سنسور آلتراسونیک یک سنسورغیر تماسی یا مجاورتی می باشد و کاربردهای گوناگون آن در آشکار سازی اجسام تا اندازه گیری فاصله یا سطح سنجی است .
تاریخچه این سنسور به سال 1912 میلادی و بعد از غرق شدن کشتی تایتانیک بر می گردد.
بعد از غرق شدن تایتانیک دانشمندان به دنبال راه حلی برای تکرارنشدن این فاجعه افتادند که اگرکاپیتان کشتی به هر دلیلی قادر به دیدن جلو کشتی نبود وسیله ای هشدار دهنده او را از وجود مانع مطلع سازد .
سنسور التراسونیک معمولا دارای یک فرستنده و یک گیرنده امواج التراسونیک می باشد. امواج التراسونیک به دسته ای از امواج مکانیکی گفته میشود که فرکانس نوسانشان بیش ازمحدوده شنوایی انسان 20KHz باشد. این امواج بعد از برخورد با یک مانع منعکس شده و به طرف سنسوربرمی گردند و با توجه به زمان بازگشت و همچنین کیفیت امواج بازتابش شده به فاکتورهایی همچون فاصله تا مانع ، نوع مانع و سرعت مانع دست پیدا می کنیم .هرماده ای به یک کیفیت خاص امواج التراسونیک را از خود عبور و مقداری از آن را باز تابش می دهد .
به شماتیک درونی این سنسور در شکل زیر توجه کنید.
این سنسورها را می توان به دو دسته صنعتی و غیر صنعتی تقسیم بندی کرد:
سنسورهای غیر صنعتی در فرکانسهایی در حدود 40 کیلو هرتز کار میکنند و در بازار با قیمتهای پایین در دسترس هستند. در این سنسورها دقت کار بالا نبود و فقط در حد تشخیص یک فاصله یا عمق یک مایع میتوان از آنها استفاده کرد.
سنسورهای صنعتی که در فرکانسهای در حد مگا هرتز کار میکنند به دلیل همین فرکانس بالا ، دقت زیادی را خواهیم داشت.
از سال 1912 تا کنون که نزدیک به یک قرن از آن می گذرد این سنسور کاربردهای فراوانی در زندگی ما پیدا کرده است که به چند نمونه از این کاربردها به صورت موردی می پردازیم :
1 . کاربرد در دزدگیر اتوموبیل و وسیله هشدار دهنده فاصله در اتوموبیل
2 . ثبت دقیق ترین زمان ممکنه در ورزش دومیدانی
3 . استفاده در باک هواپیما برای فهمیدن مقدار سوخت
4 . استفاده در کنترل دور ماشینهای صنعتی
5 . کاربرد در علم هواشناسی جدید
در مقاله بعدی کاربرد وسیع تری از این دسته سنسور ها را بیان می کنیم.
"اتوماسیون صنعتی نادین نماینده رسمی سنسورهای التراسونیک سنسوپارت آلمان در ایران می باشد، برای مشاهده محصولات بر روی سایت فروشگاهی نادین تک کلیک نمایید"
برای دریافت مقالات آموزشی در این زمینه روی پورتال خبری نادین تک کلیک نمایید.
اتوماسیون صنعتی نادین تِک با هدف خدمت رسانی به دانشجویان و کمک به پیشرفت علمی و تجربیات دانشجویان سراسر ایران و کمک به کاهش هزینه های اجرای آزمایشات و پروژه های دانشجویی در نظر دارد برای اولین بار و بدون هیچ محدودیتی تمامی پروژه های اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق قابل اجرا را بصورت کاملا رایگان اجرا نموده و حتی کلیپ پروژه درخواستی را در اختیار علاقمندان قرا دهد .بدین منظور تنها کافی است عنوان توضیحات پروژه را به همراه اطلاعات تماس خود برای ما ارسال نمایید . علاقمندان اصفهانی می توانند پس از هماهنگی های قبلی در زمان اجرای پروژه در دفتر حاضر باشند برای علاقمندان سایر استان ها کلیپ دمو ارسال خواهد شد.
1- استفاده از بخش های مکانیکی که احتیاج به دقت بالا در ساخت دارند.
2- احتیاج به نصب تجهیزات خاص در مسیر عبور سیال
فلومتر گردابی(حلقوی):
در این فلومتر، از خاصیت گرایش سیال برای چسبیدن به اجسام جامد استفاده می شود. در این روش، اجسام نسبتا کروی شکلی مشابه شکل ذیل، در داخل لوله قرار می گیرند به کمک سنسورهای پیزوالکتریک، جریان گردابی بوجود آمده در پشت این توپک ها (اجسام کروی جامد) اندازه گیری می شود و از روی فرکانس و دامنه سیگنال ایجاد شده، طبق روابط نسبتا پیچیده ای، میزان فلوی سیال بدست می آید، از جمله معایب این روش موارد ذیل را می توان بر شمرد:
1- استفاده از اجسام و بخش های مکانیکی با شکل خاص،
2- قراردادن اجسام خاص با شرایط خاص در مسیر سیال
3- روابط پیچیده حاکم بر سیستم
4- تک جهته بودن فلومتر
در مقاله بعدی تحت عنوان معرفی انواع فلومتر قسمت دوم به معرفی انواع دیگری از فلومتر ها می پردازیم.
فلومتر آلتراسونیک:
به طور کلی شارسنج های گوناگون را از نظر انرژی به دو گروه کلی افزایشی و کاهشی می توان تقسیم کرد. شارسنج های فراصوت در گروه افزایشی قرار می گیرند، زیرا برای اندازه گیری شار انرژی فراصوت را به سیال در حال عبور اضافه میکنند. شارسنج های فراصوت خود به دو نوع جابجایی دوپلر و زمان انتقال تقسیم می گردند و هر کدام دارای مزایا و معایب خاص خود هستند. هر گاه منبع صادر کننده یک موج نسبت به یک ناظر که در حال اندازه گیری آن است در حال حرکت باشد فرکانس مشاهده شده توسط ناظر متفاوت از مقدار، فرکانس اصلی خود منبع موج خواهد بود. بدین ترتیب که اگر منبع در حال دور شدن باشد ناظر فرکانس کمتری را نسبت به مقدار اصلی خواهد دید. بالعکس اگر منبع در حال نزدیک شدن باشد، فرکانس بیشتر از مقدار اصلی به نظر خواهد رسید. این پدیده به اثر دوپلر یا جابجایی دوپلر معروف است. بر همین اساس هر گاه موجی را به متحرکی بتابانیم و موج منعکسه از آن را بررسی کنیم، خواهیم دید که بین فرکانس موج اصلی و منعکسه تفاوتی وجود دارد که با سرعت متحرک متناسب است. انواع زمان های انتقالی شارسنج های فراصوت بر مبنای قاعده ساده سرعت نسبی موج در سیال متحرک نسبت به لوله کار می کنند. در این گونه سیستم ها یک تپ موج به داخل سیال ارسال می شود و با اندازه گیری زمان سپری شده تا دریافت کننده می توان به سرعت سیال پی برد. هر دو تکنیک جابجایی فرکانس و زمان انتقال امروزه در ساخت فلومترهای آلتراسونیک به کار می رود و انتخاب یکی از این دو تکنیک کار دشواری است.
در سیستم مورد پیشنهاد سرعت حرکت سیال به روش مرکبی از اندازه گیری زمان انتقال و میزان جابجایی دوپلر در فرکانس یک موج فراصوت تعیین می گردد. یک مبدل پیزو الکتریک به عنوان فرستنده/گیرنده امواج فراصوت، امواج را با زاویه تعیین شده به درون لوله می تاباند. در طرف دیگر دو مبدل قرار دارند که یکی فرستنده/گیرنده و دیگری فقط گیرنده است (شمای کلی سیستم در دیاگرام بلوکی بخش بعد آمده است). مبدل گیرنده به منظور آشکار سازی جابجایی فرکانسی استفاده می گردد و مبدل فرستنده/گیرنده به منظور آشکارسازی زمان انتقال بکار می رود. در واقع بین دو مبدل فرستنده/گیرنده که در دو طرف لوله قرار می گیرند یک رابطه دو طرفه برقرار می گردد تا زمان انتقال بدست آمده از دو طرف به همراه اختلاف فرکانسی بدست آمده از مبدل گیرنده، برای افزایش دقت محاسبه مورد استفاده قرار گیرند. لازم به ذکر است دیاگرام بلوکی ارائه شده برای سادگی تنها یک مجموعه از مبدل ها را نشان می دهد، در حالیکه به منظور افزایش دقت محاسبات از 3 مجموعه مبدل که هر مجموعه مطابق شرح فوق می باشد در سیستم استفاده می گردد.
طراحی و ساخت فلومتر آلتراسونیک
یکی از نیاز های ضروری در امر تولید فرآورده های نفتی از مرحله استخراج تا انتقال، پالایش و توزیع، آگاهی به میزان نفت یا گاز جابجا شده است. طبیعتا مساله اندازه گیری شار سیال عبور کننده از لوله ها در این زمینه اهمیت بسزایی دارد. برای سنجش میزان شار عبوری روش های متفاوتی وجود دارند که هر کدام شرایط مخصوص به خود (شامل ویژگی های ماده، درحه حرارت، حداقل و حد اکثر دبی سیال) را دارا می باشند. با توجه به اینکه شرکت ملی گاز و شرکت ملی نفت ایران یکی از بزرگترین مصرف کننده های فلومترها (شارسنج ها) می باشند که هر ساله هزینه ارزی بسیار زیادی را صرف خرید و نصب این تجهیزات می نماید، لذا این پیشنهاد به منظور بومی سازی دانش فنی ساخت شارسنج های آلتراسونیک با تکیه بر دانش فنی موجود در زمینه ساخت انواع سیستم های نظامی و صنعتی مدرن آلتراسونیکی ارائه می گردد. سرمایه گذاری بر روی موضوع فوق علاوه بر جلوگیری از خروج ارز از کشور، سود قابل توجهی را در مرحله تولید این سیستم عاید کشور می گرداند .