیکی و همچنین در محدوده های وسیع دمایی استفاده کرد.

حسگرهای شناور می‌توانند اندازه گیری‌های مایعات را انجام دهند:

عملکرد چنگال تنظیم

یک چنگال تنظیم در مخزن نصب شده است. این چنگال تنظیم به صورت پیزو الکتریک انرژی می‌گیرد و در فرکانس تشدید مکانیکی خود تقریباً ۱۲۰۰ هرتز نوسان می‌کند. فرکانس نوسان در تماس با رسانه تغییر می‌کند. تغییر فرکانس توسط نوسانگر یکپارچه شناسایی شده و به یک فرمان سوئیچینگ تبدیل می‌شود.

ترانسمیتر سطح یا لول ترانسمیتر

ترانسمیتر یا فرستنده سطح برای اندازه‌گیری سطح یک ماده مایع یا جامد در یک ظرف یا فضا استفاده می‌شود. این فرستنده‌ها می‌توانند سطح را به طور مداوم یا در نقاط تعیین شده اندازه گیری کنند. تمام این فرستنده‌های سطح، سطح را به یکی از سه روش اندازه گیری می‌کنند:

• وزن مایع
• سر فشار سیال
• موقعیت مایع در یک ظرف

انواع مختلفی از ترانسمیترهای سطح یا لول ترانسمیتر در صنایع فرآیندی مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از آنها عبارتند از:

۱) ترانسمیترهای اولتراسونیک

برای سنجش سطح غیر تماسی مایعات بسیار چسبناک و همچنین جامدات حجیم استفاده می‌شود.

۲) ترانسمیترهای سطح رسانا

برای تشخیص سطح نقطه ای طیف گسترده ای از مایعات رسانا مانند آب استفاده می‌شود و به ویژه برای مایعات بسیار خورنده مانند سود سوزآور، اسید هیدروکلریک و مایعات مشابه مناسب است.

۳) ترانسمیترهای سطح پنوماتیک

در محیط های خطرناک و جاهایی که برق وجود ندارد استفاده می‌شود. آنها همچنین در کاربردهایی که شامل لجن سنگین یا دوغاب است ایده‌آل هستند.

۴) ترانسمیترهای سطح خازنی

این ترانسمیترها از مایع ذخیره‌ شده‌ در یک مخزن یا محفظه به عنوان یک سیال دی الکتریک بین دو یا چند الکترود استفاده می‌کنند. ظرفیت انرژی مدار خازنی با وجود مایع بیشتر، افزایش می‌یابد و در صورت وجود مایع کمتر، کاهش می‌یابد. با اندازه گیری تغییرات در مقدار ظرفیت، ترانسمیترهای سطح خازنی می‌توانند سطح پر شوندگی فعلی مخزن را محاسبه کنند. اغلب در مایعات غیر رسانا و دارای ثابت دی الکتریک بالا استفاده می‌شوند و می‌توان از آنها برای نظارت مداوم سطح استفاده کرد.

این ترانسمیترها بر اساس اصل تغییر ظرفیت الکتریکی خازن که توسط سنسور، مواد دی الکتریک و دیواره مخزن تشکیل شده است، کار می کنند. 

این ترانسمیترهای سطح دارای مزایای زیر هستند:

از نظر مکانیکی ساده هستند و هیچ قسمت متحرکی ندارند.
به نگهداری بسیار کمتری نیاز دارند.
در برابر تلاطم مقاوم هستند.

۵) ترانسمیترهای سطح مبتنی بر هیدرواستاتیک

این ترانسمیترها که به عنوان ترانسمیترهای سطح فشار نیز شناخته می‌شوند، با اندازه‌گیری فشار بدنه ساکن سیال درون آن، به تعیین محتوای سیال مخزن کمک می‌کنند. هر چه نیروی مایع بیشتر باشد، حجم سیال بیشتر می‌شود. این ترانسمیترها از فشار هیدرواستاتیک در نقطه‌ای از سیال برای تعیین سطح استفاده می‌کنند.

ترانسمیترهای سطح هیدرواستاتیک، ترانسمیترهایی مقرون به صرفه هستند که سطح مایع را به طور دقیق و پیوسته اندازه گیری می کنند. اندازه فشرده آنها برای نصب در لوله‌هایی با اندازه‌های کوچکتر ایده‌آل است. اندازه گیری سطح هیدرواستاتیک به دلیل نصب ساده، قابلیت اطمینان و استحکام بالا از محبوبیت بالایی برخوردار است.

 

۶) ترانسمیترهای سطح مغناطیسی

این ترانسمیترها از یک جسم مغناطیسی استفاده می‌کنند که در یک شناور معلق است. این معمولاً در یک ستون کمکی باریک است تا حرکات جانبی شناور را محدود کند. در حالی که شناور در بالای مایع قرار دارد، حرکت شناور توسط یک دستگاه مغناطیسی متفاوت اندازه‌گیری می‌شود. این اجازه می‌دهد تا یک سطح پر دقیق و پایدار منتقل شود. این روش به دلیل تمایل شناور به بالا آمدن یا فرو رفتن بر اساس سطح مایع برای اندازه‌گیری مداوم مناسب است.

۷) ترانسمیترهای سطح مایع

این ترانسمیترها برای تشخیص سطوح مایعات مهندسی شده‌اند. فرستنده سطح مایع نیز برای تشخیص رابط بین دو مایع مختلف مانند روغن و آب استفاده می‌شود. فرستنده‌های سطح مایع عمدتاً برای سنجش سطح مایع در مخازن ذخیره‌سازی، مخازن حمل و نقل و همچنین مخازن ذخیره آب استفاده می‌شوند. این فرستنده‌های فشار با اندازه گیری فشار سر مایع، سطح را اندازه گیری می‌کنند.

 

ترانسمیتر سطح اولتراسونیک چگونه کار می‌کند؟

لول ترانسمیتر‌ التراسونیک یک نوع ترانسمیتر سطح بدون تماس است. ترانسمیتر‎ سطح اولتراسونیک برای اندازه‌گیری سطح مداوم در بسیاری از صنایع استفاده می شود. ترانسمیتر‌ ‌سطح اولتراسونیک بهترین انتخاب برای اندازه گیری سطح آب در مخازن باز است.

ترانسمیتر سطح اولتراسونیک در بالای مخزنی نصب می‌شود که اندازه‌گیری سطح آن مورد نیاز است. امواج اولتراسونیک از ترانسمیتر سطح اولتراسونیک منتقل می‌شود. این امواج اولتراسونیک به بالای مواد داخل مخزن برخورد می‌کند. پس از برخورد با مواد، امواج به ترانسمیتر برمی‌گردند. ترانسمیتر دارای یک ریزپردازنده است که زمان رفتن و بازگشت امواج اولتراسونیک را محاسبه می‌کند.

با استفاده از یک فرمول ساده فاصله یعنی:

فاصله = (سرعت امواج اولتراسونیک * زمان صرف‌ ‌شده‌) / ۲

ما فاصله بین ترانسمیتر سطح اولتراسونیک و مواد را بدست می‌آوریم. در هر ترانسمیتر سطح اولتراسونیک، یک پارامتر فاصله مسدود کردن وارد می‌شود. این فاصله انسداد چیزی نیست جز برد کوتاه نزدیک ترانسمیتر که ترانسمیتر در صورت بازگشت امواج از این فاصله، آن را در نظر نخواهد گرفت. پارامتر دیگری به نام ارتفاع مخزن در پیکربندی وارد‌ ‌شده‌ ‌است.

محدوده = فاصله + سطح

محدوده کمیت شناخته‌ شده‌ است. فاصله توسط ترانسمیتر سطح اولتراسونیک با استفاده از سرعت = مسافت / زمان محاسبه می‌شود. بنابراین، ما اندازه‌گیری سطح را دریافت می‌کنیم. تمام این فرآیند در داخل ترانسمیتر سطح اولتراسونیک با استفاده از خود یک ریزپردازنده انجام می‌شود.

امواج اولتراسونیک توسط یک کریستال پیزوالکتریک تولید می‌شود. این کریستال پیزوالکتریک انرژی الکتریکی را به عنوان ورودی دریافت می‌کند و خروجی را به صورت امواج اولتراسونیک می‌دهد. فرکانس‌های مختلفی از امواج اولتراسونیک توسط این کریستال‌های پیزوالکتریک تولید می‌شود. محدوده از ۱۵ تا ۲۰۰ کیلوهرتز متغیر است. امواج اولتراسونیک چیزی جز نوعی موج مکانیکی نیستند.

ما می‌توانیم از ترانسمیتر سطح اولتراسونیک در مخازنی استفاده کنیم که محیط آن هوا یا محیط تحت فشار است. ما نمی‌توانیم از ترانسمیتر سطح اولتراسونیک در کاربردهایی که محیط خلاء است استفاده کنیم. زیرا امواج اولتراسونیک نمی‌توانند در خلاء حرکت کنند. اکثراً می‌توانید ترانسمیترهای سطح اولتراسونیک را در کارخانه‌های تصفیه پساب برای اندازه‌گیری سطح آب در مخزن‌ها مشاهده کنید.

مزایای ترانسمیتر سطح اولتراسونیک

تشخیص سطح بدون تماس فیزیکی با محیط در یک ترانسمیتر سطح اولتراسونیک امکان پذیر است. این نوع ترانسمیتر می‌تواند اشیاء مختلفی مانند سطح مایع، سطح جامد، سطح کف و بسیاری موارد دیگر را تشخیص دهد. از آنجایی که هیچ قطعه متحرکی در ترانسمیتر سطح اولتراسونیک وجود ندارد، تقریباً بدون نیاز به تعمیر و نگهداری هستند.

پیکربندی ترانسمیترهای سطح اولتراسونیک بسیار آسان است. تنها چند پارامتر مانند ارتفاع مخزن، فاصله مسدود کردن و میرایی برای عملکرد اصلی این ترانسمیتر ضروری هستند. هزینه ترانسمیترهای سطح اولتراسونیک در مقایسه با سایر ترانسمیترهای سطح غیر تماسی مانند ترانسمیترهای سطح راداری پایین است.

کاربردهای ترانسمیتر سطح اولتراسونیک

• صنعت غذا و نوشیدنی
• صنایع شیمیایی
• اندازه گیری سطح آب مخزن
• اندازه گیری سطح مخزن باز

سنسورهای رادار در مقابل اولتراسونیک

فناوری رادار به طور فزاینده‌ای به عنوان بهترین روش اندازه‌گیری سطح در نظر‌‌ گرفته‌ می‌شود، اما این تکنولوژی لزوما برای هر کاربردی مفید نیست. حسگرهای رادار مطمئناً پیشرفت‌های بزرگی در عملکرد، دقت و حتی هزینه داشته‌اند، اما آنها راه‌حلی برای همه کاربردها و فرایند ها نیستند.

اگرچه رادار همه کاره است، اما برخی از کاربردها وجود دارند که در آنها فناوری سطح اولتراسونیک مناسب‌تر است. نزدیک شدن به اندازه‌گیری سطح با یک طرز فکر مناسب برای هدف خاص به جای رویکرد کلی برای ایمنی، عملکرد و کیفیت کلی محصول مهم است.

 

 

اصل زمان پرواز یا Time-of-Flight چیست؟

دستگاه اندازه‌گیری سطح فاصله از نقطه مرجع تا سطح محصول را اندازه‌گیری می‌کند. پالس‌های اولتراسونیک یا رادار توسط دستگاه ساطع می‌شوند، توسط سطح محصول منعکس می‌شوند، توسط واحد ارزیابی الکترونیکی دریافت می‌شوند و به اطلاعات سطح تبدیل می‌شوند. فاصله بین ابزار و سطح محصول را می‌توان با اندازه گیری Time-of-Flight محاسبه کرد.

سنسورهای سطح اولتراسونیک از اصل زمان پرواز (ToF) برای اندازه‌گیری سطح استفاده می‌کنند. مبدل اولتراسونیک یک پالس صوتی مکانیکی تولید می‌کند که از طریق هوا به فرآیند هدایت می‌شود. هنگامی که این پالس با سطح فرآیند برخورد می‌کند، به مبدل منعکس می‌شود. فرستنده اساساً یک تایمر با فناوری پیشرفته است که زمان لازم برای حرکت پالس به فرآیند و بازگشت را اندازه گیری می‌کند. این زمان با فاصله گیج تا سطح فرآیند نسبت مستقیم دارد.

اصول اندازه‌گیری روش زمان پرواز

سنسور پالس‌های اولتراسونیک را در جهت سطح مایع ارسال می‌کند. پالس های اولتراسونیک توسط سطح محصول منعکس شده و دوباره توسط سنسور‌ دریافت‌ می‌شوند. دستگاه زمان t بین ارسال و دریافت یک پالس را اندازه‌گیری می‌کند.

این ابزار از زمان t (و سرعت صوت c) برای محاسبه فاصله D بین غشای حسگر و سطح محصول استفاده می‌کند.

D = c ⋅ t/2

سطح L از D به دست می‌آید. با خطی سازی، حجم V یا جرم M از L به دست می‌آید.

از آنجایی که دستگاه فاصله خالی E را از ورودی کاربر می‌داند، می‌تواند سطح را به صورت زیر محاسبه کند:

L = E – D

یک سنسور دمای یکپارچه (NTC) تضمین می‌کند که تغییرات مربوط به دما در سرعت صوتی جبران می‌شود.

تفاوت بین سنسورهای اندازه‌گیری سطح اولتراسونیک و رادار چیست؟

سطح سنج رادار بر اساس همان اصل ToF به عنوان اولتراسونیک عمل می‌کند. با این حال، رادار از امواج مایکروویو با فرکانس بالا استفاده می‌کند که از یک آنتن ساطع می‌شود. به جای انعکاس بر اساس تغییر چگالی مانند امواج صوتی، امواج مایکروویو بر اساس تغییر امپدانس ناشی از تغییر از یک محیط دی الکتریک پایین (هوا) و ثابت دی الکتریک بالاتر محیط فرآیند منعکس می‌شوند. از آنجایی که امواج مایکروویو الکترومغناطیسی هستند و به هوا به عنوان وسیله انتقال نیاز ندارند، رادار برای استفاده در خلاء یا زمانی که گازهای دیگر در فضای خالی وجود دارد، مناسب است. رادار حتی در شرایط سخت فرآیند از جمله فشار، دما و بخار یک راه حل مطمئن است.

مزایای لول سنج اولتراسونیک چیست؟

روش اولتراسونیک یک راه حل اثبات‌ ‌شده‌ ‌و مقرون به صرفه برای اندازه‌گیری سطح در مایعات و جامدات حجیم است. با برنامه ریزی و مونتاژ آسان، راه اندازی سریع و ایمن، عمر طولانی و کاهش هزینه‌های نگهداری مشخص می‌شود. از آنجایی که اولتراسونیک برای بازتاب به ثابت دی الکتریک متکی نیست، برای استفاده در جایی که محیط فرآیند دارای ثابت دی الکتریک پایین (کمتر از ۱٫۵) است، به استثنای هیدروکربن‌ها، مناسب است. همچنین برای اندازه گیری جریان کانال باز و برای استفاده با سرریزها مناسب است.

برخی از کاربردهای رایج در استفاده از سنسورهای اولتراسونیک

عامل محدود کننده اصلی رادار ثابت دی الکتریک است. مواد با ثابت دی الکتریک پایین ممکن است تغییر کافی در امپدانس برای ایجاد انعکاس ایجاد نکنند. این باعث می‌شود انرژی مایکروویو از آن عبور کند و از کف ظرف منعکس شود. برخی از مواد با ثابت دی الکتریک بسیار کم برای رادار فضای آزاد عبارتند از خاک اره خشک، تراشه‌های چوب، سیمان سفید و بسیاری از گلوله‌های پلاستیکی. برای این کاربردها، فرستنده‌های اولتراسونیک می‌توانند اندازه گیری را در جایی که فرستنده رادار انجام نمی‌دهد، ارائه دهند.

لول سنج اولتراسونیک به چه چالش‌هایی می تواند کمک کند؟

در لول سنج حسگرهای اولتراسونیک می‌توانند به غلبه بر چالش‌هایی که کاربران نهایی در فضاهای تنگ تجربه می‌کنند کمک کنند. به دلیل اندازه نسبتا کوچک سنسور و قابلیت نصب سنسور به طور مستقیم به سقف، آنها برای نصب در مکان‌های تنگ ایده‌آل هستند. حسگر اولتراسونیک نیز می‌تواند در موارد سیل مفید باشد. هنگامی که با یک لوله محافظ در برابر سیل استفاده می‌شود، سنسور می‌تواند اطمینان حاصل کند که اندازه‌گیری بالا حتی اگر زیر آب باشد نشان داده‌ ‌شده‌ ‌است.

در تاسیسات در فضای باز، جایی که دما می‌تواند به زیر صفر برسد، سنسورهای اولتراسونیک با یک گرم کننده یکپارچه می‌توانند از تشکیل یخ روی دستگاه جلوگیری کنند. این امر اندازه‌گیری قابل اعتماد را در طول سال تضمین می‌کند. یخ زدگی می‌تواند مشکلاتی را در رادار ایجاد کند، زیرا یخ دارای ثابت دی الکتریک بالایی است که ممکن است سیگنال رادار را در منبع یا نزدیک آن کاهش دهد. اگر این اتفاق بیفتد، سیگنال راداری کافی برای اندازه‌گیری سطح محصول به سطح محصول نمی‌رسد.

مسدود کردن فاصله در ترانسمیترهای سطح

فاصله مسدود سازی چیست؟

فاصله مسدود سازی زمانی است که سطح به دستگاه رادار خیلی نزدیک شود. هنگامی که رادار پالس‌های مایکروویو یا اولتراسونیک ساطع می‌کند، نمی‌توان بازتاب‌ها را دریافت کرد.

چرا فاصله مسدود وجود دارد؟

لول سنج یا سطح سنج یا امواج می‌فرستد یا دریافت می‌کند، اما نمی‌تواند هر دو را همزمان انجام دهد. پژواک‌های سطح در فاصله مسدود شدن را نمی‌توان به دلیل ویژگی‌های گذرا سنسور ارزیابی کرد و بنابراین اندازه‌گیری قابل اعتماد امکان‌پذیر نیست. فاصله انسداد BD به نوع سنسور بستگی دارد اما برای اندازه‌گیری دقیق سطح باید در نظر‌ گرفته‌ شود.

اگر علاقه‌مند به دانستن بیشتر درمورد سطح سنج ها یا لول سنج می‌باشید، پیشنهاد می‌کنیم که حتما مقاله‌های زیر را در این خصوص مطالعه نمایید.