ارتفاع سنج اولتراسونیک​

ارتفاع سنج های اولتراسونیک مناسب ارتفاعی سنجی در شرایطی هستند که امکان تماس با سطح سیال امکان پذیر نباشد . در این نوع ارتفاع سنج، سنسور با ارسال یک موج صوتی و محاسبه زمان بازگشت موج ، سنسور اولتراسونیک اقدام به محاسبه ارتفاع مورد نظر میکند.
با ارسال امواج اولتراسونیک به سطح محتویات داخل مخزن و سپس برخورد به سطح سیال به دلیل اختلاف چگالی ، از سطح محتویات داخل مخزن بازتابیده می‌شوند و به سنسور بازمی‌گردند. مدت زمان ارسال و دریافت این موج، با فاصله سنسور و سطح ماده رابطه مستقیم دارد. (شکل زیر، عملکرد سطح سنج اولتراسونیک را به صورت شماتیک نشان می‌دهد) از آنجا که سرعت صوت مشخص است، با اندازه گیری زمان رفت و برگشت می توان فاصله را محاسبه کرد.

در ارتفاع سنج های اولتراسونیک فاصله ابتدا فاصله بین محتویات مخزن و تا بالای مخزن اندازه گیری شده و سپس از با محاسبه اختلاف بین اطلاعات به دست آمده در مرحله قبل و ارتفاع کل مخزن ارتفاع سنجی نهایی انجام میشود. در صورتی که سیال مایع باشد سیستم هایی وجود دارند که توانایی اندازه گیری ارتفاع از کف مخزن را نیز دارند.

سنسور مبدل شامل کریستال های پیزوالکتریک جهت ارسال و دریافت سیگنال صدا است. هنگامی که انرژی الکتریکی به کریستالهای پیزوالکتریک اعمال می شود، آنها شروع به حرکت کرده و سیگنال صوتی تولید میشود، 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.

این سنسور مناسب برای انواع مخازن آب، مخازن رنگ، مخازن شن و ماسه، مخازن شیر، هر نوع مخزن که شامل مایعات ، مایعات قابل اشتعال ، مواد چسبناک ، مواد خمیر مانند یا مخازن جامدات روان و…. می باشد، هچنین در محیط های انفجاری، مخازن شیمیایی با خورندگی بالا نیز می توان از سطح سنج های اولتراسونیک استفاده کرد. شایان ذکر است این سنسور در غبار غلیظ مانند مخازن سیمان و مخازن دارای بخارات شدید آب جوش قابل نصب نیست.

به طور کلی موارد ذیل باعث از بین رفتن وضوح سطح می شوند:

– لایه از کف و پف در سطح مایع
– خرده های نرم و کوچک روی مواد اولیه حجیم
– ابر غباری تولید شده در اثر انتقال کانه و سنگ معدن

پس از ارسال پالس و برگشت اكو و دريافت آن توسط گيرنده، پالس ديگري توسط فرستنده فرستاده خواهد شد. با استفاده از يك شمارنده، میبایست زمان بين ارسال پالس و دريافت اكو آن را اندازه گيري کرد. چون سيگنال اولتراسونیک با سرعت صوت حركت مي ¬كند، زمان بين ارسال و دريافت به نوعي معادل فاصله سطح مي¬ باشد. فاصله قابل اندازه گيري به اين روش بايستي در حد 0.5 تا 10 متر باشد.

رابطه فاصله سنسور با سطح مایع به صورت زیر می باشد:

\(d= \frac{1}{2}vt \)

d = فاصله سطح
v = سرعت صوت = 331.5 متر بر ثانيه
t = زمان رفت و برگشت سيگنال