واژه “سونیک” به صداهای قابل شنیدن برای انسان اشاره دارد، در حالی که “التراسونیک” به صداهایی با فرکانس بالاتر از محدوده شنوایی انسان گفته می‌شود. انسان قادر است صداهایی تا ۲۰ کیلوهرتز را بشنود، اما فرکانس‌های التراسونیک بالاتر از ۲۰ کیلوهرتز هستند. این امواج صوتی در صنعت برای اندازه‌گیری سطح مایعات و اجسام جامد استفاده می‌شوند. اندازه‌گیری سطح با روش التراسونیک بدون تماس انجام می‌شود و برای مایعات داغ، خورنده و در حال جوش مناسب است. محدوده فرکانسی معمول برای این نوع اندازه‌گیری بین ۴۰ تا ۲۰۰ کیلوهرتز است.

اصل عملکرد ترانسمیتر سطح التراسونیک

امواج التراسونیک مانند رادار، اشیا را شناسایی می‌کنند. در حالی که رادار از امواج رادیویی استفاده می‌کند، تجهیزات التراسونیک از امواج صوتی بهره می‌برند. هنگامی که یک پالس اولتراسونیک به سمت یک شیء ارسال می‌شود، این پالس پس از برخورد به سطح آن، منعکس شده و به حسگر بازمی‌گردد. زمان رفت و برگشت این پالس اندازه‌گیری شده و فاصله جسم تعیین می‌شود. این محاسبه بر اساس سرعت مشخص امواج اولتراسونیک در هوا انجام می‌گیرد.

فرمول اندازه‌گیری سطح:
سطح = (سرعت صوت در هوا × زمان رفت و برگشت پالس) / ۲

چالش‌های اندازه‌گیری سطح با التراسونیک

در شرایط واقعی، برخی عوامل می‌توانند چالش‌هایی در اندازه‌گیری ایجاد کنند:

تغییرات دما: سرعت انتشار امواج التراسونیک در هوا با تغییر دما تغییر می‌کند، بنابراین باید دمای حسگر اندازه‌گیری و جایگزین شود.

انعکاس‌های مزاحم: اجزایی مانند میکسرها، نردبان‌ها، لوله‌های غوطه‌ور و حتی جوش‌های فلزی می‌توانند باعث ایجاد امواج منعکس‌شده‌ی اضافی شوند که باید با استفاده از نرم‌افزار حذف انعکاس فیلتر شوند.

دقت کالیبراسیون: تنظیم صحیح فاصله خالی (A) و دامنه اندازه‌گیری (D) برای عملکرد دقیق بسیار مهم است.

فاصله مسدودکننده: هنگامی که امواج اولتراسونیک از حسگر منتشر می‌شوند، دریافت‌کننده نیز دچار لرزش می‌شود. این لرزش ممکن است امواج منعکس‌شده را مسدود کند. برای رفع این مشکل، پس از ارسال پالس، حسگر خاموش شده و برای مدت معینی منتظر بازگشت پالس می‌ماند. این فاصله زمانی باید به دقت محاسبه شود تا از اندازه‌گیری نادرست جلوگیری شود.

راهنمای استفاده از ترانسمیتر سطح التراسونیک

برای بهره‌برداری بهینه از ترانسمیتر سطح التراسونیک، رعایت نکات زیر ضروری است:

نصب ترانسمیتر سطح التراسونیک

انتخاب موقعیت نصب: سنسور باید به‌طور مستقیم به سطح هدف نگاه کند تا دقت اندازه‌گیری بالا باشد. همچنین، از نصب در نقاطی که امکان ایجاد بازتاب‌های اضافی وجود دارد باید پرهیز کرد.
تنظیم دما: برای دقت بیشتر در اندازه‌گیری‌ها، باید دمای محیط اندازه‌گیری و سنسور بررسی و جبران‌سازی شود.
کالیبراسیون: برای اطمینان از دقت اندازه‌گیری، ترانسمیتر باید به‌طور دوره‌ای کالیبره شود.

نگهداری و تعمیرات

ترانسمیترهای سطح اولتراسونیک معمولاً به دلیل نداشتن قطعات متحرک نیاز به تعمیرات کمتری دارند، اما برای عملکرد بهتر باید به‌طور منظم بررسی شوند. برخی از نکات نگهداری عبارتند از:

تمیز کردن سنسور: جمع شدن گرد و غبار و آلودگی‌ها روی سنسور می‌تواند دقت اندازه‌گیری را کاهش دهد. بنابراین، سنسور باید به‌طور دوره‌ای تمیز شود.
بازرسی کابل‌ها و اتصالات: اتصالات ناقص یا آسیب‌دیدگی کابل‌ها می‌تواند باعث کاهش عملکرد صحیح ترانسمیتر شود.

عیب‌یابی

در صورت بروز مشکل، برخی از اقدامات عیب‌یابی عبارتند از:

بررسی عدم وجود موانع فیزیکی که ممکن است مانع از ارسال یا دریافت امواج شوند.
بررسی تنظیمات کالیبراسیون و اطمینان از صحت داده‌های وارد شده به سنسور.
بررسی تغییرات محیطی مانند تغییرات دما که می‌توانند بر عملکرد دستگاه تأثیر بگذارند.

ساختار یک ترانسدیوسر التراسونیک

یک ترانسمیتر سطح اولتراسونیک شامل حسگری است که انرژی الکتریکی را به امواج التراسونیک تبدیل می‌کند. این فرآیند به کمک کریستال‌های پیزوالکتریک انجام می‌شود که با دریافت انرژی، در فرکانس‌های بالا ارتعاش می‌کنند. این کریستال‌ها همچنین می‌توانند بازتاب امواج اولتراسونیک را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل کرده و برای پردازش ارسال کنند.

بلوک دیاگرام عملکردی لول ترانسمیتر التراسونیک

یک ترانسمیتر سطح اولتراسونیک معمولاً از بخش‌های زیر تشکیل شده است:

مدار کنترل مبتنی بر میکروکنترلر: مدیریت فرآیند اندازه‌گیری را بر عهده دارد.
مدارات ارسال و دریافت پالس: برای تولید و دریافت سیگنال‌های اولتراسونیک استفاده می‌شوند.
مدار تولید زمان‌بندی: عملکرد بخش‌های مختلف را هماهنگ می‌کند.
سیگنال خروجی 4-20mA: مقادیر اندازه‌گیری شده را به سیگنال استاندارد صنعتی تبدیل می‌کند (۴ میلی‌آمپر = سطح ۰٪، ۲۰ میلی‌آمپر = سطح ۱۰۰٪).

مزایای ترانسمیترهای سطح التراسونیک

اندازه‌گیری بدون تماس: ایده‌آل برای مایعات خورنده، در حال جوش یا خطرناک
عدم وجود قطعات متحرک: کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری و افزایش طول عمر
دقت ثابت: بدون تأثیرپذیری از تغییرات خواص مایع مانند ثابت دی‌الکتریک

محدودیت‌های ترانسمیترهای سطح التراسونیک

ضعف انعکاس در مخازن عمیق: با افزایش عمق مخزن، عملکرد کاهش می‌یابد.
وابستگی به نوع ماده: برای مواد جاذب صوت مناسب نیست.
محدودیت‌های محیطی: رطوبت بالا یا دود متراکم می‌تواند قرائت‌ها را مختل کند.

ترانسمیترهای سطح اولتراسونیک یک روش قابل اعتماد و بدون تماس برای اندازه‌گیری سطح در کاربردهای صنعتی ارائه می‌دهند. با این حال، برای دستیابی به بهترین عملکرد، عواملی مانند کالیبراسیون، شرایط محیطی و محل نصب حسگر باید مورد توجه قرار گیرند.

برای اطلاعات بیشتر، طیف محصولات ترانسمیتر سطح اولتراسونیک ما را بررسی کنید.

منبع