เซ็นเซอร์ระดับอัลตราโซนิกคืออะไร?

เซ็นเซอร์ระดับอัลตราโซนิกหรือที่เรียกว่าเกจวัดระดับของเหลวอัลตราโซนิก ไม่ใช่-เครื่องมือวัดระดับการสัมผัส มีความแม่นยำสูง ติดตั้งง่าย และบำรุงรักษาน้อยที่สุด โดยทั่วไปใช้ในการวัดระดับของเหลวในภาชนะต่างๆ รวมถึงระดับน้ำในคลอง สระน้ำ อ่างเก็บน้ำ แม่น้ำ ทะเลสาบ และทะเล นอกจากนี้ยังสามารถวัดระดับส่วนต่อประสานและความแตกต่างของระดับได้อีกด้วย เหมาะอย่างยิ่งสำหรับน้ำเสียและสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เมื่อใช้ร่วมกับถังและฝายเพื่อสร้างมิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบช่องเปิด ก็สามารถวัดอัตราการไหลได้เช่นกัน ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในอุตสาหกรรมและสาขาต่างๆ เช่น เหล็ก ปิโตรเคมี การบำบัดน้ำ และการอนุรักษ์น้ำ

เกจวัดระดับอัลตราโซนิกซึ่งติดตั้งที่ส่วนบนของภาชนะภายใต้การควบคุมของหน่วยอิเล็กทรอนิกส์ จะปล่อยลำแสงอัลตราโซนิกไปยังวัตถุที่กำลังวัด คลื่นเสียงจะถูกสะท้อนโดยพื้นผิวของวัตถุ และส่วนหนึ่งของเสียงสะท้อนที่สะท้อนนั้นจะถูกรับโดยโพรบและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า เวลาตั้งแต่การปล่อยคลื่นอัลตราโซนิกไปจนถึงการรับสัญญาณจะเป็นสัดส่วนกับระยะห่างระหว่างโพรบกับวัตถุที่กำลังวัด หน่วยอิเล็กทรอนิกส์จะตรวจจับเวลานี้และคำนวณระยะทางที่วัดได้ตามความเร็วของเสียงที่ทราบ ระยะห่างจากโพรบถึงด้านล่างของถัง ลบระยะห่างจากโพรบถึงระดับของเหลว เท่ากับระดับของเหลวจริงหรือความสูงของระดับ ใช้เพื่อแปลงความสูงของระดับของเหลวให้เป็นสัญญาณกระแส 4~20 mA หรือสัญญาณแรงดันไฟฟ้า 1~5 V สำหรับเอาต์พุต หรือสามารถส่งไปยังศูนย์ควบคุมผ่านการสื่อสาร RS485, HART หรือ GPRS ก็ได้ เนื่องจากอุณหภูมิมีผลกระทบอย่างมากต่อความเร็วของเสียง เครื่องดนตรีจึงควรวัดอุณหภูมิโดยรอบเพื่อแก้ไขความเร็วของเสียง

เมื่อเปรียบเทียบกับเกจวัดระดับประเภทอื่น เซ็นเซอร์ระดับอัลตราโซนิกมีข้อดีดังต่อไปนี้:

(1) การวัดแบบไม่สัมผัส-: มีการติดตั้งทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกเหนือพื้นผิวของเหลว และไม่สัมผัสกับตัวกลางที่วัดได้ ช่วยให้ตรวจวัดของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน หนืด หรือเป็นพิษได้สะดวก โดยหลีกเลี่ยงการกัดกร่อนหรือการปนเปื้อนจากของเหลวที่วัดได้ และไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษา

(2) ความเก่งกาจที่ดี: เกจวัดระดับสามารถวัดระดับของเหลวในช่องเปิดและในถังเก็บขนาดใหญ่

ติดตั้งและถอดชิ้นส่วนได้ง่าย

(3) ความสามารถในการปรับตัวที่แข็งแกร่ง: มีการใช้งานที่หลากหลาย และไม่ได้รับผลกระทบจากความหนาแน่น ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก หรือค่าการนำไฟฟ้าของตัวกลาง สามารถปรับเปลี่ยนให้เข้ากับคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของของเหลวที่ตรวจวัดได้อย่างมาก (4) เหมาะสำหรับการวัดระดับของของเหลวที่เป็นพิษ มีฤทธิ์กัดกร่อน และมีความหนืดสูง- เพื่อเอาชนะข้อบกพร่องของเกจวัดระดับอื่นๆ ในสภาพแวดล้อมการวัดที่รุนแรงเช่นนี้

(5) แทบไม่มีชิ้นส่วนกลไกที่เคลื่อนไหว ไม่มีการสึกหรอ อายุการใช้งานยาวนาน และน้ำหนักเบา องค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกภายในทรานสดิวเซอร์จะสั่นที่ความถี่เสียง โดยมีแอมพลิจูดน้อย อายุการใช้งานยาวนาน และมีเสถียรภาพที่ดี

ข้อเสียส่วนใหญ่ได้แก่: เมื่อของเหลวที่วัดได้มีความผันผวน ความหนาแน่นของอากาศที่ไม่สม่ำเสมอเหนือพื้นผิวของเหลวอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดที่ใหญ่ขึ้น เมื่อพื้นผิวของของเหลวที่วัดมีคลื่นขนาดใหญ่ อาจทำให้เกิดการสะท้อนของคลื่นเสียงที่วุ่นวายได้ง่าย ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาด นอกจากนี้ เกจวัดระดับอัลตราโซนิกยังมีโซนบอดที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เมื่อทำการวัดระดับของเหลว ซึ่งทำให้การวัดระยะใกล้-ทำได้ยาก

เกจวัดระดับอัลตราโซนิกในตัวรวมโพรบอัลตราโซนิก หน่วยประมวลผลสัญญาณ จอแสดงผล ฯลฯ ไว้ในอุปกรณ์เดียว ฟังก์ชั่นการวัดและการควบคุมทั้งหมดเสร็จสิ้นภายในตัวเครื่องเดียวกัน

ติดตั้งง่าย: เนื่องจากโครงสร้างที่กะทัดรัด จึงจำเป็นต้องซ่อมแซมอุปกรณ์เพียงตัวเดียวระหว่างการติดตั้ง ช่วยลดการเดินสายไฟและขั้นตอนการติดตั้งที่ซับซ้อน ฟังก์ชันการทำงานที่ครอบคลุม: เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่รุนแรง โดยมีระดับการป้องกันสูงถึง IP66/IP67 มีให้เลือกหลายรุ่น เช่น ประเภท-ทนต่อการกัดกร่อนและป้องกันการระเบิด-

การสอบเทียบแบบง่าย: การออกแบบที่ผสานรวมทำให้กระบวนการสอบเทียบง่ายขึ้นและลดความซับซ้อน โดยทั่วไปจะต้องมีการสอบเทียบทั้งระบบ แทนที่จะต้องแยกส่วนประกอบหลายชิ้น

เกจวัดระดับอัลตราโซนิกในตัวมักใช้ในถังเก็บ การบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรม ถังปฏิกิริยาเคมี และสระน้ำตื้น

เกจวัดระดับอัลตราโซนิคแบบแยก-: เกจวัดระดับอัลตราโซนิกแบบแยก-ประกอบด้วยโพรบและหน่วยประมวลผลสัญญาณแยกต่างหาก มีการติดตั้งโพรบที่จุดตรวจวัด ในขณะที่หน่วยประมวลผลสัญญาณสามารถติดตั้งในห้องควบคุมหรือตำแหน่งอื่นที่สะดวกซึ่งอยู่ห่างจากจุดตรวจวัดได้ ทั้งสองเชื่อมต่อกันด้วยสายเคเบิล

ความสามารถในการป้องกัน-สัญญาณรบกวนที่แข็งแกร่ง: เมื่อแยกโพรบและหน่วยประมวลผลสัญญาณออกจากกัน หน่วยประมวลผลสัญญาณสามารถเก็บไว้ให้ห่างจากพื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูง แรงดันสูง หรือการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความแม่นยำและความน่าเชื่อถือในการวัด

ใช้งานง่าย: โดยทั่วไปแล้วหน่วยประมวลผลสัญญาณจะมีหน้าจอแสดงผลที่ใหญ่ขึ้นและอินเทอร์เฟซการทำงานที่มากขึ้น ซึ่งอำนวยความสะดวกในการปรับแต่งและการตรวจสอบโดยผู้ปฏิบัติงาน

ความสามารถในการปรับตัวสูง: การออกแบบแบบแยกส่วนทำให้สามารถปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมการตรวจวัดที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูง- สภาพแวดล้อมที่มีก๊าซหรือของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อน โพรบสามารถทำจากวัสดุพิเศษเพื่อให้ทนต่อสภาวะเหล่านี้ได้

เกจวัดระดับอัลตราโซนิคแบบแยก-เหมาะสำหรับการวัดระดับในถังเก็บขนาดใหญ่ กระบวนการที่ซับซ้อน และ-อุณหภูมิสูงหรือสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการการทำงานระยะไกลหรือการป้องกันจากการรบกวนจากสิ่งแวดล้อม

1. ช่วงการวัดและโซนตาย
ช่วงการวัดและโซนตายเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญสองประการของเกจวัดระดับอัลตราโซนิก

ช่วงการวัดแสดงถึงช่วงสูงสุดที่เกจวัดระดับสามารถวัดได้ ซึ่งสะท้อนถึงความไวของทรานสดิวเซอร์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ยิ่งช่วงการวัดกว้างขึ้น ความไวก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย ผู้ผลิตส่วนใหญ่ระบุช่วงการวัดสำหรับพื้นผิวของเหลวเรียบ แต่ในการวัดจริง ความผันผวนของระดับของเหลว วัตถุที่ลอยอยู่บนพื้นผิว และการมีอยู่ของฝุ่นหรือไอน้ำในวัสดุแข็งที่วัดได้ ล้วนส่งผลให้ช่วงการวัดต่ำกว่าค่าที่ระบุ

Dead Zone หรือที่เรียกว่า Blind Zone คือระยะทางที่เกจวัดระดับอัลตราโซนิกไม่สามารถวัดได้เนื่องจากอาฟเตอร์ช็อกของทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิก ตัวอย่างเช่น พื้นที่ตาย 30 ซม. หมายความว่าเมื่อระยะห่างระหว่างพื้นผิวของเหลวและโพรบน้อยกว่า 30 ซม. จะไม่สามารถทำการวัดได้ ดังนั้น สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีช่วงการวัดเท่ากัน เดดโซนที่เล็กกว่าบ่งชี้ถึงการออกแบบทรานสดิวเซอร์ที่ดีกว่า แต่ยังทำให้การติดตั้งง่ายขึ้นสำหรับการวัดในถังแบบปิดหรือมีช่วงการวัดที่สั้นอีกด้วย

2. อุณหภูมิและความแม่นยำ
ช่วงอุณหภูมิส่วนใหญ่จะระบุเป็น -20~60 องศา เนื่องจากเกจวัดระดับส่วนใหญ่ที่ใช้จอแสดงผล LCD มีช่วงอุณหภูมิในการทำงานจำกัดอยู่ที่ขีดจำกัดที่แน่นอนสำหรับหน้าจอ LCD เกินช่วงนี้จะทำให้เกิดการทำงานผิดปกติ หากละเลยข้อจำกัดของจอแสดงผล LCD ช่วงอุณหภูมิในการทำงานโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง -40 ถึง 80 องศา ภายใต้สถานการณ์ปกติ อุณหภูมิในการทำงานของทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกแทบจะไม่เกิน 150 องศา : เกิน 150 องศาอาจทำให้เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกภายในเสียหายได้ง่าย ดังนั้น 150 องศาจึงถือเป็นอุณหภูมิทำลายล้างที่สมบูรณ์ นอกจากนี้ วัสดุบางชนิดที่ใช้ในกระบวนการผลิตของทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกไม่สามารถทำงานได้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 องศา ; ดังนั้นขีดจำกัดอุณหภูมิสูงสุดสำหรับทรานสดิวเซอร์ส่วนใหญ่คือ 100 องศา

เหตุใดจึงพิจารณาความแม่นยำและอุณหภูมิร่วมกัน เพราะในอากาศ ความคลาดเคลื่อนในการวัดอุณหภูมิ 1 องศา ส่งผลต่อความเร็วเสียง 0.6 เมตร/วินาที ที่ 20 องศา และ 1 บรรยากาศ ความเร็วเสียงจะอยู่ที่ประมาณ 340 เมตร/วินาที ดังนั้นผลกระทบต่อข้อผิดพลาดในการวัดจึงคำนวณเป็น 0.17% หากข้อผิดพลาดในการวัดอุณหภูมิเกิน 3 องศา ข้อผิดพลาดในการวัดระดับจะเกินช่วงที่กำหนด 0.5% สำหรับผู้ผลิตส่วนใหญ่ ในความเป็นจริงความแม่นยำ 0.5% นั้นใช้สำหรับสภาวะอุณหภูมิและความดันปกติ ที่อุณหภูมิสูงขึ้นหรือต่ำลง ความแม่นยำในการวัดอาจเกิน 0.5% ข้อผิดพลาดในการวัดยังเพิ่มขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีการไล่ระดับอุณหภูมิหรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ องค์ประกอบของก๊าซยังส่งผลต่อความแม่นยำในการตรวจวัดมากที่สุดอีกด้วย ตัวอย่างเช่น ในที่ที่มีของเหลวระเหย การระเหยของของเหลวจะเปลี่ยนองค์ประกอบของอากาศ ซึ่งจะทำให้ความเร็วเสียงของก๊าซเปลี่ยนแปลง ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดในที่สุด

3. ความกดดัน
ภายใต้แรงดันลบ โดยทั่วไปไม่แนะนำให้ทำการวัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก เนื่องจากการแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ทำได้ผ่านแก๊ส แรงดันลบหมายความว่าอากาศภายในทำให้บริสุทธิ์ การแพร่กระจายของอัลตราซาวนด์ในอากาศบริสุทธิ์ทำให้เกิดปัญหาสองประการ ประการแรก ความเร็วเสียงเปลี่ยนแปลง ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัด ประการที่สอง การลดทอนของคลื่นเสียงจะเพิ่มขึ้นในอากาศบริสุทธิ์ ส่งผลให้ช่วงการวัดลดลงหรือแม้กระทั่งขัดขวางการวัดโดยสิ้นเชิง

4. การกัดกร่อน
การกัดกร่อนของเกจวัดระดับจะทดสอบวัสดุของโพรบเป็นหลัก ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือด่างอ่อน เปลือกพลาสติกธรรมดาก็เพียงพอแล้ว เปลือกโพลีเตตร้าฟลูออโรเอทิลีน (PTFE) สามารถทนต่อกรดและด่างที่เข้มข้นได้มากที่สุด เป็นที่น่าสังเกตว่าหากสารที่จะวัดมีฤทธิ์กัดกร่อนและระเหยได้สูง ควรใช้กาวกับแผงวงจรเมื่อใช้เกจวัดระดับแบบรวม เนื่องจากตัวเรือนกันน้ำส่วนใหญ่ไม่-กันก๊าซ เมื่อแก๊สเข้าไปในอุปกรณ์จะทำให้แผงวงจรสึกกร่อน