مقالات اندازه گیری سطح و ارتفاع
لول سنسور التراسونیک
یکی از روش های اندازه گیری ارتفاع مایعات و یا مواد داخل مخازن روش استفاده از سطح سنج التراسونیک است . در این روش امواج التراسونیک به سمت هدف ( سطح مایع یا مواد داخل مخزن ) تابیده می شود. و مجدد به سطح سنج برمیگردد که با حساب کردن زمان رفت و برگشت ، فاصله اندازه گیری میشود.
در ادامه فیلم نحوه کار کردن سطح سنج التراسونیک آمده است.
صفر تا صد سنسورهای التراسونیک
اگر می خواهید بدانید ترانسمیترهای التراسونیک چگونه کار می کنند تا پایان این مقاله با ما باشید
ما در این مقاله به موضوعات زیر خواهیم پرداخت
- طرز کار سنسور التراسونیک
- انواع سنسور التراسونیک
- کاربردهای سنسورالتراسونیک
- مزایا و معایب سنسور التراسونیک
- انتخاب مناسب سنسور التراسونیک
- معرفی سنسورهای التراسونیک ساخت شرکت آتک سنسور
طرز کار سنسور یا ترنسمیتر التراسونیک
برای شما هم اتفاق افتاده که پژواک صدای خود را در کوهستان با کمی تاخیر شنیده باشید این مساله به دلیل زمانی است که صوت مسیر رفت و برگشت را طی می کند . با توجه به سرعت صوت شما می توانید از این زمان برای محاسبه فاصله خود تا کوه استفاده کنید .
ازاین اصل برای ساخت لول سنج سطح یا سنسور التراسونیک استفاده می شود .
در یک ترنسمیتر التراسونیک یک سیگنال صوتی ایجاد می شودو به سمت مانع ارسال می شود این سیگنال پس از برخورد به سطح مانع , باز تاب شده و به ترنسمیتر باز می گردد.
امواج پس از برخورد به مایع یا مواد داخل مخزن منعکس شده و به سنسور می رسد و زمان ارسال تا دریافت موج توسط یک CPU که در پکیج ترانسدیوسر قرار دارد اندازه گیری می گردد . در این روش در حقیقت زمان سیر امواج بسمت مانع ( سطح مورد اندازه گیری ) و بازگشت به سنسور اندازه گیری می کردد و چون فاصله مانع از سنسور متناسب با این زمان است ما فاصله را بدست آورده ایم .
سطح سنج التراسونیک چیست؟
جهت خرید سطح سنج التراسونیک روی “سطح سنج التراسونیک” کلیک کنید
سطح سنج التراسونیک
ترنسدیوسر التراسونیک
همانطور که میدانید این تراندیوسر یا سنسور ابتدا زمان سیر نور را اندازه گیری می نماید ولی عملا کاربر به این زمان نیاز ندارد و کاربر میخواهد فاصله سنسور را از سطح مایع مخزن بداند . ترانسدیور این زمان را ابتدا به فاصله و انگاه به کمیت درخواستی کاربر تبدیل می کند . این خروجی معمولا بصورت جریان 4 تا بیست میلی آمپر و یا یک سیگنال سریال با پروتکل RS485 خواهد بود .
توضیح : ترانسدیوسر التراسونیک اصطلاحا به یک پکیج شامل سنسور و سی پی یو و یک ترانسدیوسر اطلاق می گردد . که سنسور امواج را حس کرده , سی پی یو محاسبات لازم جهت تیدیل زمان به فاصله را انجام داده و ترانسدیوسر فاصله را به یک جریان 4 تا بیست میلی آمپر یا سیگنالهای دیگر تبدیل می کند .
مزایای اندازه گیری بروش التراسونیک
- در این روش اندازه گیری بصورت غیر تماسی بوده و از دردسرهایی مثل خورندگی مایعات و یا زنگ زدن اجزا سنسور در امان خواهیم بود .
- نصب آسان سنسور نسبت به روشهای دیگر
- اندازه گیری پیوسته سطح مخزن
- اندازه گیری سریع سطح بعلت سرعت بالای صوت
- به چکالی مایع داخل مخزن بستگی ندارد
- قابل استفاده در سیالات ترکیبی ( سیال با وزن حجمی متغیر )
سنسور التراسونیک چگونه امواج صوتی تولید می کند ؟
سنسور های التراسونیک برای تولید امواج صوتی از یک پیزو الکتریک استفاده می کند . پیزو الکتریک یک قطعه سرامیکی است . وقتی یک بلور پیزوالکتریک به پتانسیل الکتریکی وصل می شود شروع به ارتعاش کرده و موج صوتی ایجاد می کند .
فرکانس امواج صوتی با واحد هرتز اندازه گیری می شوند . محدوده شنوایی انسان از 20 تا 20,000 هرتز است و امواج صوتی با فرکانس بالاتر یا پایین تر از این برای انسان قابل شنیدن نخواهد بود . در یک سنسور التراسونیک , امواج صوتی با فرکانسی بالاتر از محدوده شنوایی انسان تولید می شود و این امواج برای انسان و سایر موجودات خطری به همراه نخواهد داشت .
عوامل موثر بر سرعت صوت
سرعت صوت در هوا و سایر اجسام متفاوت است . سرعت صوت در جامدات بیشترین و در گازها کمترین مقدار خود را دارد .
دو عامل مهم در سرعت صوت اثر گذار است
- چگالی : برای حرکت امواج صوتی به تراکم مولکولی نیاز است و چگالی یا تراکم مولکولی روی سرعت صوت اثر گذار است. وقتی تراکم مولکولی محیط بالا باشد، مولکول‌های موجود در آن فشرده‌تر هستند و این امر موجب انتشار سریعتر صدا میشود. درنتیجه، با افزایش چگالی سرعت صوت نیز افزایش پیدا می‌کند.
- دما: دمای محیط وسرعت انتشار امواج صوتی رابطه مستقیم دارند و با افزایش دما سرعت انتشار صوت نیز افزایش پیدا می‌کند.
هنگام برخورد امواج صوتی با موانع بازتاب های گوناگونی به سنسور التراسونیک خواهد رسید ممکن است بعضی از بازتاب ها ضعیف تر باشد ولی پردازنده داخلی ترنسمیتر التراسونیک فقط امواج بازتابی قویتر را شناسایی می کند و از تحلیل سایر امواج خودداری می کند .
همچنین در محیطی که تراکم مولکولی مختلفی وجود دارد و یا مخازنی که حاوی مایعات دو فازی هستد سنسور التراسونیک می تواند بازتاب مورد نظر شما را شناسایی و تحلیل کند .
در سنسور های التراسونیک یک سنسور حرارتی همواره در حال اندازه گیر دمای محیط است و به پردازنده داخلی کمک می کند تا بتواند آنالیز دقیقی از سرعت صوت ارائه دهد.
اطلاعات دریافتی در یک ترنسمیتر التراسونیک می تواند به شیوه های مختلفی در اختیار شما قرار گیرد .
مثلا شما می توانید به صورت پیوسته تغییرات فاصله سنسور تا مانع ویا حجم مواد داخل یک مخزن را بر روی صفحه نمایشگر سنسور مشاهده کنید ویا از خروجی های سنسور برای کنترل انواع پمپ ها یا اکچیتورها ( Actuator )کنترل کننده جریان مخازن استفاده کنید.
یک ترنسمیتر التراسونیک می تواند خروجی های گوناگونی در اختیار شما بگذارد . شرکت های سازنده ترنسمیتر سعی می کنند تنوع زیادی در طراحی و ساخت سنسورها به کار بگیرند تا مصرف کننده بتواند بر اساس نیاز خود بهترین نوع ترنسمیتر را انتخاب کند . بنابراین شما بسته به نوع کاری که میخواهید انجام دهید باید سنسور یا ترنسمیتر مناسب را انتخاب کنید.
خروجی های ترنسمیتر التراسونیک
ترنسمیتر التراسونیک کمیت فاصله را اندازه گیری می کند و سپس پردازنده داخلی ترنسمیتر اطلاعات دریافتی را آنالیز نموده و آنرا بنا به نیاز شما به صورت های گوناگونی مانند ارتفاع و یا حجم تبدیل می کند .
خروجی یک ترانسمیتر می تواند یک تیغه نرمالی کلوزNC (تیغه بسته) یا نرمالی اپن NO (تیغه باز ) باشد و شما از آن برای خاموش یا روشن کردن یک پمپ استفاده کنید و یا یک شیر برقی را در مسیر جریان سیال به یک مخزن کنترل کنید.
از دیگر خروجی های یک ترنسمیتر می تواند هر کدام از موارد زیر باشد.
4-20 mA, 0-20 mA یا 0-5V, 0-10V یا 0.5-4.5V
که شما می توانید به کمک پروتکل های شبکه , ارتباط سریال بین چند دستگاه را برقرار کنید
گزینه های ارتباط سریال RS-232، RS-485 و CANopen
برای آنکه شما بتوانید با سایر تجهیزات کنترلی مانند plc یا سایر ترنسمیتر ها و سنسور ها ارتباط برقرار کنید نیاز به یک شبکه
ارتباطی دارید وهر کدام از این شبکه ها با قوانین خاصی اطلاعات را انتقال می دهند که در ادامه به چند مورد از هر آنها خواهیم پرداخت.
پروتکل شبکه ارتباطی CANopen
ابتدا توضیح مختصری از پروتکل CAN خواهیم داد
پروتکل CAN
شبکه CAN یک ارتباطی سریال و دوسیمه است و میتواند تا ۱۲۸حسگر و سنسور در دستگاه های مختلف را به یکدیگر ارتباط دهد . این شبكه بر پایه ارسال و دریافت پیامها کارمی کند بدین ترتیب که پیامها توسط حسگرها و ادوات کنترلی در شبکه ارسال می شود و گيرنده‌ها با دریافت پيامهای ویژه ی خود عمليات مورد نظر را انجام مي‌دهند. کاهش قابل توجه در سیم کشی ، انعطاف پذیری ، اطمینان بالا ،اولویت بندی پیامها و امکانات مناسب برای عیب یابی از جمله مزایای این پروتوکل می باشد.
انتقال اطلاعات در این پروتوکل بوسیله یک جفت سیم و بصورت دیفرانسیلی می باشدکه اثر نویز را به حداقل می رساند. طول شبکه تا ۱۰۰۰متر و سرعت انتقال اطلاعات در این پروتوکل می تواند تا 1Mbps(در مسافت ۵۰ متر) باشد .
خصوصیات شبکه CAN
- سرعت بالای انتقال اطلاعات تا 1Mbps
- توانایی اولویت بندی اطلاعات، مناسب برای طراحی سیستم سریع )پیام هایی که شماره ID کوچکتری دارند دارای اولویت بالاتر هستند)
- باس ۲ سیمه تفاضلی
- ایمنی بسیار زیاد در برابر نویزمحیط( مناسب محیط های صنعتی که نویز بالایی دارند)
- قابلیت تشخیص خطا، کنترل سیستم و رفع خطا )در مواقع تداخل پیامها و …)
پروتکل CANopen
این پروتوکل نسخه ای از CAN است که در اتوماسیون صنعتی توسعه یافته است و دارای سه بخش, واسط ارتباطی ، Object Dictionary و واسط سخت افزار است.
پیامهای PDO و SDO:
به دو روش می توان پیام های حاوی اطلاعات را از یک Node به Node دیگر فرستاد یا دریافت نمود:
- SDO(Service Data Object)
- PDO(Process Data Object)
- پیام SDO :
این نوع پیام برای ارسال تنظیمات دستگاه و خواندن یا نوشتن Object Dictionary ها استفاده می شود.
ارتباط با پروتکل RS-232 و RS-485
برای اینکه دو یا چند دستگاه بتوانند با یکدیگر کار کنند باید بتوانند به روشی مطمئن با یکدیگر تبادل اطلاعاتی انجام دهند. ارتباط سریال یکی از منطقی ترین و رایج‌ترین روش‌ها برای انتقال داده‌ها است. در یک ارتباط سریال اطلاعات به ترتیب یک بیت پس از دیگری بین دو دستگاه مبادله می شود . در این نوع ارتباط، داده‌ها و اطلاعات به صورت سری و به ترتیب ارسال و دریافت می‌شوند. هر بیت در زمان مشخصی ارسال یا دریافت می‌گردد. این فرآیند به وسیله پروتکل‌های ارتباط سریال مانند RS232 و RS485 انجام میشود. از مزایای این نوع ارتباط می‌توان به دریافت و آنالیز سریع اطلاعات، انتقال داده‌ها در فواصل بلند، و کاربرد گسترده در تجهیزات مختلف اشاره کرد. ارتباط سریال به عنوان یک راه حل کارآمد و پایدار، در صنایع مختلف از جمله اتوماسیون صنعتی، ابزارهای اندازه‌گیری، و دستگاه‌های اداری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
پروتکل RS_232
این پروتکل از یک سری قوانین و استانداردهای فنی پیروی می‌کند که در ارتباط دستگاه‌های الکترونیکی با یکدیگر، مانند اتصال کامپیوتر به دستگاه‌های جانبی، به کار می‌رود. یکی از ویژگی‌های مهم RS232، تعداد پین‌های مشخص برای اتصالات است. این پروتکل از نه پین برای اتصال استفاده می‌کند که شامل پین‌های فرستنده (TXD) و گیرنده (RXD) برای ارسال و دریافت داده، پین‌های اتصال به زمین (Ground) و تغذیه (Vcc) برای تامین انرژی، و پین‌های کنترلی برای انجام وظایف مانند کنترل جریان داده و هماهنگی ارتباط می‌شوند.
نرخ انتقال داده در RS232 نیز متناسب با فرکانس ساعت (Baud Rate) تعیین میشود که میزان انتقال بیت در ثانیه را نشان می‌دهد. استاندارد RS232 معمولا از نرخ‌های انتقال داده از ۱۱۵۲۰۰bps تا ۹۶۰۰۰bps پشتیبانی می‌کند. علاوه بر این، ولتاژهای منطقی در RS232 معمولا برای حالت منطقی “1” در بازه -3 تا -15 ولت و برای حالت منطقی “0” در بازه +3 تا +15 ولت تعیین میشود. این ویژگی ولتاژهای بالا، این پروتکل را برای ارتباطات در فواصل طولانی بسیار موثر و قابل اعتماد می‌سازد. به طور کلی، پروتکل RS232 با مشخصات فنی جامع و منطبق با استانداردهای صنعتی، به عنوان یک ابزار مؤثر برای اتصالات سریالی در دستگاه‌های مختلف به‌کار می‌رود.
پروتکل RS485
یکی از ویژگی‌های مهم RS485، توانایی اتصال چندین دستگاه به یکدیگر در یک شبکه مشترک است. این استاندارد از معماری تبادل داده متقارن (full-duplex) بهره‌مند است، به این معنا که هر دستگاه میتواند همزمان اطلاعات را ارسال و دریافت کند. این ویژگی از پروتکل RS485 آن را به یک گزینه ایده‌آل برای اتصالات چند دستگاهی در محیط‌های صنعتی می‌سازد. با قابلیت مقاومت در برابر نویزها و اختلالات الکترومغناطیسی، RS485 معمولا در محیط‌های صنعتی با شرایط نویز زیاد و فواصل بلند به کار می‌رود. استفاده گسترده از RS485 در سیستم‌های کنترل صنعتی، اتوماسیون، سیستم‌های امنیتی و شبکه‌های داده‌های صنعتی نشان از اهمیت و اثربخشی این پروتکل در مصافت‌های طولانی دارد.
پروتکل RS485 با نرخ انتقال داده‌ها که از ۲۴۰۰bps تا ۱۰Mbps متغیر است، امکان انتقال داده‌های با سرعت بالا را فراهم می‌کند. ولتاژهای منطقی نیز در این استاندارد در حدود 0 تا +5 ولت برای منطقی “1” و 0 تا -5 ولت برای منطقی “0” تعیین شده است. این ولتاژهای نسبتا کمتر نسبت به RS232، به RS485 امکان انتقال اطلاعات در فواصل بلند را با کاهش مصرف انرژی فراهم می‌آورد و به عنوان یک استاندارد اقتصادی و کارآمد در مصافت‌های طولانی استفاده میشود.
مفهوم خروجی 4-20 mA, 0-20 mA یا 0-5V, 0-10V یا 0.5-4.5V چیست ؟
برای اینکه ما بتوانیم اطلاعات یک ترنسمیتر را به دستگاه دیگر منتقل کنیم نیاز به یک سیگنال الکتریکی داریم این سیگنال می تواند از نوع آمپر ویا ولتاژ باشد مثلا ترانسمیتر برای گزارش ارتفاع آب داخل یک مخزن با تغییر ولتاژ خروجی از صفر تا ده ولت دامنه اندازه گیری شده را به دستگاه دیگر گزارش می دهد به طوری که در کمترین مقدارآب مخزن صفر ولت و در بیشترین مقدار ده ولت را در خروجی خواهیم داشت .
این سیگنال می تواند از نوع جریان باشد و مثلا از 4 تا 20 میلی آمپر تغییر کند در این روش خروجی همانند یک مولد جریان عمل می کند و فارغ از مقدار مقاومت مصرف کننده جریان خروجی را با مقدار اندازه گیری شده کنترل می کند. مثلا در کمترین مقدار آب داخل مخزن , جریان در مدار 4 میلی آمپر و در بیشترین مقدار 20 میلی آمپر خواهد بود و دستگاه گیرنده تغییرات جریان را نسبت به مقدار آب داخل مخزن تحلیل می کند.
بعضی از گیرنده ها ممکن است در ورودی فقط امکان دریافت یک نوع پالس الکتریکی را داشته باشند.
بسته به اینکه دستگاه گیرنده ازچه نوع سیگنالی در ورودی بهره می برد شما باید خروجی ترانسمیتر خود را انتخاب کنید.
فروش سنسور یا ترنسمیترالتراسونیک
شرکت آتک سنسور ترکیه یکی از شرکت هایی است که اقدام به تولید ترنسمیتر التراسونیک نموده این سنسورها در مدل های مختلف تولید و به بازار ارائه شده
دیتا شیت انگلیسی و اطلاعات فنی سنسور ترنسمیتر التراسونیک
دیتا شیت فارسی و اطلاعات فنی سنسور ترنسمیتر التراسونیک
جهت مشاوره و خرید ترنسمیتر التراسونیک با ما تماس بگیرید.
فروشگاه :02166393900
مهندس سمنانی 09121473023
فرجاد 09127612916