سنسور سطح مایع اولتراسونیک چگونه کار می‌کند؟

سنسورهای سطح مایع اولتراسونیک قطعات واقعاً جذابی از کیت هستند. به‌عنوان تامین‌کننده حسگرهای سطح مایع، می‌توانم نحوه عملکرد این دستگاه‌ها را از نزدیک و شخصی ببینم. و اجازه دهید به شما بگویم، این ترکیبی از علم جالب و کاربرد عملی است که واقعاً چیز خاصی است.

مبانی امواج اولتراسونیک

اول از همه، شما باید امواج اولتراسونیک را درک کنید. اینها امواج صوتی هستند که فرکانس آنها بالاتر از حد بالای شنوایی انسان است، معمولاً بالای 20 کیلوهرتز. امواج اولتراسونیک بسیار شبیه به امواج صوتی معمولی هستند که ما به آن عادت کرده‌ایم، اما به دلیل ماهیت فرکانس بالا، دارای برخی ویژگی‌های منحصر به فرد هستند.

یکی از ویژگی‌های کلیدی این است که آنها در یک خط مستقیم حرکت می‌کنند و می‌توانند مانند توپی که از دیوار می‌پرد، از اجسام بپرند. این به عنوان بازتاب امواج اولتراسونیک شناخته می شود. این ویژگی ستون فقرات نحوه عملکرد سنسورهای سطح مایع اولتراسونیک است.

ساختار سنسور سطح مایع اولتراسونیک

یک سنسور سطح مایع اولتراسونیک دارای چند قسمت اصلی است. مبدل وجود دارد که مانند قلب سنسور است. مبدل مسئول ارسال امواج اولتراسونیک و سپس دریافت امواجی است که به عقب باز می گردند.

معمولاً از مواد پیزوالکتریک ساخته می شود. مواد پیزوالکتریک دارای این توانایی شگفت انگیز برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی و بالعکس هستند. هنگامی که یک پالس الکتریکی به ماده پیزوالکتریک در مبدل اعمال می شود، مرتعش می شود و امواج اولتراسونیک تولید می کند. و هنگامی که امواج اولتراسونیک پس از انعکاس به مبدل برخورد می کند، ارتعاشات دوباره به سیگنال الکتریکی تبدیل می شوند.

واحد کنترل نیز وجود دارد. این مغز سنسور است. واحد کنترل کل عملیات را مدیریت می کند. پالس های الکتریکی را برای تولید امواج اولتراسونیک به مبدل می فرستد و سیگنال های الکتریکی دریافتی از مبدل را در هنگام برگشت امواج تجزیه و تحلیل می کند.

سنسور چگونه سطح مایع را اندازه گیری می کند

حال بیایید به نحوه اندازه گیری سطح مایع توسط سنسور بپردازیم. این فرآیند زمانی شروع می شود که واحد کنترل یک پالس الکتریکی را به مبدل ارسال می کند. سپس مبدل یک انفجار کوتاه از امواج اولتراسونیک را به سمت سطح مایع می فرستد.

این امواج اولتراسونیک از طریق هوا (یا رسانه های دیگر) بالای مایع حرکت می کنند تا زمانی که به سطح مایع برخورد کنند. در رابط مایع - هوا، بخش بزرگی از امواج اولتراسونیک به سمت مبدل منعکس می شود.

واحد کنترل مدت زمانی را که طول می کشد تا امواج مافوق صوت از مبدل به سطح مایع و عقب بروند اندازه گیری می کند. این به عنوان زمان پرواز (TOF) شناخته می شود.

از آنجایی که سرعت حرکت امواج اولتراسونیک در هوا را می دانیم (که در دمای اتاق حدود 343 متر بر ثانیه است)، می توانیم فاصله بین مبدل و سطح مایع را با استفاده از فرمول ساده محاسبه کنیم: فاصله = سرعت × زمان / 2. ما بر 2 تقسیم می کنیم زیرا زمان اندازه گیری شده برای رفت و برگشت امواج اولتراسونیک است.

هنگامی که این فاصله را بدانیم، اگر ارتفاع کل مبدل تا انتهای مخزن که مایع در آن ذخیره می شود را بدانیم، می توانیم به راحتی سطح مایع را بفهمیم. به عنوان مثال، اگر ارتفاع کل از مبدل تا کف مخزن H و فاصله مبدل تا سطح مایع d باشد، سطح مایع L با L = H - d داده می شود.

مزایای سنسورهای سطح مایع اولتراسونیک

دلایل زیادی وجود دارد که چرا سنسورهای سطح مایع اولتراسونیک بسیار محبوب هستند. یکی از مزایای بزرگ این است که سنسورهای غیر تماسی هستند. این بدان معنی است که آنها برای اندازه گیری سطح مایع نیازی به تماس مستقیم با مایع ندارند. این برای اندازه گیری سطح مایعات خورنده، چسبناک یا کثیف عالی است. لازم نیست نگران آسیب دیدن سنسور در اثر خواص مایع باشید.

نصب آنها نیز بسیار آسان است. شما فقط باید سنسور را در بالای مخزن یا ظرف نصب کنید، و شما آماده هستید. نیازی به لوله کشی پیچیده یا روش های تهاجمی نیست.

مزیت دیگر دقت آنهاست. آنها می توانند اندازه گیری های کاملاً دقیقی از سطح مایع ارائه دهند، تا زمانی که شرایط مناسب باشد. به عنوان مثال، در یک محیط پایدار با حداقل تلاطم هوا، آنها می توانند سطح را در عرض چند میلی متر اندازه گیری کنند.

کاربرد سنسورهای سطح مایع اولتراسونیک

این سنسورها در طیف وسیعی از صنایع مورد استفاده قرار می گیرند. در صنعت تصفیه آب، از آنها برای نظارت بر سطح آب در مخازن ذخیره، حوضچه های تصفیه و مخازن فاضلاب استفاده می شود. آنها به اطمینان از حفظ سطح آب در سطح مناسب برای فرآیندهای تصفیه کارآمد کمک می کنند.

در صنایع شیمیایی، از آنها برای اندازه گیری سطح مواد شیمیایی مختلف در مخازن ذخیره سازی استفاده می شود. از آنجایی که بسیاری از مواد شیمیایی خورنده هستند، ماهیت غیر تماسی حسگرهای اولتراسونیک یک مزیت بزرگ است.

در صنعت غذا و نوشیدنی، می توان از آنها برای اندازه گیری سطح مایعاتی مانند شیر، آب میوه و آبجو در ظروف نگهداری استفاده کرد. آنها اطمینان حاصل می کنند که مقدار مناسب مایع برای تولید و بسته بندی در دسترس است.

محصولات مرتبط در کاتالوگ ما

اگر در بازار محصولات مرتبط هستید، ما نیز گزینه های عالی را ارائه می دهیم. ما را بررسی کنیدمخزن فشار کیسه هوا. این یک راه حل قابل اعتماد برای حفظ فشار در سیستم های آب است.

ما همچنین داریمترانسمیتر فشار VLF - 512. این دستگاه برای اندازه گیری دقیق فشار طراحی شده است و می تواند یک افزودنی عالی برای راه اندازی مایعات شما باشد.

و برای کسانی که به یک فشار خاص نیاز دارند - راه حل اندازه گیری، ماسنسور فشار VLF - 509یک انتخاب درجه یک است.

عوامل موثر بر عملکرد سنسور سطح مایع اولتراسونیک

حالا همه اش آفتاب و رنگین کمان نیست. چند عامل وجود دارد که می تواند بر نحوه عملکرد یک سنسور سطح مایع اولتراسونیک تأثیر بگذارد. دما یکی از آنهاست. سرعت امواج اولتراسونیک با دما تغییر می کند. از آنجایی که ما از سرعت صوت برای محاسبه سطح مایع استفاده می کنیم، تغییر دما می تواند منجر به اندازه گیری های نادرست شود. اکثر سنسورهای مدرن برای مقابله با این موضوع، دارای جبران دما هستند.

عامل دیگر وضعیت سطح مایع است. اگر سطح مایع بسیار متلاطم باشد، امواج مافوق صوت ممکن است در جهات مختلف پراکنده شوند و امواج منعکس شده به درستی به مبدل نرسند. این می تواند اندازه گیری دقیق سطح مایع را برای سنسور دشوار کند.

وجود کف روی سطح مایع نیز می تواند مشکل ساز باشد. فوم می تواند امواج اولتراسونیک را جذب و پراکنده کند و در اندازه گیری اختلال ایجاد کند. سنسورها یا تکنیک های خاصی ممکن است برای مقابله با مایعات کف آلود مورد نیاز باشد.

تعمیر و نگهداری و کالیبراسیون

برای اینکه حسگر سطح مایع اولتراسونیک شما به درستی کار کند، تعمیر و نگهداری منظم مهم است. شما باید مبدل را تمیز نگه دارید. خاک، گرد و غبار یا سایر آلاینده های روی مبدل می تواند بر توانایی آن در ارسال و دریافت امواج اولتراسونیک تأثیر بگذارد.

کالیبراسیون نیز بسیار مهم است. با گذشت زمان، عملکرد سنسور ممکن است به دلیل عواملی مانند تغییرات دما و سایش و پارگی طبیعی تغییر کند. کالیبره کردن سنسور تضمین می کند که همچنان اندازه گیری های دقیق را ارائه می دهد. اکثر سنسورها با دستورالعمل های کالیبراسیون ارائه می شوند و معمولاً یک فرآیند ساده است.

نتیجه گیری

سنسورهای سطح مایع اولتراسونیک یک فناوری قابل توجه است که روشی قابل اعتماد و کارآمد برای اندازه گیری سطح مایع ارائه می دهد. ماهیت غیر تماسی، سهولت نصب و دقت آنها را به انتخابی محبوب در بسیاری از صنایع تبدیل کرده است.

اگر به سنسورهای سطح مایع با کیفیت بالا نیاز دارید، چه برای یک پروژه در مقیاس کوچک یا یک برنامه صنعتی در مقیاس بزرگ، ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم. ما طیف وسیعی از سنسورها را برای رفع نیازهای شما داریم و تیم کارشناسان ما می توانند پشتیبانی و راهنمایی مورد نیاز شما را ارائه دهند. برای شروع بحث در مورد نیازهای خود با ما تماس بگیرید و بررسی کنید که چگونه می توانیم به شما در حل چالش های اندازه گیری سطح مایع کمک کنیم.

مراجع

• KM George، "راهنمای ابزار دقیق و کنترل صنعتی"، McGraw - Hill Education، 2019.
• BG Lipták، "راهنمای مهندسین ابزار لیپتاک: اندازه گیری و تجزیه و تحلیل فرآیند"، CRC Press، 2017.