سطح سنج اولتراسونیک، اساس عملکرد، مزایا و معایب آن

سطح سنج اولتراسونیک، اساس عملکرد، مزایا و معایب آن

در اندازه گیری سطح در مواردی که امکان تماس با سطح سیال وجود نداشته باشد، استفاده از سطح سنج های اولتراسونیک می تواند گزینه خوبی باشد. در واقع این نوع از سطح سنج ها با استفاده از سنسور اولتراسونیک یا ماوراء صوت و به روش غیر تماسی و مجاورتی اندازه گیری سطح را انجام میدهد.

اساس عملکرد سطح سنج های اولتراسونیک

سطح سنج های اولتراسونیک بر اساس ارسال موج صوتی در مسیر سطح و اندازه گیری زمان سپری شده برای بازگشت آن کار می کنند. از آنجا که سرعت صوت مشخص است، با اندازه گیری زمان رفت و برگشت می توان فاصله را محاسبه کرد.
در اندازه گیری نوع آلتراسونیک معمولا فاصله بین محتویات مخزن و بالای آن مورد اندازه گیری قرار می گیرد. ارتفاع از کف مخزن از اختلاف بین این اطلاعات و ارتفاع کل مخزن محاسبه می شود. در صورتی که سیال مایع باشد سیستم هایی وجود دارند که توانایی اندازه گیری ارتفاع از کف مخزن را نیز دارند.
پالس موج صدای اولیه با فرکانسی بین 5 تا 40 کیلوهرتز انتقال می یابد، که البته به نوع مبدل نیز بستگی دارد. سنسور مبدل شامل یک یا چند کریستال پیزوالکتریک برای فرستادن و دریافت سیگنال صدا است. هنگامی که انرژی الکتریکی به کریستالهای پیزوالکتریک اعمال می شود، آنها شروع به حرکت کرده و تولید سیگنال صوت می کنند، در هنگام بازگشت موج صوتی نیز جابجایی موج صوتی بازگشتی یک سیگنال الکتریکی تولید کرده که به عنوان پالس بازگشتی آشکار می شود. زمان رفت و برگشت به عنوان زمان بین ارسال و بازگشت سیگنال اندازه گیری می شود.
سیالی که با این روش سطح آن اندازه گیری می شود باید قابلیت بازتابش امواج را بخوبی داشته باشند. با فرض اینکه دو محیط متفاوت داشته باشیم، هنگام عبور موج صوتی از یک محیط به محیط دیگر مقداری از آن بازتابش شده و برمی گردد و درصدی از آن نیز به ماده دوم نفوذ می کند و دیگر باز نمی گردد.

معرفی سطح سنج آلتراسونیک ساخت شرکت آبنوس

تکنیک های نصب سطح سنج های اولتراسونیک

اگر در هنگام اندازه گیری، در هوا غبار وجود داشته باشد. سیگنال ارسالی تضعیف زیادی داشته و بخش آشکار کننده در مشخص کردن ارتفاع و سطح دچار مشکل شود. توان سیگنال و فرکانس آن دو عنصر اصلی سیگنال اولتراسونیک، می باشد. اگرچه فرکانس های پایین تر صوتی کمتر به وسیله غبار تضعیف می شوند، ولی باعث ایجاد طنین و پیچیدن داخل مخزن شده و اکوی تولیدی آنها کوچک می شوند.
یک راه حل برای اندازه گیری سطح در این نوع فرایند استفاده از سیگنال فرکانس بالا با قدرت آکوستیک بالا است.
یک راه حل رایج برای رفع مشکلات سنسور اولتراسونیک، جابجایی موقعیت آن می باشد.

مزایای سطح سنج های اولتراسونیک

•    نداشتن تماس با مواد
•    مناسب برای طیف وسیعی  از مایعات و مواد توده ای
•    کارایی قابل اطمینان در سرویس های سخت
•    نداشتن قیمت متحرک
•    اندازه گیری بدون تماس فیزیکی
•    قرار نگرفتن تحت تاثیر چگالی، رطوبت و رسانایی
•    دقت 0.25 درصد با تخمین دما و خود کالیبره کردن (به منظور خود کالیبره کردن از سنسور دما استفاده می شود).

معایب سطح سنج های اولتراسونیک

•    مواد باید به خوبی موج صوتی را بازگردانند و جاذب آن نباشند.
•    مواد باید لایه ای کاملا مجزا برای اندازه گیری داشته باشند و این لایه نباید شامل کف، پف یا قلقل کردن سیال باشد.
•    برای فشارهای بالا و خلا مناسب نیستند.
•    به کابلهای مخصوص بین مبدل و تجهیزات الکترونیکی نیاز است.
•    دما به 170 درجه سانتی گراد محدود است.

محدودیت های کاربردی سطح سنج های اولتراسونیک

کارایی فرستنده اولتراسونیک وابسته به اکویی است که دریافت می شود. اکو ممکن است به دلیل پراکندگی و جذب موج ضعیف باشد. پراکندگی مشکلی است که در مخزن بلند رخ می دهد و می توان آن را با استفاده از مخروطی های متمرکز کننده کاهش داد. در صورتی که مواد جاذب موج صوتی باشند سیگنال اکو خیلی کاهش می یابد، در این موارد نیاز به سیستم هایی با انرژی بیشتر است.
در کاربردهایی با شرایط سخت تر، اطمینان از مناسب بودن استفاده از تجهیزات اولتراسونیک، بر اساس آزمایشات قبلی و یا انجام آزمایش جدید قبل از نصب دائمی حاصل می شود.
قیمت این سنسورها وابسته به فاصله قابل اندازه گیری سنسور است، نوع ذاتا ایمن Instrinisically Safe  آن معمولا گران تر می باشد.
این نوع از اندازه گیری سطح قابلیت اطمینان بالا و دقت خوبی دارد. مزیت اصلی سطح سنح های اولتراسونیک، تکنولوژی غیر تماسی آن است که باعث جلوگیری از خوردگی و آلودگی با محتویات مخزن می شود.

کاربرد سطح سنج اولتراسونیک

این سنسور مناسب برای  انواع   مخازن  آب، مخازن رنگ، مخازن  شن و ماسه، مخازن شیر، هر نوع مخزن که شامل مایعات و مواد خمیر مانند یا  مخازن  جامدات روان و…. میباشد، هچنین در محیط های انفجاری، مخازن شیمیایی با خورندگی بالا نیز می توان از سطح سنج های اولتراسونیک استفاده کرد.