- تهران خیابان لاله زار جنوبی پاساژ رزاق منش طبقه اول پلاک 2/3
فروش و مشاوره
فروش و مشاوره
اصول کار سنسور التراسونیک بر ارسال موج Ultrasonic و اندازه‌گیری زمان بازگشت Echo استوار است. سنسور التراسونیک چیست؟ سنسوری غیرتماسی برای اندازه‌گیری فاصله و سطح مایعات یا برخی جامدات است. در فروش سنسور التراسونیک باید Range، Dead Zone، Beam Angle، Foam، Vapor، Dust، نوع خروجی و شرایط نصب بررسی شوند.
اصول کار سنسور التراسونیک در اندازه‌گیری سطح بر پایه ارسال امواج صوتی با فرکانس بالاتر از محدوده شنوایی انسان و اندازه‌گیری زمان رفت‌وبرگشت این امواج است. سنسور سطح التراسونیک بدون تماس مستقیم با ماده می‌تواند فاصله تا سطح مایع یا جامد را اندازه‌گیری کرده و بر اساس ارتفاع مخزن، مقدار Level را محاسبه کند.
اگر سؤال این باشد که سنسور التراسونیک چیست؟ می‌توان گفت این تجهیز نوعی Non-contact Sensor است که یک پالس Ultrasonic به سمت سطح ماده ارسال می‌کند. موج پس از برخورد به سطح بازتاب پیدا کرده و به Sensor بازمی‌گردد. دستگاه زمان میان ارسال و دریافت Echo را اندازه‌گیری کرده و فاصله تا سطح را محاسبه می‌کند.
در فروش سنسور التراسونیک برای اندازه‌گیری سطح باید مواردی مانند ارتفاع مخزن، Measuring Range، Dead Zone، Beam Angle، نوع ماده، وجود Foam، Vapor، Dust، Temperature، Pressure، نوع Output و شرایط نصب بررسی شوند.
سنسور التراسونیک چیست؟ Ultrasonic Sensor تجهیزی است که از موج صوتی فرکانس بالا برای تشخیص فاصله، حضور جسم یا اندازه‌گیری سطح استفاده می‌کند.
در سنسور سطح، Transducer معمولاً در قسمت بالای Tank نصب می‌شود.
Sensor یک Pulse صوتی به طرف سطح ماده ارسال می‌کند.
این Pulse پس از برخورد به سطح Reflect شده و دوباره توسط Sensor دریافت می‌شود.
از روی زمان رفت‌وبرگشت، Distance محاسبه می‌شود.
اصول کار سنسور التراسونیک را می‌توان در چند مرحله توضیح داد:
این فرآیند در زمان بسیار کوتاهی تکرار می‌شود و Sensor می‌تواند Level را به‌صورت پیوسته اندازه‌گیری کند.
Ultrasonic Wave نوعی Sound Wave با Frequency بالاتر از محدوده شنوایی انسان است.
این امواج از طریق هوا یا محیط گازی بین Sensor و Target حرکت می‌کنند.
در Level Sensorهای غیرتماسی، Sensor معمولاً به ماده برخورد ندارد و تنها از طریق فضای بالای آن Measurement انجام می‌دهد.
Time of Flight یا TOF مدت زمانی است که موج برای رفتن از Sensor تا Surface و بازگشت دوباره نیاز دارد.
هرچه سطح ماده از Sensor دورتر باشد، Echo دیرتر بازمی‌گردد.
Sensor با استفاده از سرعت صوت و مدت زمان رفت‌وبرگشت، Distance را محاسبه می‌کند.
Sensor ابتدا Distance میان Transducer و سطح ماده را اندازه‌گیری می‌کند.
اگر ارتفاع مرجع Tank مشخص باشد، Level از اختلاف ارتفاع Tank و Distance محاسبه می‌شود.
به همین دلیل Configuration صحیح Empty Distance و Full Level اهمیت زیادی دارد.
سنسور سطح Ultrasonic در کاربردهای مختلفی استفاده می‌شود:
یکی از رایج‌ترین کاربردها اندازه‌گیری Water Level است.
Sensor در بالای Tank نصب شده و بدون تماس با آب، فاصله تا Surface را اندازه‌گیری می‌کند.
این روش برای:
قابل استفاده است.
در Wastewater Application تماس Sensor با ماده می‌تواند باعث آلودگی و رسوب شود.
به همین دلیل Non-contact Measurement مزیت بزرگی محسوب می‌شود.
Ultrasonic Level Sensor می‌تواند در:
استفاده شود.
در Water Treatment و Wastewater Treatment، سطح مخزن‌ها و حوضچه‌ها باید Monitoring شود.
Sensor Ultrasonic می‌تواند Level را به PLC یا Control System منتقل کند.
در بعضی Chemical Tankها استفاده از Measurement غیرتماسی باعث می‌شود Sensor مستقیماً با ماده تماس نداشته باشد.
با این حال Vapor، Foam و Chemical Atmosphere باید قبل از انتخاب Sensor بررسی شوند.
بدنه Sensor نیز باید در برابر محیط خورنده مقاومت کافی داشته باشد.
در صنایع Food می‌توان از Ultrasonic Level Sensor برای اندازه‌گیری سطح بعضی مایعات یا مواد استفاده کرد.
عدم تماس Sensor با محصول در بعضی Processها مزیت محسوب می‌شود.
اما وجود Foam یا Steam ممکن است Measurement را سخت‌تر کند.
اصول کار سنسور التراسونیک برای مواد جامد نیز مشابه است.
Sensor موج را به سمت سطح Powder یا Granule ارسال کرده و Echo را دریافت می‌کند.
اما Surface مواد جامد معمولاً صاف نیست و ممکن است زاویه‌دار باشد.
به همین دلیل Measurement در Silo نسبت به Liquid Tank می‌تواند پیچیده‌تر باشد.
در Powder Measurement عواملی مانند:
می‌توانند روی Echo اثر بگذارند.
در فروش سنسور التراسونیک برای Powder باید این عوامل در نظر گرفته شوند.
Continuous Level Measurement یعنی Sensor مقدار Level را به‌صورت پیوسته ارائه کند.
خروجی می‌تواند متناسب با سطح مخزن تغییر کند.
این روش برای:
مناسب است.
Ultrasonic Sensor بیشتر برای Continuous Measurement شناخته می‌شود، اما بعضی تجهیزات می‌توانند با Switching Output برای تشخیص رسیدن سطح به یک Threshold نیز استفاده شوند.
برای مثال:
یکی از مهم‌ترین مزایای اصول کار سنسور التراسونیک این است که Sensor نیازی به تماس مستقیم با ماده ندارد.
این ویژگی باعث می‌شود:
البته شرایط Process همچنان باید با Sensor سازگار باشد.
Transducer بخش اصلی Ultrasonic Sensor است.
این قسمت انرژی Electrical را به Ultrasonic Wave تبدیل می‌کند.
هنگام دریافت Echo نیز موج صوتی دوباره به Signal Electrical تبدیل می‌شود.
در بسیاری از Sensorها یک Transducer برای ارسال و دریافت استفاده می‌شود.
Frequency مورد استفاده روی Measuring Range و Beam Behavior تأثیر دارد.
Sensorهای مختلف بر اساس Range و Application با Frequencyهای متفاوت طراحی می‌شوند.
کاربر معمولاً Frequency را مستقیماً انتخاب نمی‌کند و سازنده آن را متناسب با Measuring Range محصول طراحی می‌کند.
Measuring Range یکی از مهم‌ترین مشخصات در فروش سنسور التراسونیک است.
Sensor باید بتواند:
را پوشش دهد.
Sensor با Range کمتر از ارتفاع واقعی مخزن انتخاب مناسبی نیست.
Maximum Measuring Distance فاصله‌ای است که Sensor می‌تواند Echo قابل اعتماد را از Target دریافت کند.
مقدار واقعی تحت تأثیر شرایط Target و Environment قرار دارد.
یک Surface صاف مایع معمولاً Echo مناسب‌تری نسبت به Powder نرم و جاذب صوت ایجاد می‌کند.
Dead Zone یا Blocking Distance محدوده بسیار نزدیک مقابل Sensor است که Measurement در آن قابل اعتماد نیست.
Sensor بلافاصله پس از ارسال Pulse به زمان کوتاهی برای آماده شدن جهت دریافت Echo نیاز دارد.
اگر سطح ماده وارد Dead Zone شود، Reading ممکن است نادرست یا نامعتبر شود.
در نصب باید Maximum Level مخزن پایین‌تر از محدوده Dead Zone Sensor باشد.
اگر ماده بیش از حد به Sensor نزدیک شود، Measurement می‌تواند از دست برود.
به همین دلیل در فروش سنسور التراسونیک تنها Maximum Range کافی نیست و Minimum Measuring Distance نیز باید بررسی شود.
Ultrasonic Wave مانند یک خط بسیار باریک حرکت نمی‌کند.
موج دارای یک Sound Cone یا Beam مشخص است.
Beam Angle نشان می‌دهد این ناحیه با افزایش Distance تا چه اندازه گسترده می‌شود.
وجود تجهیزات داخل Tank می‌تواند باعث ایجاد False Echo شود.
مواردی مانند:
اگر داخل Sound Cone قرار بگیرند، ممکن است موج را بازتاب دهند.
Sensor بهتر است در نقطه‌ای نصب شود که مسیر مستقیمی تا سطح ماده داشته باشد.
نباید روبه‌روی Filling Inlet نصب شود.
همچنین باید از Wall و Obstacleهای داخلی فاصله مناسب داشته باشد.
نصب دقیقاً در مرکز همیشه بهترین انتخاب نیست.
اگر Tank دارای Roof، Mixer یا Structure خاصی باشد، محل مناسب باید بر اساس Geometry واقعی تعیین شود.
هدف اصلی داشتن مسیر Echo تمیز و بدون مانع است.
اگر Sensor بیش از حد نزدیک Tank Wall نصب شود، Beam ممکن است با دیواره برخورد کند.
این Reflection می‌تواند False Echo ایجاد کند.
فاصله نصب باید بر اساس Beam Angle و ارتفاع Tank انتخاب شود.
Ladder، Pipe و Structureهای داخلی از عوامل مهم ایجاد Echo ناخواسته هستند.
در بعضی Sensorها قابلیت False Echo Suppression یا Mapping وجود دارد که می‌تواند Echo ثابت تجهیزات داخلی را نادیده بگیرد.
False Echo بازتابی است که از سطح واقعی ماده ایجاد نشده است.
منابع آن می‌توانند شامل:
باشند.
Sensorهای پیشرفته می‌توانند با Echo Processing این بازتاب‌ها را بهتر مدیریت کنند.
Accuracy به عوامل مختلفی بستگی دارد:
بنابراین Accuracy اعلام‌شده در Datasheet باید همراه با شرایط Application بررسی شود.
Resolution کوچک‌ترین تغییر Distance یا Level است که Sensor می‌تواند تشخیص دهد.
Resolution با Accuracy یکسان نیست.
Sensor ممکن است تغییرات کوچک را تشخیص دهد اما Absolute Measurement دارای Error مشخصی باشد.
Repeatability مشخص می‌کند Sensor در شرایط یکسان تا چه اندازه Reading مشابه ارائه می‌دهد.
برای Level Control پایدار، Repeatability مناسب اهمیت زیادی دارد.
سرعت صوت در هوا با Temperature تغییر می‌کند.
اگر Sensor این تغییر را Compensation نکند، Distance Measurement می‌تواند دچار Error شود.
به همین دلیل بسیاری از Level Sensorهای Ultrasonic دارای Temperature Compensation هستند.
Temperature Compensation می‌تواند با استفاده از Temperature Sensor داخلی انجام شود.
Sensor دمای محیط اطراف Transducer را بررسی کرده و Speed of Sound را اصلاح می‌کند.
در محیط‌هایی با Gradient دمای شدید ممکن است همچنان Measurement دشوار شود.
Ultrasonic Level Measurement معمولاً برای Tankهای Atmospheric یا محدوده‌های Pressure تعریف‌شده طراحی می‌شود.
در مخزن تحت Pressure، تغییر ویژگی گاز و شرایط Process می‌تواند روی عملکرد تأثیر بگذارد.
برای Pressure بالا باید Sensor و فناوری مناسب به‌صورت تخصصی انتخاب شوند.
Vapor می‌تواند Speed of Sound و انتقال Energy را تغییر دهد.
در بعضی Tankهای دارای Vapor شدید، Ultrasonic Measurement ممکن است دچار ناپایداری شود.
در چنین شرایطی Radar Level Sensor می‌تواند گزینه مناسب‌تری باشد.
Steam یکی از شرایط سخت برای Ultrasonic Sensor است.
اختلاف Temperature و Density در فضای بالای مایع می‌تواند مسیر و سرعت صوت را تغییر دهد.
قبل از فروش سنسور التراسونیک برای مخزن گرم باید این شرایط بررسی شوند.
Foam می‌تواند موج Ultrasonic را جذب یا Scatter کند.
Foam سبک ممکن است در بعضی Applicationها قابل اندازه‌گیری باشد، اما Foam ضخیم و متراکم می‌تواند Echo سطح مایع را ضعیف کند.
برای Foamy Liquid باید ضخامت و نوع Foam مشخص شود.
گاهی Sensor سطح Foam را تشخیص می‌دهد و گاهی Echo کافی دریافت نمی‌شود.
برای این کاربرد ممکن است Radar گزینه مطمئن‌تری باشد.
در Silo هنگام Filling مقدار زیادی Dust می‌تواند ایجاد شود.
Dust شدید Energy موج را کاهش داده و Echo را ضعیف می‌کند.
در چنین شرایطی انتخاب Frequency، Sensor Range و محل Installation اهمیت زیادی دارد.
در Outdoor Application یا Channelهای باز، Air Flow شدید می‌تواند روی انتشار Sound Wave اثر بگذارد.
Mounting و فاصله Measurement باید با شرایط واقعی سازگار باشند.
اگر Liquid Surface دارای Turbulence باشد، Echo می‌تواند نوسان داشته باشد.
Sensor می‌تواند با Damping یا Averaging Reading را پایدارتر کند.
در مخزن دارای Agitator، Blade می‌تواند Echo مزاحم ایجاد کند.
علاوه بر آن Surface ماده ممکن است شدیداً متلاطم شود.
محل Sensor باید از مسیر Blade و Filling Stream دور باشد.
یکی از رایج‌ترین Outputها در فروش سنسور التراسونیک، سیگنال 4–20mA است.
Sensor Level را به Current استاندارد تبدیل می‌کند.
برای مثال می‌توان:
4mA = Empty
20mA = Full
تعریف کرد.
برخی Ultrasonic Sensorها دارای 0–10V Output هستند.
این Signal می‌تواند به Analog Input PLC یا Controller منتقل شود.
بعضی Sensorها دارای PNP یا NPN Switching Output هستند.
این خروجی‌ها برای تشخیص Threshold قابل استفاده‌اند.
برای Level Measurement پیوسته، Analog Output معمولاً اطلاعات بیشتری ارائه می‌دهد.
در بعضی Level Controllerها Relay Output وجود دارد.
می‌توان از Relay برای:
استفاده کرد.
Sensorهای پیشرفته ممکن است Communication Interface داشته باشند.
بسته به مدل ممکن است امکاناتی مانند:
وجود داشته باشد.
نوع Protocol کاملاً به مدل Sensor بستگی دارد.
یک ساختار رایج می‌تواند به شکل زیر باشد:
Ultrasonic Level Sensor → 4–20mA → PLC Analog Input
PLC مقدار Current را Scale کرده و به Level بر حسب:
تبدیل می‌کند.
برای Measurement صحیح معمولاً باید دو Reference مشخص شوند:
در Sensorهای مختلف این تنظیم از طریق Push Button، Display، Software یا Communication انجام می‌شود.
Teach-in روشی برای تنظیم نقاط Measurement بدون وارد کردن دستی تمام Parameters است.
Sensor می‌تواند Position فعلی Target را به‌عنوان Reference ذخیره کند.
این قابلیت بیشتر به مدل دستگاه وابسته است.
بعضی Ultrasonic Level Transmitterها دارای Display هستند.
Display می‌تواند اطلاعاتی مانند:
را نمایش دهد.
Sensor مستقیماً Distance یا Level را اندازه‌گیری می‌کند.
اگر Geometry مخزن مشخص باشد، Controller می‌تواند Level را به Volume تبدیل کند.
برای Tankهای غیرخطی مانند Horizontal Cylinder نیاز به Volume Conversion Table یا Function مناسب وجود دارد.
یکی از خروجی‌های ساده سیستم تبدیل Level به Percentage است.
برای مثال:
Empty = 0%
Full = 100%
این مقدار برای HMI و Monitoring بسیار قابل فهم است.
اصول کار سنسور التراسونیک امکان کنترل اتوماتیک Pump را فراهم می‌کند.
برای مثال:
یا برعکس، بسته به اینکه Pump برای Filling یا Emptying استفاده شود.
High Level Alarm می‌تواند قبل از Overflow فعال شود.
این قابلیت در Storage Tank و Wastewater System بسیار مهم است.
برای Safety-critical Protection معمولاً مستقل بودن High-high Level Protection نیز باید طبق طراحی سیستم بررسی شود.
اگر Level بیش از حد کاهش پیدا کند، Pump می‌تواند بدون مایع کار کند.
Sensor Level می‌تواند Low Level Condition را به Control System اعلام کند.
Ultrasonic Sensor در Open Channel Flow Measurement نیز استفاده می‌شود.
در این کاربرد Sensor ارتفاع آب روی Weir یا Flume را اندازه‌گیری می‌کند و Controller از روی Level، Flow Rate را محاسبه می‌کند.
در Distance Measurement مقدار فاصله Sensor تا Target گزارش می‌شود.
در Level Measurement همین Distance نسبت به ارتفاع مخزن تبدیل به سطح می‌شود.
بنابراین اصل Sensor یکسان است اما Scaling متفاوت است.
هر دو از Ultrasonic Wave استفاده می‌کنند، اما Application متفاوت است.
Ultrasonic Proximity Sensor:
Ultrasonic Level Sensor:
Radar Level Sensor از Electromagnetic Wave استفاده می‌کند.
Ultrasonic از Sound Wave استفاده می‌کند.
Ultrasonic:
Radar:
Hydrostatic Level Sensor فشار ستون مایع را اندازه‌گیری می‌کند.
Ultrasonic:
Hydrostatic:
Float Level Sensor دارای بخش مکانیکی شناور روی مایع است.
Ultrasonic Sensor بدون تماس عمل می‌کند.
Float برای Point Level یا سیستم‌های ساده مناسب است، در حالی که Ultrasonic می‌تواند Continuous Level ارائه دهد.
Capacitive Level Sensor بر تغییر Capacitance ناشی از حضور ماده تکیه دارد.
Ultrasonic نیازی به تماس مستقیم ندارد.
برای مواد چسبنده یا خورنده، عدم تماس می‌تواند مزیت بزرگی باشد.
مهم‌ترین مزایا عبارت‌اند از:
محدودیت‌های مهم شامل:
این Sensor معمولاً مناسب است اگر:
اگر Tank دارای:
باشد، Radar Level Measurement می‌تواند گزینه مناسب‌تری باشد.
در فروش سنسور التراسونیک برای Level Measurement باید ابتدا ارتفاع واقعی Tank مشخص شود.
سپس موارد زیر بررسی شوند:
برای Water Tank باید:
مشخص شوند.
در مخزن ساده آب، Ultrasonic Level Sensor معمولاً انتخاب مناسبی است.
در Wastewater باید:
بررسی شوند.
برای Silo باید:
مشخص شوند.
ممکن است برای Siloهای بلند و Dusty، Radar عملکرد بهتری داشته باشد.
اگر بخار روی سطح Transducer Condense شود، Echo Performance ممکن است کاهش پیدا کند.
در محیط مرطوب باید Sensor مناسب و Installation صحیح انتخاب شود.
در فضای باز یا محیط مرطوب IP Rating اهمیت زیادی دارد.
Sensor می‌تواند با Ratingهایی مانند IP65، IP67 یا بالاتر عرضه شود، اما مقدار دقیق کاملاً به مدل بستگی دارد.
Housing می‌تواند از:
ساخته شود.
انتخاب Material باید با Environment هماهنگ باشد.
Ultrasonic Level Sensorهای Compact معمولاً با Thread روی Tank نصب می‌شوند.
سایز Connection باید با Nozzle مخزن مطابقت داشته باشد.
برای Sensorهای بزرگ‌تر یا Process Application ممکن است Flange Connection استفاده شود.
Flange باید با طراحی Tank و شرایط Process هماهنگ باشد.
Nozzle بلند یا باریک می‌تواند Sound Wave را محدود و False Echo ایجاد کند.
در فروش سنسور التراسونیک باید ابعاد Nozzle بررسی شوند.
Sensor باید طبق محدودیت‌های Installation سازنده نصب شود.
Noise مکانیکی یا صوتی شدید در بعضی Frequencyها می‌تواند روی Measurement اثر بگذارد.
با این حال Sensorهای صنعتی از Filtering و Signal Processing برای تشخیص Echo اصلی استفاده می‌کنند.
اگر چند Ultrasonic Sensor نزدیک هم نصب شوند، ممکن است Pulse یک Sensor توسط Sensor دیگر دریافت شود.
این مشکل Crosstalk نام دارد.
برخی مدل‌ها دارای Synchronization یا Multiplexing برای کاهش تداخل هستند.
Response Time در Level Measurement به Measuring Range، Processing و Filtering بستگی دارد.
برای Tankهایی که سطح آهسته تغییر می‌کند، Response خیلی سریع ضروری نیست.
در Processهای سریع باید Update Rate بررسی شود.
Damping باعث نرم‌تر شدن تغییرات Reading می‌شود.
اگر Surface متلاطم باشد، افزایش Damping می‌تواند Level Display را پایدار کند.
اما Response به تغییر واقعی نیز کندتر خواهد شد.
Echo Strength نشان‌دهنده کیفیت بازتاب دریافت‌شده است.
در برخی Sensorهای دارای Display یا Software می‌توان Echo Curve را مشاهده کرد.
این ابزار برای Commissioning و Troubleshooting بسیار مفید است.
اگر Reading ناپایدار است، موارد زیر بررسی شوند:
علت می‌تواند یکی از موارد زیر باشد:
برای Level Sensor معمولاً Configuration صحیح Range و Verification Measurement اهمیت دارد.
در کاربردهای حساس می‌توان Reading Sensor را با سطح واقعی یا Reference Measurement مقایسه کرد.
برندهای مختلفی Ultrasonic Level Sensor و Transmitter تولید می‌کنند.
از برندهای شناخته‌شده این حوزه می‌توان به:
اشاره کرد.
در فروش سنسور التراسونیک بهتر است ابتدا مشخصات Process تعیین شوند و سپس برند و مدل مناسب انتخاب شود.
اصول کار سنسور التراسونیک بر ارسال یک موج صوتی فرکانس بالا به طرف سطح و اندازه‌گیری زمان بازگشت Echo استوار است. Sensor با استفاده از Time of Flight فاصله تا سطح را محاسبه کرده و سپس آن را به Level تبدیل می‌کند.
اگر سؤال این باشد که سنسور التراسونیک چیست؟ می‌توان آن را یک Sensor غیرتماسی دانست که برای اندازه‌گیری فاصله و سطح از Ultrasonic Wave استفاده می‌کند. این فناوری در مخزن آب، فاضلاب، تصفیه‌خانه، مواد شیمیایی، صنایع غذایی، Silo و بسیاری از سیستم‌های صنعتی کاربرد دارد.
در فروش سنسور التراسونیک برای اندازه‌گیری سطح باید Measuring Range، Dead Zone، Beam Angle، نوع ماده، Foam، Dust، Vapor، Temperature، Pressure، Output و محل نصب به‌دقت بررسی شوند.
انتخاب صحیح Sensor و نصب درست آن نقش بسیار مهمی در Accuracy و Stability Measurement دارد. در شرایط ساده و مخازن اتمسفریک، Ultrasonic می‌تواند راهکاری اقتصادی و کاربردی برای Continuous Level Measurement باشد.
