مقدمه ای بر دیاپازون
همانطور که می دانیم نوسانات دیاپازون و آونگ نسبت به دیگر نوسانات از اهمیت خاصی برخوردار هستند.در این میان چنگال های مرتعش یا دیاپازون از پرکاربردترین و مناسب ترین لول سوئیچ های مورد استفاده در انواع مخازن جامد و مایع در صنایع غذایی،نفت،گاز،پتروشیمی و ... می باشد که در این مقاله به آن می پردازیم.
همانطور که در تصویر مقابل مشاهده می کنید،دیاپازون مشابه میلهای است که از وسط خم شده و یک طرف آن آزاد و طرف دیگر از وسط به یک پایه مشترک کوپل شده است. البته پایه مشترک در اینجا همان دسته دیاپازون است.
مشخصات فیزیکی دیاپازون
جنس دیاپازون: دیاپازون ها از فلزات سخت (چِگال) شکل گرفتهاند که در اثر ضربه مکانیکی به یکی از شاخههای آن از خود ارتعاش صوتی ایجاد می کند.
گستره طول موجی دیاپازون: چون بیشتر فیزیک امواج گسیلی دیاپازون ها در ناحیه صوتی انجام میگیرد،بنابراین گستره طول موجی دیاپازون ها به ناحیه صوتی و شنوایی انسان محدود شده و در زمان ارتعاش توسط انسان قابل شنیدن است.
شدت صوت دیاپازون: دیاپازون ها بر حسب جنس،قدرت ضربهای که به آنها وارد میشود و فرکانس صوتی که تولید میکند دارای شدت های متفاوتی هستند که عمدتا درمحدوده شنوایی انسان قرار میگیرند.
مکانیزم دیاپازون
اگر ضربهای به یکی از شاخههای دیاپازون وارد شود بدلیل کوپل بودن انتهای شاخک ها، دیاپازون بصورت یک لوله صوتی بسته عمل میکند و فیزیک امواج در رفت و برگشت به صورت امواج ساکن ظاهر شده که در حالت تشدید نوسانات،صدای صوت آنـرا می شنویم.
اهمیت دیاپازون
اهمیت دیاپازون در دو مورد مشهود است.
1-ارتعاشات آن مشابه یک موجی سینوسی است و اصطلاحا به آن صدای خالص گفته می شود.
2- فرکانس آن همیشه ثابت میماند.
از این دو اصل برای ساخت لول سوئیچ های دیاپازونی استفاده شده است.اگر ارتعاشات دیاپازون بوسیله قطعات الکترونیک پایا شود می توان در کنترل مدارهای الکتریکی مورد استفاده قرار داد.
برای اینکه ارتعاشات دیاپازون پایدار بماند آن را به وسایل الکتریکی به ارتعاش دائم وادار میکنند. اساس این کار مانند اساس کار زنگ اخبار الکتریکی است.منشا حرکت رفت وبرگشتی شاخههای دیاپازون از تحریک شدن یک عنصر پیزوالکتریک مانند کوارتز یا نمک راشل ( Rochelle salt) قرار گرفته در بین دو شاخه دیاپازون می باشد که باعث شده شاخهها بطور متناوب جذب یا رها شوند.
اساس کار لول سوئیچ های رایج در صنعت
می دانیم که کریستال های پیزو الکتریک در اثر ضربه مکانیکی تولید ولتاژ می کند.این قضیه نیز در حالت عکس هم صادق
است.یعنی در اثر اعمال ولتاژ،کریستال شروع به نوسان می کند.
همانطور که در بخش های قبلی بیان گردید تعدادی عنصر پیزوالکتریک در میان شاخک های دیاپازون قرار گرفته است.برای ایجاد نوسان پایا به تعدادی
از آن ها ولتاژ اعمال شده که با فرکانس مشخصی در حدود 50 تا 100 هرتز شروع به ارتعاش می کنند و تعدادی دیگر از پیزوالکتریک ها،از ولتاژ ایجاد
شده درآن ها در اثر ضربات مکانیکی،به عنوان فیدبک مورد استفاده قرار می گیرند.
هر زمان تغذیه ترانسمیتر اعمال شود،شاخک ها شروع به نوسان می کنند.حال هر زمان که سطح سیال با چنگال ها در تماس کامل قرار گیرد باعث می
شود که فرکانس آنها دمپ شده و لرزش متوقف شود.توقف شدن لرزش باعث ایجاد یک اختلاف فرکانس میان پیزوالکتریک های لرزاننده و پیزوالکتریک
های فیدبک می شود.با استفاده از این اختلاف فرکانس می توان در طبقات بعدی مدار به یک رله فرمان قطع یا وصل ارسال کرد.
تکنولوژی TOF یا زمان پرواز
تکنولوژی TOF یا Time-Of-Flight بر اساس محاسبه اختلاف زمان بین یک پالس اولتراسونیک ارسال شده و یک پالس اولتراسونیک برگشته داده شده از سطح،کار می کند.از این تکنولوژی با عنوان Transit Time نیز یاد می شود.
کاربرد روش TOF
♦ در فلومترهای آلتراسونیک برای اندازه گیری دبی سیالات تمیز و بدون حباب
♦ در اندازه گیری سطح مخازن روباز،بدون توربلانسی،کف و گرد و غبار
از روش TOF و همچنین
اساس کار ترانسمیترهای سطح آلتراسونیک
سیگنال های پالس آلتراسونیک از سمت فرستنده که عمدتا یک کریستال پیزو الکتریک می باشد ارسال می شوند و پس از برخورد با سطح
سیال،منعکس یا اصطلاحا اکو شده و به سمت فرستنده باز می گردند.ترانسمیتر یا همان فرستنده با محاسبه اختلاف زمان بین امواج ارسالی و امواج
دریافتی و همچنین با داشتن سرعت صوت در هوا و ارتفاع مخزن،فاصله تا سطح سیال را محاسبه می کند.با اندازه گیری اختلاف زمان متغیرهایی
مانند سطح سیال،حجم سیال موجود در مخزن و دبی حجمی عبوری در کانال های باز را می توان بدست آورد.
بدلیل حذف اثرات دما و برای افزایش دقت در بعضی از مدل ها از جبران ساز خودکار دما نیز استفاده می شود.این جبران ساز به صورت پیوسته دمای
اطراف ترانسمیتر را اندازه گیری کرده و سرعت صوت در هوا را با توجه به جدول Look Up تخمین می زند.
به عنوان مثال در سری 3100 روزمونت،مدل های 3102 و 3105 مجهز به ترمینال اتصال سنسور دما می باشند.
ترمال مس فلومتر جریان جرم گازها و مایعات را مستقیماً اندازه گیری می کنند. اندازه گیری های حجمی تحت تأثیر تمام شرایط محیط و فرآیند است که بر حجم واحد تأثیر
می گذارد و یا به طور غیرمستقیم بر افت فشار تأثیر می گذارد ، در حالی که اندازه گیری جریان جرم تحت تأثیر تغییرات ویسکوزیته ، چگالی ، دما یا فشار قرار نمی گیرد.
ترمال مس فلومتر ها اغلب در نظارت یا کنترل فرآیندهای مربوط به جرم مانند واکنش های شیمیایی که به جرم نسبی مواد غیر واکنشی بستگی دارد ، استفاده می شوند.
در تشخیص جریان جرمی بخارات و گازهای قابل فشردگی ، اندازه گیری تحت تأثیر تغییرات فشار و / یا دما تأثیر ندارد.
یکی از قابلیت های فلومتر های ترمال مس ، اندازه گیری دقیق دبی های گاز کم یا سرعت کم گاز (کمتر از 25 فوت در دقیقه) است - بسیار کمتر از آنچه با هر دستگاه
دیگری قابل تشخیص است.
ترمال مس فلومتر ها در طرح های فشار بالا و دمای بالا و در مواد مخصوص از جمله شیشه ، Monel® و PFA موجود است. از طرح های عبور از جریان برای اندازه گیری جریان
های کوچک مواد خالص استفاده می شود
ترمال مس فلومتر ها اغلب برای تنظیم جریان های کم گاز استفاده می شوند. آنها یا با وارد کردن مقدار مشخصی از گرما به جریان جاری و اندازه گیری تغییر درجه حرارت
مربوطه و یا با نگهداری یک کاوشگر در دمای ثابت و اندازه گیری انرژی مورد نیاز برای انجام آن کار می کنند. اجزای سازنده جریان ترمال مس فلومتر شامل دو حسگر دما و یک
بخاری برقی بین آنها است. بخاری می تواند به داخل جریان مایع بیرون بیاید
در نسخه حرارت مستقیم ، مقدار گرمایی ثابت (q) است همانطور که سیال فرآیند از طریق لوله جریان می یابد ، ردیاب های دمای مقاومت (RTD)
افزایش دما را اندازه گیری می کنند ، در حالی که مقدار گرمای الکتریکی معرفی شده ثابت نگه داشته می شود.
جریان جرم (متر) بر اساس اختلاف دما اندازه گیری شده (T2 - T1) ، ضریب متر (K) ، سرعت حرارت الکتریکی (q) و گرمای ویژه سیال (CP) محاسبه می شود ، به شرح زیر :
m = Kq / (CP (T2 - T1))
ترمال مس فلومتر t-mass 65I برای اندازه گیری جریان مستقیم جرم گازهای صنعتی و هوای فشرده طراحی شده است. با گردش متوسط 100: 1 می تواند سرعت جریان عملیاتی
و نشت خارج از خط را اندازه گیری کند. موتور گازی یکپارچه به مشتری امکان می دهد تا دستگاه را برای 20 گاز قابل انتخاب آزاد پیکربندی کند. نسخه درج t-mass 65I برای خطوط
لوله بزرگ یا مجاری تهویه مستطیلی مناسب است.
Point level detection
مقدمه ای بر دیاپازون
همانطور که می دانیم نوسانات دیاپازون و آونگ نسبت به دیگر نوسانات از اهمیت خاصی برخوردار هستند.در این میان چنگال های مرتعش یا دیاپازون از پرکاربردترین و مناسب ترین لول سوئیچ های مورد استفاده در انواع مخازن جامد و مایع در صنایع غذایی،نفت،گاز،پتروشیمی و ... می باشد که در این مقاله به آن می پردازیم.
همانطور که در تصویر مقابل مشاهده می کنید،دیاپازون مشابه میلهای است که از وسط خم شده و یک طرف آن آزاد و طرف دیگر از وسط به یک پایه مشترک کوپل شده است. البته پایه مشترک در اینجا همان دسته دیاپازون است.
مشخصات فیزیکی دیاپازون
جنس دیاپازون: دیاپازون ها از فلزات سخت (چِگال) شکل گرفتهاند که در اثر ضربه مکانیکی به یکی از شاخههای آن از خود ارتعاش صوتی ایجاد می کند.
گستره طول موجی دیاپازون: چون بیشتر فیزیک امواج گسیلی دیاپازون ها در ناحیه صوتی انجام میگیرد،بنابراین گستره طول موجی دیاپازون ها به ناحیه صوتی و شنوایی انسان محدود شده و در زمان ارتعاش توسط انسان قابل شنیدن است.
شدت صوت دیاپازون: دیاپازون ها بر حسب جنس،قدرت ضربهای که به آنها وارد میشود و فرکانس صوتی که تولید میکند دارای شدت های متفاوتی هستند که عمدتا درمحدوده شنوایی انسان قرار میگیرند.
مکانیزم دیاپازون
اگر ضربهای به یکی از شاخههای دیاپازون وارد شود بدلیل کوپل بودن انتهای شاخک ها، دیاپازون بصورت یک لوله صوتی بسته عمل میکند و فیزیک امواج در رفت و برگشت به صورت امواج ساکن ظاهر شده که در حالت تشدید نوسانات،صدای صوت آنـرا می شنویم.
اهمیت دیاپازون
اهمیت دیاپازون در دو مورد مشهود است.
1-ارتعاشات آن مشابه یک موجی سینوسی است و اصطلاحا به آن صدای خالص گفته می شود.
2- فرکانس آن همیشه ثابت میماند.
از این دو اصل برای ساخت لول سوئیچ های دیاپازونی استفاده شده است.اگر ارتعاشات دیاپازون بوسیله قطعات الکترونیک پایا شود می توان در کنترل مدارهای الکتریکی مورد استفاده قرار داد.
برای اینکه ارتعاشات دیاپازون پایدار بماند آن را به وسایل الکتریکی به ارتعاش دائم وادار میکنند. اساس این کار مانند اساس کار زنگ اخبار الکتریکی است.منشا حرکت رفت وبرگشتی شاخههای دیاپازون از تحریک شدن یک عنصر پیزوالکتریک مانند کوارتز یا نمک راشل ( Rochelle salt) قرار گرفته در بین دو شاخه دیاپازون می باشد که باعث شده شاخهها بطور متناوب جذب یا رها شوند.
اساس کار لول سوئیچ های رایج در صنعت
می دانیم که کریستال های پیزو الکتریک در اثر ضربه مکانیکی تولید ولتاژ می کند.این قضیه نیز در حالت عکس هم صادق
است.یعنی در اثر اعمال ولتاژ،کریستال شروع به نوسان می کند.
همانطور که در بخش های قبلی بیان گردید تعدادی عنصر پیزوالکتریک در میان شاخک های دیاپازون قرار گرفته است.برای ایجاد نوسان پایا به تعدادی
از آن ها ولتاژ اعمال شده که با فرکانس مشخصی در حدود 50 تا 100 هرتز شروع به ارتعاش می کنند و تعدادی دیگر از پیزوالکتریک ها،از ولتاژ ایجاد
شده درآن ها در اثر ضربات مکانیکی،به عنوان فیدبک مورد استفاده قرار می گیرند.
هر زمان تغذیه ترانسمیتر اعمال شود،شاخک ها شروع به نوسان می کنند.حال هر زمان که سطح سیال با چنگال ها در تماس کامل قرار گیرد باعث می
شود که فرکانس آنها دمپ شده و لرزش متوقف شود.توقف شدن لرزش باعث ایجاد یک اختلاف فرکانس میان پیزوالکتریک های لرزاننده و پیزوالکتریک
های فیدبک می شود.با استفاده از این اختلاف فرکانس می توان در طبقات بعدی مدار به یک رله فرمان قطع یا وصل ارسال کرد.
برخی از ویژگی های لول سوئیچ دیاپازونی
♦ تشخیص نقطه ای سطح مایعات و جامدات
♦ بسیار مناسب برای مایعات و جامدات پودری
♦ مورد استفاده در دما و فشارهای بالا
♦ بعضی از کدها مناسب جهت استفاده در مناطق قابل انفجار(EX)
♦ دارای سیگنال های خروجی متنوع: رله ای،ترانزیستوری(PNP)،فرکانسی(PFM)،نامور،جریانی(8/16 میلی آمپر)،شبکه(پروفیباس)
♦ دارای سایز و کانکشن های مکانیکی متنوع
♦ قابلیت نصب بصورت افقی و عمودی
تکنولوژی TOF یا زمان پرواز
تکنولوژی TOF یا Time-Of-Flight بر اساس محاسبه اختلاف زمان بین یک پالس اولتراسونیک ارسال شده و یک پالس اولتراسونیک برگشته داده شده از سطح،کار می کند.از این تکنولوژی با عنوان Transit Time نیز یاد می شود.
کاربرد روش TOF
♦ در فلومترهای آلتراسونیک برای اندازه گیری دبی سیالات تمیز و بدون حباب
♦ در اندازه گیری سطح مخازن روباز،بدون توربلانسی،کف و گرد و غبار
از روش TOF و همچنین
اساس کار ترانسمیترهای سطح آلتراسونیک
سیگنال های پالس آلتراسونیک از سمت فرستنده که عمدتا یک کریستال پیزو الکتریک می باشد ارسال می شوند و پس از برخورد با سطح
سیال،منعکس یا اصطلاحا اکو شده و به سمت فرستنده باز می گردند.ترانسمیتر یا همان فرستنده با محاسبه اختلاف زمان بین امواج ارسالی و امواج
دریافتی و همچنین با داشتن سرعت صوت در هوا و ارتفاع مخزن،فاصله تا سطح سیال را محاسبه می کند.با اندازه گیری اختلاف زمان متغیرهایی
مانند سطح سیال،حجم سیال موجود در مخزن و دبی حجمی عبوری در کانال های باز را می توان بدست آورد.
بدلیل حذف اثرات دما و برای افزایش دقت در بعضی از مدل ها از جبران ساز خودکار دما نیز استفاده می شود.این جبران ساز به صورت پیوسته دمای
اطراف ترانسمیتر را اندازه گیری کرده و سرعت صوت در هوا را با توجه به جدول Look Up تخمین می زند.
به عنوان مثال در سری 3100 روزمونت،مدل های 3102 و 3105 مجهز به ترمینال اتصال سنسور دما می باشند.