---

هنگامی که سیگنال صوتی به عقب منعکس می‌شود، حرکت موج صوتی منعکس شده یک سیگنال الکتریکی تولید می‌کند. این به عنوان پالس بازگشت تشخیص داده می‌شود.

زمان عبور، که به عنوان زمان بین سیگنال‌های ارسالی و بازگشتی اندازه‌گیری می‌شود، سپس برای استنباط سطح یک کشتی استفاده می‌شود. در یک عملیات مشابه، سوئیچ سطح آلتراسونیک می‌تواند اندازه‌گیری جریان کانال باز را با تبدیل خواندن سطح به واحد حجم در هر زمان انجام دهد. اشکال معمول مخزن، فلوم ها و سرریزها در نرم افزار دستگاه ذخیره می‌شوند. یک جدول خطی‌سازی 32 نقطه‌ای نیز برای مخازن غیر معمول یا عناصر جریان اولیه موجود است.

اصول اولیه اندازه گیری سطح به روش التراسونیک

در این حالت اندازه‌گیری، زمان حرکت موج صوتی با مقدار فضای خالی بین سطح مایع و بالای ظرف متناسب است. 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 اصل، ترانسمیترهای سطح آلتراسونیک مسافت طی شده توسط یک موج آلتراسونیک را برای تعیین سطح تبدیل می‌کنند. اگر فاصله بین لبه پایین سنسور و پایین ظرف مشخص باشد، دستگاه می‌تواند سطح پر شدن را نمایش دهد.

اگر مبدل آلتراسونیک به اندازه کافی ناهموار باشد و ظرف فرآیند به اندازه کافی عاری از لجن و سایر مواد میرایی صدا که در کف ظرف جمع شده‌اند، مبدل ممکن است در پایین ظرف نصب شود و امواج صوتی را از سطح مایع از طریق مایع منعکس کند. هر تفاوت قابل توجهی در سرعت صوتی بین دو ماده برای انعکاس یک موج صوتی کافی است. در این صورت، مهم نیست که موج صوتی فرودی ابتدا از کدام ماده منتشر می‌شود.

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. این فناوری قابلیت اندازه‌گیری سطح یا حجم سیال را بدون تماس فیزیکی با مواد دارد. این امر به ویژه در کاربردهایی که حاوی مواد خورنده، جامدات معلق یا رسانه‌های پوششی هستند، اهمیت دارد.

کاربرد ترانسمیترهای آلتراسونیک در اندازه‌گیری مواد

• مایعات
• رسانه‌های چسباننده
• پودرها
• مواد فله

اندازه‌ گیری سطح آلتراسونیک در غذا و نوشیدنی

ترانسمیتر سطح التراسونیک برای نظارت بر جریان و سطح مایعات در بخش تولید مواد غذایی استفاده می‌شود. در فرایند های مواد غذایی امواج آلتراسونیک را برای اندازه‌گیری و نظارت ایمن و دقیق در زمانی که سیستم‌های حسی برای تشخیص و نظارت دقیق سطوح مایع مورد نیاز است، استفاده می‌کند.

در بسیاری از کاربردهای آب و فاضلاب، اندازه گیری سطح بدون تماس با استفاده از آلتراسونیک به دلیل هزینه کمتر و مزایای خاص کاربرد، بهترین انتخاب است. برخی از ابزارهای سطح آلتراسونیک در بازار امروزه دارای ویژگی‌هایی هستند که به طور خاص برای صنعت فاضلاب پیاده‌سازی شده‌اند. ابزارهای سطح آلتراسونیک می‌توانند بخش مقرون به صرفه و سودمند یک تصفیه خانه فاضلاب کارآمد و ایمن باشند و باید هنگام انتخاب ابزار مورد توجه قرار گیرند.

نحوه عملکرد ترانسمیتر سطح التراسونیک

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

ترانسمیتر سطح آلتراسونیک در بالای مخزن نصب‌‌ می‌شود که اندازه‌گیری سطح آن مورد نیاز است. با حرکت سطح رسانه، فاصله زمانی بازگشت سیگنال نیز تغییر می‌کند. فرستنده این بازه زمانی را به خواندن مستقیم سطح تبدیل می‌کند.

امواج آلتراسونیک از ترانسمیتر سطح التراسونیک منتقل می‌شود. این امواج آلتراسونیک 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 آلتراسونیک را محاسبه می‌کند.

مزایای اندازه گیری سطح به روش آلتراسونیک

• عدم تماس با محصول
• مناسب برای طیف وسیعی از مایعات و محصولات فله مانند پودرها و غلات
• عملکرد قابل اعتماد در خدمات دشوار
• بدون قطعات متحرک
• اندازه‌گیری بدون تماس فیزیکی
• دقت 0.25% با جبران دما و خود کالیبراسیون

ملاحظات مربوط به اندازه گیری سطح به روش آلتراسونیک

همانطور که می‌دانید، کالیبراسیون یک فرستنده سطح آلتراسونیک به سرعت صوت از طریق محیط بین مبدل و رابط بستگی دارد. برای مبدل‌های نصب شده در بالا، این سرعت صوت از طریق هوا (یا بخار) روی مایع است، زیرا این وسیله‌ای است که از طریق آن زمان سفر موج فرود و منعکس شده اندازه‌گیری می‌شود. برای مبدل‌های نصب شده در پایین، این سرعت صوت از طریق مایع است.

در هر صورت، برای اطمینان از دقت خوب، باید مطمئن شد که سرعت صوت در مسیر سفر «زمان‌بندی‌شده» تا حد معقولی ثابت می‌ماند (یا در غیر این صورت، تغییرات سرعت صوت در آن محیط را با استفاده از اندازه‌گیری دما یا فشار و الگوریتم جبران).

ابزارهای سطح آلتراسونیک از مزیت اندازه‌گیری ارتفاع مواد جامد مانند پودرها و دانه‌های ذخیره شده در ظروف و نه فقط مایعات برخوردار هستند. مجدداً، معیار اساسی برای تشخیص سطح ماده این است که سرعت صوت از طریق مواد بالا و پایین باید متفاوت باشد (هر چه اختلاف بیشتر باشد، پژواک قوی‌تر است). یک چالش منحصر به فرد برای اندازه‌گیری جامدات، امکان متمایز پروفیل‌های ناهموار مواد است.

یک مشکل کلاسیک که هنگام اندازه‌گیری سطح یک ماده پودری یا دانه‌ای در یک ظرف با آن مواجه می‌شود، زاویه سکون است که توسط مواد در نتیجه وارد شدن به ظرف در یک نقطه ایجاد می‌شود.

تشخیص این سطح زاویه‌دار برای دستگاه آلتراسونیک دشوار است زیرا به جای بازتاب شدید امواج صوتی به سمت ابزار، تمایل دارد امواج صوتی را به صورت جانبی پراکنده کند. با این حال، حتی اگر مشکل پراکندگی قابل توجه نباشد، هنوز مشکل تفسیر وجود دارد. سطح شناسایی شده در نزدیکی دیواره مطمئناً کمتر از مرکز آن ثبت می‌شود، اما سطح تشخیص داده شده در میانه راه بین دیواره و مرکز ممکن است میانگین دقیق آن دو ارتفاع نباشد.

علاوه بر این، اگر ارتعاشات مکانیکی باعث شود که مواد از مرکز به لبه بروند، این زاویه ممکن است در طول زمان کاهش یابد. به همین دلیل، برنامه‌های اندازه‌گیری ذخیره‌سازی جامدات که نیاز به دقت بالا دارند، معمولاً از تکنیک‌های دیگری مانند اندازه‌گیری مبتنی بر وزن یا اسکن سه‌بعدی استفاده می‌کنند.

ترانسمیتر سطح آلتراسونیک غیر تهاجمی

‌ترانسمیتر سطح آلتراسونیک غیر تهاجمی دستگاهی است که از اصل آلتراسونیک برای اندازه‌گیری سطح مایع در مخزن با چسباندن یک سنسور آلتراسونیک خارجی به کف مخزن استفاده می‌کند.

• اندازه‌گیری بدون تماس خارجی سطح مایع
• بدون اتکا به هیچ گیج مکانیکی موجود
• فرآیند نصب بی خطر
• اندازه‌گیری مداوم
• اندازه‌گیری به سرعت و دقیق سطح گاز بر حسب کیلوگرم و درصد

ترانسمیتر سطح آلتراسونیک غیر تهاجمی چگونه کار می‌کند؟

ترانسمیتر سطح مایع نوع خارجی از اصل محدوده ردیاب استفاده می‌کند، از کاوشگر ویژه خارج از دیواره ظرف برای جمع‌آوری سیگنال آلتراسونیک استفاده می‌کند. فناوری پردازش آلتراسونیک ویژه را به عنوان هسته سیستم می‌گیرد و از فناوری پیشرفته پردازش سیگنال با سرعت بالا استفاده می‌کند. سپس سطح مایع داخل ظرف را به دقت محاسبه می‌کند.

مقدار سطح مایع محاسبه شده به صورت محلی نمایش داده می‌شود و سیگنال راه دور خروجی می‌شود.
این مقیاس می‌تواند نتایج اندازه‌گیری را از طریق سیگنال آنالوگ 4-20 میلی آمپر، RS-485 و سایر رابط‌ها به سیستم کنترل ارسال کند. در عین حال، داده‌ها را می‌توان از طریق انتقال بی‌سیم به اینترنت از طریق WIFI، GPRS و NBIOT نیز ارسال کرد.
هنگام اندازه‌گیری سطح مایع، سیگنال آلتراسونیک از پروب ساطع می‌شود و سیگنال اکو پس از بازتاب از سطح مایع توسط پروب تشخیص داده می‌شود. در اصل اندازه‌گیری بدون تماس خارجی سطح مایع را بکار می‌برد.
سیگنال اکو توسط یک الگوریتم اختصاصی برای محاسبه زمان پردازش می‌شود و سیستم ارتفاع سطح مایع را طبق فرمول محاسبه می‌کند.

مشکلات رایج سطح سنج آلتراسونیک

1. تاثیر هم زدن بر سطح سنج آلتراسونیک

مخزن‌های در محل اغلب مجهز به همزن هستند، بنابراین نوسان مایع نسبتا زیاد است که بر اندازه‌گیری سطح سنج آلتراسونیک تأثیر می‌گذارد. در این حالت، سرعت چرخش همزن باید به طور مناسب کاهش یابد یا پروب از مرکز همزن منحرف شود. نصب لوله استاتیک همچنین می‌تواند به طور موثر تأثیر هم زدن را بر اندازه‌گیری سطح مایع از بین ببرد.

2. تاثیر فوم بر سطح سنج آلتراسونیک

در فرآیند اندازه‌گیری سطح مایع با سطح سنج آلتراسونیک ، اغلب تداخل فوم وجود دارد. فوم‌ها را می‌توان با توجه به خواص خود به خشک، مرطوب، خنثی و سنگین تقسیم کرد.

فوم خشک و فوم مرطوب می‌توانند امواج آلتراسونیک را به عقب منعکس کنند، بنابراین هیچ تاثیری بر اندازه‌گیری سطح سنج آلتراسونیک ندارند. فوم خنثی بخشی از امواج مافوق صوت را جذب و پخش می‌کند که بازتاب امواج آلتراسونیک را ضعیف می‌کند و منجر به پژواک‌های ناپایدار می‌شود. بنابراین، هنگامی که سطح متوسط ​​فوم ضخیم است، خطای اندازه‌گیری سطح سنج آلتراسونیک بزرگتر خواهد بود یا حتی قابل اندازه‌گیری نیست.

3. تأثیر بخار و مه بر سطح سنج التراسونیک

هنگامی که دمای محیط کار بسیار بالا است، محیط مایع به راحتی بخار یا مه تولید می‌کند. از آنجایی که بخار سبکتر از هوا است، تا بالای مخزن شناور می‌شود و یک لایه بخار تشکیل می‌دهد که می‌تواند پالس‌های آلتراسونیک را جذب و پخش کند. با نصب لوله استاتیک می‌توان تأثیر لایه بخار بر اندازه‌گیری را کاهش یا تضعیف کرد.

4. تأثیر ناحیه کور بر سطح سنج التراسونیک

سطح سنج‌های آلتراسونیک مانند چشم انسان دارای نقاط کور هستند. هنگامی که جسم بسیار نزدیک به چشم است، ما نمی‌توانیم به وضوح ببینیم. به این فاصله منطقه کور می‌گویند. ناحیه کور سطح سنج التراسونیک با توجه به محدوده متفاوت است. محدوده کوچک منجر به ناحیه کور کوچک می‌شود، در حالی که محدوده بزرگ به ناحیه کور بزرگ منجر می‌شود. بنابراین لازم است بالاترین سطح مایعی که اندازه‌گیری می‌شود نباید بالاتر از ناحیه کور سطح سنج آلتراسونیک باشد.

5. تأثیر فشار و دما بر سطح سنج آلتراسونیک

اول از همه، سرعت صوت نمی‌تواند در خلاء منتشر شود. جوهر موج آلتراسونیک نوعی موج صوتی است که متعلق به موج مکانیکی است، بنابراین در خلاء نیز نمی‌تواند منتشر شود.

ثانیا، دما نیز بر سطح سنج آلتراسونیک تأثیر می‌گذارد. اگرچه مقدار فشار زیادی در خلاصه پارامتر سطح سنج آلتراسونیک وجود دارد، اما با افزایش دما، مقدار فشار بزرگ نیز به همین ترتیب کاهش می‌یابد. بنابراین باید هنگام انتخاب نوع سطح سنج به این پارامتر توجه کرد. علاوه بر این، برای سطح سنج نصب شده، اقداماتی را می‌توان برای کاهش تأثیر عوامل دما اتخاذ کرد.

همچنین اگر نیاز به مطالعه بیشتر درمورد ترانسمیتر سطح آلتراسونیک دارید پیشنهاد می‌کنیم که به مقالات زیر رجوع کنید.

https://www.instrumentationtoolbox.com/2013/07/ultrasonic-level-sensors-operating.html

https://www.thincke.com/product/non-invasive-ultrasonic-level-sensor

https://www.magnetrol.com/en/ultrasonic-non-contact