اندازه گیری سطح یک فرآیند ضروری در بسیاری از صنایع مانند نفت و گاز، تصفیه آب، مواد شیمیایی، مواد غذایی و آشامیدنی، داروسازی، معدن و تولید برق است. اندازه گیری سطح (level measurment) را می توان برای کنترل موجودی، نظارت بر فرآیند، حفاظت ایمنی و تضمین کیفیت استفاده کرد. روش های مختلفی برای اندازه گیری سطح وجود دارد، مانند فشار هیدرواستاتیک، خازنی، شناور، نوری و راداری. با این حال، یکی از پرکاربردترین روش ها استفاده از سطح سنج اولتراسونیک (ultrasonic level meter) است.
اندازه گیری سطح اولتراسونیک یک تکنیک غیر تماسی است که از امواج صوتی برای تشخیص فاصله یک سطح مایع یا جامد استفاده می کند. اندازه گیری سطح اولتراسونیک را می توان با استفاده از دو روش اساسی انجام داد ۱. پالس بازگشتی ۲. پالس عبوری
روش پالس بازگشتی
در روش پالس بازگشتی، پالسی از فرستنده به سمت سطح اندازه گیری ارسال می‌شود. پالس پس از برخورد به سطح مورد نظر بازگشت داده شده و در محل فرستنده مجددا دریافت می‌شود. فاصله زمانی بین ارسال و دریافت سیگنال متناسب با فاصله بین مبدل و سطح است.
روش پالس عبوری
در روش پالس عبوری از دو مبدل استفاده می شود. یکی به عنوان فرستنده و دیگری به عنوان گیرنده. فرستنده یک موج صوتی می فرستد که از طریق رسانه عبور می کند تا به گیرنده برسد. تضعیف سیگنال به ویژگی های محیط و هر گونه مانعی در مسیر آن بستگی دارد. این روش استفاده بسیار کمتری دارد و در اندازه گیری فلو مرسوم است.
مزایای سطح سنج التراسونیک (ultrasonic level measurment)
- نیازی به تماس فیزیکی با محیط مورد اندازه گیری ندارد
- می تواند مایعات و جامدات با چگالی و ویسکوزیته متفاوت را اندازه گیری کند
- می تواند سطوح را در مخازن باز یا بسته اندازه گیری کند
- می تواند سطوح را در محیط های خشن با دما یا فشار بالا اندازه گیری کند
- می تواند سطوح را در محدوده وسیعی با دقت بالا اندازه گیری کند
- نصب و نگهداری آن آسان است
- عمر طولانی
معایب سطح سنج اولتراسونیک
- می تواند تحت تأثیر نویز محیط یا تداخل منابع دیگر قرار گیرد
- می تواند تحت تأثیر کف یا بخار روی سطح مایعات قرار گیرد
- می تواند تحت تأثیر گرد و غبار یا کثیفی روی صفحه مبدل قرار گیرد
- می تواند تحت تأثیر بی نظمی سطح جامدات قرار گیرد
برای غلبه بر این چالش ها، دستگاه های اندازه گیری سطح اولتراسونیک از ویژگی های مختلفی مانند سرکوب خودکار اکو کاذب (اکو مربوط به لبه ها، شناور جریان سیال و ..) ، تجزیه و تحلیل شکل اکو و کنترل گین هوشمند استفاده می کنند. این ویژگی ها به بهبود کیفیت، قابلیت اطمینان و دقت سیگنال کمک می کند. این سه روش در سطح سنج (level meter) های ارائه شده در سایت به طور کامل پیاده سازی شده است
سطح سنج (لول متر) فشرده یا چند تکه
دستگاه های اندازه گیری سطح اولتراسونیک به صورت فشرده یا چند تکه در دسترس هستند. نسخه های فشرده دارای یک مبدل یکپارچه هستند که مستقیماً در بالای مخزن نصب می شود. نسخه های چند تکه دارای یک مبدل جداگانه هستند که از طریق یک کابل به یک واحد الکترونیکی متصل می شود. نسخه‌های چند تکه انعطاف‌پذیری بیشتری را در مکان‌های نصب فراهم می‌کنند. سطح سنج مدل lm4pro از نوع چند تکه و مدل LM1Plus از نوع فشرده است
پروتکل های ارتباطی سطح سنج ها
دستگاه های اندازه گیری سطح اولتراسونیک می توانند به راحتی از طریق خروجی های آنالوگ (4-20 میلی آمپر)، خروجی های دیجیتال MODBUS RTU و یا خروجی تحت شبکه MODBUS TCP به سیستم های کنترل متصل شوند. آنها می توانند داده های حیاتی در مورد سطوح مایع (مانند حجم)، سطوح جامد (مانند جرم) یا نرخ جریان (مانند جریان کانال باز) ارائه دهند. محصول lm4pro از کلیه پروتکل های اشاره شده پشتیبانی میکند.
کاربردها
- پایش سطح آب در مخازن، رودخانه ها، دریاچه ها یا چاه ها
- تصفیه خانه های فاضلاب برای تشخیص سطح لجن
- کارخانه های شیمیایی برای مدیریت موجودی مخازن ذخیره سازی
- کارخانه های مواد غذایی و آشامیدنی برای کنترل کیفیت محصول
- کارخانه های داروسازی برای شرایط فرآیند استریل
- کارخانه های معدن برای نظارت بر ذخایر سنگ معدن
نتیجه گیری
اندازه گیری سطح اولتراسونیک یک روش غیر تماسی است که از امواج صوتی برای تشخیص سطوح مایع یا جامد استفاده می کند. دستگاه های اندازه گیری سطح اولتراسونیک از ویژگی های پیشرفته برای غلبه بر چالش های محیطی استفاده می کنند تا هر بار قرائت های قابل اعتمادی را ارائه می دهند. نصب و نگهداری دستگاه های اندازه گیری سطح اولتراسونیک آسان است. و می تواند از طریق رابط های مختلف به سیستم های کنترلی متصل شود. آنها می توانند سطوح را در محدوده وسیعی با دقت بالا اندازه گیری کنند، و برای صنایع و کاربردهای مختلف مناسب هستند.
