موارد تاثیر گذار بر سطح سنج آلتراسونیک و راهنمایی در انتخاب آن

موارد تاثیر گذار بر سطح سنج اولتراسونیک و راهنمایی در انتخاب آن

اگرچه سنسورهای اولتراسونیک سیگنال خوبی برای اندازه گیری سطح تولید می کنند با این وجود ممکن است عواملی نظیر نوع مواد، شرایط محیطی، نویزهای صوتی، فشار، دما و… بر امواج اولتراسونیک تاثیر گذاشته و مقدار اندازه گیری شده همراه با خطا باشد. به همین منظور در این مقاله به شناسایی این عوامل و راهنمایی در جهت انتخاب یک سطح سنج اولتراسونیک با توجه به نیاز کاربرد، پرداخته شده است.

معرفی سطح سنج آلتراسونیک ساخت شرکت آبنوس

انتخاب و سایزینگ سطح سنج اولتراسونیک

برخی از گزینه های اختیاری که سازندگان پیشنهاد می کنند و می توانند کاربر را در انتخابی صحیح تر یاری کنند عبارتند از:

تطبیق فرکانس خودکار
برای سنسور تولید کننده موج صوتی معمولا از یک پیزو الکتریک از جنس سرامیک یا پلیمر استفاده می شود. این پیزو با نوسان در فرکانس تشدید به تولید موج فراصوتی می پردازد. بهینه ترین فرکانس صوتی ارسالی برابر با فرکانس تشدیدی است که وابسته به فرستنده و کاربرد آن است. این فرکانس تشدید وابسته به غبار تشکیل شده، غلظت یا حتی تغییر در دما است.
مشخصه های دقیق طراحی این نوع سنسورها به سازنده دستگاه بستگی دارد. بعضی از سازندگان ممکن است در نرخ پالس و توان ارسالی سیگنال با دیگران متفاوت باشند.
فرکانس مبدل باید طوری انتخاب شود که طول موج آکوستیک آن حداقل چهار برابر میانگین قطر ذرات اندازه گیری باشد.

طول موج آکوستیک در هوا برحسب فرکانس و دما

جلوگیری از اکوی جعلی
اگرچه سنسورهای اولتراسونیک سیگنال خوبی برای اندازه گیری سطح تولید می کنند، با این وجود ممکن است سطح های دیگری نیز در داخل مخزن آشکار شوند. موارد دیگری که می توانند سیگنال بازگشتی تولید کنند عبارتند از: ورودی ها، پرتوهای تقویت شده، موانع و درزهای جوشکاری
برای جلوگیری از خواندن این پرتوها توسط تجهیز ها و به اشتباه افتادن آن، میتوان اطلاعات ناشی از این سیگنالها را فیلتر کرد. مهار کردن این پالسهای اشتباه بر پایه تقویت آستانه آشکارسازی است.
اغلب تولید کنندگان مدلهایی دارند که نقشه مخزن را می کشند و اطلاعات دیجیتالی در حافظه ذخیره می شوند. اطلاعات خوانده شده در صورتی که پپاسخ نادرست دریافت شود، تصحیح می شود.

اندازه گیری حجم
اغلب سطح سنج های اولتراسونیک مدرن می توانند حجم را محاسبه کنند. در مواردی که مخزن دارای سطح مقطع ثابت باشد، این کار بسیار ساده است. اگر سطح مقطع متفاوت باشد به دلیل نیاز به شکل هندسی مخزن برای محاسبه حجم، اندازه گیری مشکل می شود. یکی از موارد و مشکلات هنگامی است که مخزن شکل مخروطی یا مکعبی با تیز شدن نزدیک به کف دارد.

بررسی انتخاب

فاصله ای که اندازه گیری می شود
سطح سنج های اولتراسونیک باید قادر باشند فاصله مدنظر را پوشش دهد. این موضوع در مشخصات فنی آن درج شده است. توجه شود که مشخصات عمومی مربوط به هوای تمیز و سطح صاف است. دلیل تفاوت در محدوده فاصله، واضح است زیرا سیستمی که برای دقت بالا و فاصله کوتاه طراحی شده است برای فاصله های طولاتی تر مفید نیست.
به طور مشابه سیستم های با توان بالاتر برای فاصله های کوتاه مناسب نیستند زیرا باعث ایجاد سیگنال های بازگشتی خیلی بیشتری شده و نویز تولیدی باعث خطا در اندازه گیری می شود. باید توجه کرد که سیستم های جدید دارای گین متغیر خودکار هستند تا مقدار توان لازم را تخمین بزنند. تغییرات دمایی، غبار، کثیفی و میعان صورت گرفته روی سنسور، مانع کارکرد صحیح تجهیز می شوند.

سطح مواد
نیاز اساسی در این نوع سیستم اندازه گیری این است که قسمتی از سیگنال ارسالی از سطح مواد برگردد تا بتوان آن را اندازه گیری کرد. سطوحی با مجزایی بیشتر موجب دقت و اطمینان بیشتر مقدار اندازه گیری می شوند.

عواملی که باعث از بین رفتن وضوح سطوح می شوند عبارتند از:
•    لایه ای از کف و پف در سطح مایع
•    خرده های نرم و کوچک روی مواد اولیه حجیم
•    ابر غباری تولید شده در اثر انتقال کانه و سنگ معدن
در مورد مایعات انتخاب هایی وجود دارند که امکان اندازه گیری از کف مخزن را مهیا می سازند، البته در این حالت نیاز به نصب تجهیزی مکانیکی است تا کف و پف از بین ببرد. در مواردی که جابجایی مواد جامد وجود دارد و ممکن است ابرهای تولیدی آنها ایجاد مشکل کنند می توان از روش استخراج گرد و غبار یا انتظار برای نشست، استفاده کرد. وجود ناچیز وضعیت های فوق عموما تاثیری در اندازه گیری نمی گذارد.

اوضاع محیطی
از آنجایی که سیگنال فراصوتی باید از هوا عبور کند، باید وضعیت و فاکتورهایی مثل غبار، بخار، فشار، دما و گاز بررسی شوند.

نویزهای صوتی
شکل رایج نویز صوتی هنگام تخلیه سنگ معدن از کامیون یا بارکش به مخازن و قیف ایجاد می شود. نویز تولید شده از انتقال کانیها می تواند بر سیگنال بازگشتی تاثیر گذاشته و کیفیت آن را کاهش دهد.

فشار
عموما سیستم های اندازه گیری فراصوتی تحت تاثیر تغییرات فشار قرار نمی گیرند. محدودیت های این حالت به دلیل محدودیت های مکانیکی تجهیزات در توانایی ارسال انرژی صوتی است.
یک محدودیت در مخازن تحت فشار این است که به دلیل بسته بودن کامل آنها، ایجاد مشکل در اثر انعکاس های چند دفعه ای موج وجود دارد.

دما
تغییرات دما بر سرعت موج صوتی و در نتیجه بر زمان رفت و برگشت آن موثر است. در این حالت استفاده از سنسور دما امکان تصحیح خطا را میسر می سازد. اشتباه در مواردی رخ می دهد که در فاصله اندازه گیری شده، گرادیان دما متغیر باشد.
کاربرد تجهیزات فراصوتی با دمای 170درجه سانتی گراد با رفع محدودیت های اعمالی در ساخت بدنه مبدل، امکان پذیر است.
توصیه اصلی در مورد اندازه گیری با تکنولوژی اولتراسونیک، بررسی استفاده از سنسورهای مجزای دما است. به خصوص در مواردی که تغییرات زیاد دما، باعث تغییر دمای مایعات از گرم به داغ می شود.

گاز
همان طور که قبلا اشاره شد، این نوع از اندازه گیری به سرعت صوت وابسته است. سرعت صوت فقط با تغییر دما تغییر نمی کند بلکه با تغییر در محیط انتقال و واسطه ها نیز تغییر می کند. بنابراین سرعت صوت در گازها و بخارهای مختلف متفاوت است.

نصب
از آنجایی که تجهیز اولتراسونیک برای اندازه گیری سطح استفاده می شود، باید مسیر اندازه گیری مسدود نباشد تا اطمینان حاصل شود که سیگنال بازگشتی نشاندهنده سطح واقعی است. باید سطح کف مخزن دارای زاویه ای باشد که سیگنال برگشتی از آن مستقیما به فرستنده برگردد، در این صورت اندازه گیری صحیح است. اگر زاویه کف مخزن به صورتی باشد که سیگنال بازگشتی پس از چندین برخورد به دیواره مخزن به سمت تجهیز اندازه گیری برود، مقدار اندازه گیری شده اشتباه است.
پرتوهای فراصوتی نمی توانند باریک باشند اما می توان از مخروطی های کانونی کننده استفاده کرد.
تمام سنسورها دارای ناحیه مرده یا فاصله خالی هستند که در این ناحیه نمی توانند هیچ موج صوتی را حس کنند. این فاصله مطابق با طول موج سیگنال فرستاده شده است و با این کار مانع از آشکار شدن سیگنال ارسالی با عنوان سیگنال بازگشتی می شود.

خود تمیز کننده
در مواردی که امکان ترشح و لکه دار شدن وجود دارد، پروبهای خود تمیزکننده لازم است. در این حالت مایع یا غبار در تماس با سطح فعال مبدل، اصطلاحا اتمیزه می شود و به ذرات بسیار ریز تبدیل می شود. این ویژگی، پروبهای خود تمیز کننده را نسبت به جمع شدن مواد مقاوم کرده و باعث کاهش نیاز به فعالیت های تعمیر و نگهداری می شود.