ترانسمیترهای سطح التراسونیک

Ultrasonic Level Transmitters

صوت صدایی است که ما می توانیم بشنویم، التراسونیک صدایی بالاتر از محدوده شنوایی انسان است، انسان می تواند حداکثر تا فرکانس 20 کیلو هرتز را بشنود، فرکانس های التراسونیک بالاتر از KHz 20 هستند.

ترانسمیترهای سطح

امواج التراسونیک به منظور اندازه گیری سطح مایعات و مواد جامد در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند، اندازه گیری سطح با التراسونیک در اصل بدون تماس است و بیشتر برای اندازه گیری سطح مایعات گرم ، خورنده و در حال جوش مناسب است، محدوده فرکانس نرمال مورد استفاده برای اندازه گیری های سطح التراسونیک در محدوده KHz 200-40 است.

 

 

 

1-اصول اندازه گیری سطح با التراسونیک چیست ؟

 

ترانسمیترهایی التراسونیک

امواج التراسونیک یک شی را به همان شیوه ای که رادار کار می کند ، تشخیص می دهد.

التراسونیک از امواج صوتی و رادار از امواج رادیویی استفاده می کند.

وقتی سیگنال پالس التراسونیک به سمت یک هدف هدایت می شود ، توسط شی منعکس می شود و به فرستنده باز می گردد.

زمان طی شده توسط پالس التراسونیک محاسبه می شود و فاصله شی پیدا می شود.

یک ترانسمیتر سطح از نوع التراسونیک در بالای مخزن نیمه پر از مایع نصب می شود. (شکل 1)

سطح مرجع برای تمام اندازه گیری ها انتهای مخزن است. سطح تشخیص داده شده با C نشان داده می شود و B فاصله سنسور التراسونیک از سطح مایع است.

سیگنال های پالس التراسونیک از ترانسمیتر منتقل می شود و منعکس شده و به سنسور باز می گردد.

زمان طی شده توسط پالس التراسونیک از سنسور تا هدف و برگشت آن محاسبه می شود.

سطح C می تواند با ضرب نیمی از این زمان در سرعت صوت در هوا تعیین شود.

واحد اندازه گیری نتیجه نهایی می تواند بر حسب سانتی متر ، فوت ، اینچ یا …. باشد.

 

2–مشکلات طراحی سیستم عامل ترانسمیتر سطح از نوع التراسونیک

اصل اندازه گیری بالا به نظر می رسد که در حالت نظریه کاملا درست باشد، در عمل برخی مشکلات فنی وجود دارد که باید برای خواندن سطح به صورت صحیح در نظر گرفته شود.

• سرعت تغییرات صوت به دلیل تغییر دمای هوا. به منظور جبران تغییرات سرعت صوت به دلیل تغییرات دما ، یک سنسور دمایی یکپارچه مورد استفاده قرار می گیرد.
• ممکن است تعدادی اکوهای تداخلی توسط لبه ها ، اتصالات جوش داده شده و … ایجاد شود. این توسط نرم افزار ترانسمیتر مراقبت می شود و سرکوب اکو تداخلی امیده می شود.
• کالیبراسیون ترانسمیتر ضروری است. دقت اندازه گیری به دقت کالیبراسیون بستگی دارد. محدوده خالی A و فاصله اندازه گیری D برای ورود به کالیبراسیون ترانسمیتر باید به درستی مشخص شود.
• خصوصیات گذرای سنسور یک فاصله Blocking را ایجاد می کند همان طور که در شکل 1 نشان داده شده است. فاصله D هرگز نباید به فاصله Blocking برسد.

3–ساختار اصلی یک ترانسدیوسر التراسونیک

سنسور التراسونیک قلب دستگاه ترانسمیتر سطح از نوع التراسونیک است.

این سنسور انرژی الکتریکی را به امواج اولتراسوند تبدیل می کند.

کریستال های پیزوالکتریک برای فرآیند تبدیل مورد استفاده قرار می گیرند.

کریستال های پیزوالکتریک زمانی که انرژی الکتریکی به آن ها  اعمال می شود ، در فرکانس های بالا به نوسان در می آیند. برعکس آن هم درست است.

این کریستال های پیزوالکتریک هنگام دریافت اولتراسوند ، سیگنال های الکتریکی تولید می کنند.

این سنسورها قادر به ارسال اولتراسوند به یک شی و دریافت اکو توسط شی می باشند.

این اکو توسط مدار کنترل به منظور پیش برد فرآیند به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

 

 

 

4-دیاگرامی از یکترانسمیتر سطح از نوع التراسونیک

یک میکروکنترلر براساس مدار کنترل تمام فعالیت های ترانسمیتر سطح از نوع التراسونیک را کنترل می کند.

دو مدار انتقال پالس وجود دارد ، یکی برای پالس ترانسمیتر یا فرستنده و یکی دیگر برای پالس گیرنده .

پالس تولید شده توسط ترانسمیتر پالسی است که توسط سنسور التراسونیک (ترانسمیتر) به پالس های التراسوند تبدیل می شود و به شی ء برخورد می کند.

این پالس التراسوند یک پالس اکو را به سنسور التراسونیک (گیرنده) منعکس می کند.

گیرنده هم این پالس التراسونیک را از طریق یک ژنراتور پالس به یک پالس سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.

زمان سپری شده یا زمان انعکاس توسط شمارنده اندازه گیری می شود.

این زمان سپری شده مربوط به سطحی است که اندازه گیری شده است.

این زمان سپری شده توسط مدار کنترل به سطح تبدیل می شود.

یک مدار ژنراتور Timing وجود دارد که برای همگام سازی تمام فعالیت ها در سیستم اندازه گیری سطح التراسونیک مورد استفاده قرار می گیرد.

در نهایت سطح به یک سیگنال 20 -4 میلی آمپری تبدیل می شود.

4 میلی آمپر مربوط به صفر درصد سطح و 20 میلی آمپر مربوط به %100 سطح می باشد(شکل 1 را ببینید) .

این سیگنال خروجی 20 -4 میلی آمپری که اطلاعات سطح را می دهد می تواند تا مسافت های طولانی برای ابزارهای کنترل فرآیند انتقال یابد. (شکل 3)

 

 

5-مزایای ترانسمیتر سطح از نوع التراسونیک 

ترانسمیتر سطح از نوع التراسونیک قطعات متحرکی ندارد و می تواند سطح را بدون داشتن تماس فیزیکی با شی ء اندازه گیری کند.

این ویژگی ترانسمیتر برای اندازه گیری سطوح در مخازن با مواد شیمیایی خورنده ، در حال جوش و خطرناک ، مفید است.

دقت خواندن حتی بعد از تغییرات در ترکیب شیمیایی یا ثابت دی الکتریک مواد در سیالات فرآیند بدن تغییر باقی می ماند.

 

6-محدودیت های ترانسمیتر سطح از نوع التراسونیک

ترانسمیترهای سطح از نوع التراسونیک بهترین دستگاه های اندازه گیری سطح بوده که در آن اکو دیافت شده از التراسوند از کیفیت قابل قبولی برخوردار است.

اگر عمق مخزن زیاد باشد و اکو جذب یا پراکنده شود ، این امر خیلی راحت نیست. شی ء نباید جذب کننده صوت باشد.

همچنین برای مخازن با دود خیلی زیاد یا رطوبت با دانسیته بالا نامناسب است.

 

ویژگی های سنسور سطح التراسونیک 700 WL 

این نوع سنسورهای سطح التراسونیک 700 WL  به دلیل رنگ ، شکل و یا ترکیب مواد هدف ( به عنوان مثال شفاف یا مات ، مایع یا جامد ) به خطا حساس نیستند.

سنسورهای سطح التراسونیک به ویژه برای کاربردهایی که باید یک شی ء غیر فلزی را در یک محیطی که در آن مایع ، گردو غبار ، اسپری سنگین ، غذا ، جوهر یا سایر خطرات زیست محیطی وجود دارد ، حس کند ، بسیار مناسب است.

از آنجا که سنسورهای سطح التراسونیک انرژی صوتی را برای تشخیص مورد استفاده قرار می دهند ، شی ء بازتاب کننده نباید فلز باشد اما می تواند شیشه ، پلاستیک یا حتی کاغذ باشد.

مایعات بدون حرکت و غیر متلاطم و جامدات حاوی ذرات بزرگ و سخت بازتابنده های خوبی هستند و بنابراین کاندید های خوبی برای اندازه گیری توسط سنسورهای سطح التراسونیک هستند.

پشم و فوم بازتابنده های ضعیفی هستند و گرد و غبار یا رطوبت در فضای بخار تمایل به جذب پالس سنسورهای سطح التراسونیک دارد .

وقتی این شرایط وجود دارد ، پالس ها توسط سنسورهای سطح التراسونیک قابل اندازه گیری نیستند.

این سنسورها توسط یک ترانسمیتر پالسی برای ایجاد یک موج فشار و انتشار به هدف تحریک شده و سپس پالسی را منعکس می کنند.

موج انعکاسی توسط سنسور سطح التراسونیک دریافت می شود و به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می شود .

سپس این سیگنال الکتریکی برای پیدا کردن اکوی بازتابی تقویت و پردازش می شود و سپس برای پیدا کردن فاصله تا یک هدف ویژه محاسبه می شود.

فاصله با یک شی ء محاسبه می شود و سپس توسط سنسور به یک سیگنال 20-4 میلی آمپری تبدیل می شود.

در شکل زیر ساختار سنسورهای سطح التراسونیک700  WL نشان داده شده است.

 

 

ترانسمیتر سطح التراسونیک  2 جزءی بدون تماس 

Smart Lite یک دستگاه اندازه گیری پیوسته سطح بدون تماس و التراسونیک بوده که قادر به ارائه اندازه گیری های درست و دقیق برای مایعات است در حالی که به طور اتوماتیک تغییرات دمایی و دیگر شرایط محیطی را جبران می کند.

 

ترانسمیتر سطح Smart Lite 

Smart Lite برای کاربردهایی از جمله مخازن فرآیند ، مخازن ذخیره سازی و… طراحی شده است. 

 Smart Lite یک دستگاه با ولتاژ پایین و 4 سیم بوده و با یک صفحه نمایش LCD گرافیکی سفارشی در دسترس است.

Smart Lite دارای دو جزء اصلی ، واحد کنترل اصلی و سنسور است.

ویژگی های ترانسمیتر سطح

• نصب در مخازن فرآیند ، مخازن ذخیره سازی و ….
• خود تنظیم تقریبا برای همه انواع شرایط
• جبران کامل در تقریبا تمام محیط ها : بخارات ، گازها ، تغییرات دما ، باد و … . ارائه بالاترین دقت حتی تحت شرایط بسیار سخت
• دقت 0.25 % از محدوده اندازه گیری
• برای محدوده تا 10 متر (32 فوت)
• میزان تفکیک پذیری : mm 1 (0.04 اینچ)

 

لینک ترجمه :

https://www.coulton.com/beginners_guide_to_ultrasonic_level_transmitters.html

https://www.coulton.com/2_part_ultrasonic_level_transmitter.html

http://www.globalw.com/support/ultrasonic.html