تجهیزصنعت تامین و تجهیز صنایع
یکی از روش های اندازه گیری سطح استفاده از لول ترانسمیتر آلتراسونیک (Ultrasonic Level Transmitter) میباشد. لول ترانسمیتر آلتراسونیک یک تجهیز اندازه گیری سطح غیر تماسی (Non-Contact) و پیوسته (Continuous) میباشد.
این تجهیز برای اندازه گیری سطح مایعات و جامدات پودری در جایی که امکان تماس یا دسترسی به سیال داخل مخزن امکان پذیر نمیباشد مورد استفاده میباشد. در بسیاری از مخازن دمای سیال، یا خورندگی آن بالا میباشد. در این موارد استفاده از تجهیزات اندازه گیری غیر تماسی مانند لول ترانسمیتر التراسونیک یکی از روش های مناسب میباشد.
امواج آلتراسونیک به امواجی گفته میشود که فرکانس آنها بالاتر از محدوده شنوایی انسان بوده و انسان توانایی شنیدن آنها را نخواهد داشت. انسان توانایی شنیدن حداکثر تا فرکانس 20KHz را دارد. فرکانس های بالاتر از 20KHz را امواج آلتراسونیک میگوییم.
ترانسمیتر سطح آلتراسونیک با اندازه گیری اختلاف زمان بین ارسال (تابش) امواج آلتراسونیک و بازتاب آنها از سطح سیال، مقدار سطح داخل مخزن را محاسبه میکند.
در این مطلب به معرفی لول ترانسمیتر آلتراسونیک، مکانیزم اندازه گیری و مزایا و کاربرد های این روش اندازه گیری میپردازیم.
عملکرد لول ترانسمیتر آلتراسونیک
مکانیزم عملکرد لول ترانسمیتر سطح التراسونیک به این صورت میباشد که امواجی که به سطح سیال تابیده میشوند به دلیل اختلاف چگالی بین سیال داخل مخزن و هوای بالای آن بازتاب پیدا میکنند.
اپراتور ابتدا اطلاعات مربوط به ابعاد و ارتفاع کلی مخزن را به ترانسمیتر سطح میدهد. ترانسمیتر سطح نیز محاسبه میکند که اختلاف زمان بین تابش و بازتاب امواج التراسونیک برای یک مخزن خالی از سیال چقدر است. حال زمانی که سیال فرآیندی داخل مخزن باشد، ترانسمیتر سطح با محاسبه اختلاف زمان بین تابش و بازتاب امواج (که طبیعتآ زمان کمتری از حالتی است که مخزن خالی از سیال است) ارتفاع سیال داخل مخزن را محاسبه میکند.
این روش، یکی از روش های مقرون بصرفه و ساده در اندازه گیری سطح مخازن است. همانطور که بالاتر نیز اشاره کردیم این نوع اندازه گیری یک روش غیر تماسی میباشد و برای اندازه‌گیری پیوسته سطح به کار می‌رود. شکل زیر شماتیک عملکرد یک ترانسمیتر سطح آلتراسونیک را نمایش میدهد.
یکی از کاربردهای مهم لول ترانسمیتر آلتراسونیک، کانال های ورودی تصفیه خانه‌ها و اندازه‌گیری دبی آب در پارشال فلوم است. همچنین می‌توان از این روش برای اندازه‌گیری ارتفاع مایعات، خمیرها و توده‌های انباشته نیز استفاده کرد. طول قابل اندازه گیری در برخی انواع ترانسمیتر سطح التراسونیک، تا حدود ۷۵ متر میباشد.
ساختمان داخلی ترانسمیتر سطح آلتراسونیک
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.
ویژگی های لول ترانسمیتر سطح التراسونیک
در ادامه به برخی از ویژگی های بارز ترانسمیتر سطح التراسونیک اشاره میکنیم:
- قابلیت نصب در مخازن فرآیندی، مخازن ذخیره سازی و انواع کانال های روباز
- 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
- قابلیت اندازه گیری ارتفاع تا رنج 75 متر
- میزان تفکیک پذیری : 1 میلیمتر (0.04 اینچ)
مزایای ترانسمیتر سطح التراسونیک
ترانسمیتر سطح از نوع التراسونیک قطعه مکانیکی متحرک ندارد و می تواند سطح را بدون داشتن تماس فیزیکی با سیال اندازه گیری کند. این ویژگی ترانسمیتر برای اندازه گیری سطوح در مخازن با مواد شیمیایی خورنده، دما بالا (در حال جوش) و سیالات سمی و خطرناک، بسیار مفید میباشد.
دقت قرائت سطح، حتی بعد از تغییر در ترکیب شیمیایی یا ثابت دی الکتریک در سیالات فرآیند بدون تغییر باقی می ماند. به عبارت دیگر ایجاد هرگونه تغییر در ترکیبات یا دی الکتریک سیال فرآیندی تاثیری روی دقت اندازه گیری تجهیز نخواهد داشت و ترانسمیتر سطح التراسونیک با کمترین میزان خطا، محاسبات سطح را انجام میدهد و ارتفاع مخزن را نمایش میدهد.
معایب استفاده از لول ترانسمیتر التراسونیک
لازم به ذکر است که ترانسمیتر سطح التراسونیک در عمل دارای برخی مشکلات میباشد که برای اندازه گیری سطح مایعات باید در نظر گرفته شوند. در ادامه به برخی از این موارد اشاره خواهیم کرد:
- در صورت تغییرات دمای هوا و تغییر کردن چگالی آن، سرعت امواج صوتی بازتاب شده از سطح سیال نیز تغییر خواهد کرد که این موضوع باعث ایجاد خطای اندازه گیری در ترانسمیتر خواهد شد. به همین جهت در صورت وجود تغییرات دمای هوا، برای جبران سازی تاثیرات آن باید از سنسور دمای داخلی در ترانسمیتر سطح استفاده کرد.
- ممکن است تعدادی اکوهای تداخلی توسط لبه ها، اتصالات و زاویه ها و موارد دیگر ایجاد شود. جبران سازی اثرات تداخل اکو ها باید توسط نرم افزار ترانسمیتر در نظر گرفته شوند.
- کالیبراسیون ترانسمیتر ضروری است. دقت اندازه گیری به دقت کالیبراسیون بستگی دارد.
- خصوصیات گذرای سنسور یک فاصله Blocking را ایجاد می کند همان طور که در شکل بالا نشان داده شده است. فاصله D هرگز نباید به فاصله Blocking برسد.
- این روش اندازه گیری برای مخازن حاوی دود، غبار، کف یا فوم و سیالات با رطوبت بالا نامناسب نمیباشد.
مهمترین فاکتور ها در خرید ترانسمیتر سطح التراسونیک
پارامترها و موارد بسیاری در طراحی و خرید لول ترانسمیتر التراسونیک حائز اهمیت میباشند که در ادامه به برخی از آنها اشاره میکنیم:
1- ارتفاع مخزن و سیال داخل آن، همچنین حداقل فاصله قابل اندازه گیری (Blocking Distance) از اولین مواردی هستند که باید در نظر گرفته شوند تا در طول بازه قابل اندازه گیری ترانسمیتر باشند. به عبارت بهتر رنج قابل اندازه گیری ترانسمیتر و حداقل طول قابل اندازه گیری از مواردی هستند بایدد در خرید ترانسمیتر سطح در نظر گرفته شوند.
2- دما و چگالی مخزن فرآیندی باید در نظر گرفته شود. در صورت وجود تغییرات دمایی در مخزن، برای جلوگیری از هرگونه بروز خطا در تجهیز، ترانسمیتر سطح باید مجهز به جبران ساز دمای داخلی باشد.
3- متریال سنسور التراسونیک که در بالای مخزن قرار میگیرد باید با بخارات داخل مخزن، دمای سیال و فشار سیال مطابقت داشته باشد و نسبت به آنها مقاوم باشد.
4- توجه به سیگنال خروجی و پروتکل ارتباطی ترانسمیتر سطح آلتراسونیک که HART یا FOUNDATION Fieldbus یا Profibus میباشد از دیگر مواردی هستند که در خرید ترانسمیتر سطح التراسونیک باید مد نظر قرار گیرد.
