I. หลักการวัด
ตัวแปลงสัญญาณอัลตราโซนิกทำจาก วัสดุเซรามิกแบบเพียโซอิเล็กทริก. การวัดค่าเกิดขึ้นผ่านกระบวนการแปลง เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล และจากนั้นเปลี่ยนกลับเป็นพลังงานไฟฟ้า, โดยพิจารณาจากเวลาที่จำเป็นสำหรับการแปลงนี้.
กล่าวอีกนัยหนึ่ง หลักการทำงานของตัวแปลงสัญญาณอัลตราโซนิกคือ ส่งคลื่นอัลตราโซนิกและรับสัญญาณสะท้อนกลับ. โดยการวัดความแตกต่างของเวลาอย่างแม่นยำ t ระหว่างการส่งคลื่นอัลตราโซนิกและการรับสัญญาณสะท้อน และนำสิ่งนี้มาผสมผสานกับ การชดเชยความเร็วเสียง (C) โดยอิงจากอุณหภูมิรอบตัว ระยะการวัดจะถูกคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้:
D = C × t / 2
II. ปัญหาที่พบในการนำไปใช้ในทางปฏิบัติ
| ปัญหา | ปรากฏการณ์และสาเหตุ | วิธีแก้ปัญหา |
| สภาพแวดล้อม Steam | ปรากฏการณ์: ระดับของเหลวมักไม่ถูกตรวจพบ. สาเหตุ: ในสภาพแวดล้อมที่มีไอน้ำ ความต้านทานทางเสียงของตัวกลางมีค่าสูง และเกิดการหักเหและการสะท้อน ซึ่งส่งผลให้คลื่นอัลตราโซนิกถูกดูดซับอย่างรุนแรง. | ●ใช้ เซ็นเซอร์วัดระดับด้วยคลื่นอัลตราโซนิกแบบไม่รุกล้ำ (ติดตั้งภายนอก) วัดจากด้านล่างและหลีกเลี่ยงส่วนที่มีไอน้ำ. ●เปลี่ยนเป็น เซ็นเซอร์ป้องกันการควบแน่นระยะไกล, เพิ่มกำลังส่งเพื่อให้สามารถตรวจจับสัญญาณสะท้อนได้. ●ใช้ เครื่องวัดระดับแบบจุ่ม (แบบวัดความดัน) เพื่อวัดระดับของเหลว. |
| สภาพแวดล้อมที่มีฝุ่น (โดยทั่วไปเป็นวัสดุแข็ง) | ปรากฏการณ์: ไม่สามารถตรวจจับระดับได้. สาเหตุ: ฝุ่นดูดซับคลื่นอัลตราโซนิก และเมื่อเวลาผ่านไป ฝุ่นจะสะสมตัวบนพื้นผิวของเซ็นเซอร์. | ● เปลี่ยนเป็น เซ็นเซอร์ระยะไกล และดำเนินการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ. ●ติดตั้ง ระบบระบายอากาศ เพื่อสร้างพื้นที่ที่ไม่มีฝุ่น. ●ใช้ ระดับเรดาร์, ซึ่งแทบไม่ได้รับผลกระทบจากฝุ่นและอนุภาคที่ลอยอยู่ในอากาศ. |
| ฟองบนผิวของของเหลว | ปรากฏการณ์: ระดับที่วัดได้จะสอดคล้องกับผิวของฟองแทนที่จะเป็นระดับของของเหลวจริง มิฉะนั้นจะไม่สามารถตรวจวัดระดับได้. สาเหตุ: โฟมประกอบด้วยฟองอากาศจำนวนมากที่มีขนาดต่างกัน เมื่อคลื่นอัลตราโซนิกเข้าสู่ชั้นโฟม จะเกิดการสะท้อนแบบแพร่กระจายและการหักเหอย่างต่อเนื่องที่ผิวสัมผัสระหว่างก๊าซกับของเหลว. | ●ใช้ เซ็นเซอร์วัดระดับด้วยคลื่นอัลตราโซนิกแบบไม่รุกล้ำ วัดจากด้านล่างเพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบจากฟอง. ●ใช้ เครื่องส่งสัญญาณระดับแบบความจุ, ซึ่งวัดค่าความจุไฟฟ้าที่เกิดจากของเหลวโดยตรง และไม่ได้รับผลกระทบจากฟอง. ●ใช้ เครื่องวัดระดับแบบจุ่ม (แบบวัดความดัน) เพื่อวัดระดับของเหลว. |
| สภาพที่วุ่นวาย | ปรากฏการณ์: ค่าการวัดไม่ถูกต้อง หรือไม่สามารถตรวจวัดระดับได้. สาเหตุ: ความผันผวนรุนแรงของผิวน้ำและมุมเอียงของผิวน้ำทำให้เส้นทางของสัญญาณสะท้อนเปลี่ยนไป ซึ่งทำให้ความยาวของเส้นทางเพิ่มขึ้นและทำให้ความแรงของสัญญาณลดลง. | ●ใช้ เครื่องส่งสัญญาณระดับแบบความจุ, ซึ่งไม่ได้รับผลกระทบจากความผันผวนของผิวน้ำหรือความเอียง. ●ใช้ เครื่องวัดระดับแบบจุ่ม (แบบวัดความดัน) เพื่อวัดระดับของเหลว. |
| การตรวจสอบการสัมผัสกับโลหะ | ปรากฏการณ์: ค่าการวัดไม่ถูกต้อง. สาเหตุ: คลื่นอัลตราโซนิกที่ปล่อยออกมาจากหัววัดจะเกิดการสะท้อนอย่างรุนแรงเมื่อสัมผัสกับโลหะ และการสั่นสะเทือนของโลหะจะยังคงรบกวนการวัดอยู่. | ● อย่าติดตั้งเซ็นเซอร์โดยตรงบนโลหะ; ให้ใช้ อะแดปเตอร์หรือตัวยึดพลาสติก. ●หากต้องติดตั้งบนโลหะ ให้เพิ่ม ปะเก็นยางกันสั่นสะเทือน. หากใช้ปะเก็นเพียงชิ้นเดียวไม่เพียงพอ ควรใช้ปะเก็นหลายชิ้น. |
III. แนวคิดเกี่ยวกับมุมลำแสง
เดอะ มุมลำแสง ของคลื่นอัลตราโซนิก หมายถึง มุมรวมของพื้นที่รูปกรวย ที่พลังงานอัลตราโซนิกจะรวมตัวกันเป็นหลักระหว่างการแพร่กระจาย.
นี่คือ พารามิเตอร์หลัก ของอุปกรณ์วัดระดับด้วยคลื่นอัลตราโซนิกและอุปกรณ์วัดระดับแบบจุด (หน่วย: องศา °) ซึ่งใช้กำหนดพื้นที่ครอบคลุมของคลื่นอัลตราโซนิก นอกจากนี้ยังเป็นข้อมูลอ้างอิงสำคัญในการหลีกเลี่ยงโครงสร้างโลหะและอุปกรณ์กวนระหว่างการติดตั้ง.
ความสัมพันธ์ระหว่างมุมลำแสงและความถี่:
สำหรับหัววัดที่มีขนาดเท่ากัน, ความถี่ที่สูงขึ้นจะทำให้มุมลำแสงแคบลง.
IV. ช่วงการวัดและพื้นที่ที่กล้องมองไม่เห็น
ช่วงการวัด
ช่วงการวัดหมายถึง ระยะทางสูงสุดที่หัววัดสามารถวัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ. การเกินช่วงการวัดอาจทำให้ไม่มีการวัดหรือผลการวัดไม่ถูกต้อง.
ในการใช้งานจริง โดยทั่วไปแนะนำให้กำหนดช่วงการวัดที่จำเป็นจริงเป็น 10%–20% เกินช่วงค่ามาตรฐานที่ระบุในใบข้อมูลทางเทคนิค.
ช่วงการวัดเกี่ยวข้องกับ กำลังส่งและความไวในการรับสัญญาณ. ยิ่งกำลังส่งสูงและความไวในการรับสัญญาณดีเท่าไร ช่วงการวัดก็ยิ่งยาวขึ้นเท่านั้น โดยทั่วไปแล้ว, หัววัดความถี่ต่ำสามารถให้กำลังส่งที่สูงขึ้นได้, ซึ่งคือเหตุผลที่เครื่องวัดที่มีช่วงการวัดกว้างกว่ามักทำงานที่ความถี่ต่ำลง.
จุดบอด
พื้นที่มืด หมายถึงระยะทางที่อยู่ตรงใต้หัววัด ซึ่งไม่สามารถวัดได้อย่างแม่นยำ การวัดระยะทางที่สั้นกว่าพื้นที่มืด จะทำให้ผลการวัดไม่แม่นยำ หรือการวัดไม่สำเร็จ.
ในการใช้งานจริง โดยทั่วไปแนะนำให้กำหนดพื้นที่อับสัญญาณที่จำเป็นจริงเป็น 10%–20% มีขนาดเล็กกว่าพื้นที่มืดที่ระบุในใบข้อมูลทางเทคนิค.
สาระสำคัญของจุดบอดคือ การสั่นสะเทือนที่เหลือของเซรามิกเพียโซอิเล็กทริก. หากวัตถุที่วัดอยู่ใกล้หัววัดเกินไป เซนเซอร์จะไม่สามารถแยกแยะระหว่างคลื่นที่ส่งออกไปกับคลื่นสะท้อนที่กลับมาได้ ซึ่งทำให้การวัดไม่สำเร็จ.
โดยทั่วไปแล้ว, หัววัดความถี่สูงมีกำลังส่งต่ำลงและลดการสั่นสะเทือนที่เหลือ, ซึ่งทำให้พื้นที่ที่มองไม่เห็นลดลง นี่คือเหตุผลที่ ช่วงการวัดและพื้นที่มืดของเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกมีความสัมพันธ์กันเสมอ.
V. ความถี่อัลตราโซนิก
ความถี่อัลตราโซนิกของเซ็นเซอร์วัดระดับหรือเซ็นเซอร์วัดระดับจุด หมายถึงการสั่นสะเทือนทางกล ความถี่ของคลื่นอัลตราโซนิกที่ปล่อยออกมาจากหัววัด ซึ่งวัดเป็นกิโลเฮิรตซ์ (kHz).
หัววัดอัลตราโซนิกของ KACISE ส่วนใหญ่ทำงานในช่วงความถี่ 30–200 kHz ครอบคลุมช่วงการวัดตั้งแต่ 15 เมตร ถึง 1 เมตร โดยมีพื้นที่ที่ตรวจวัดไม่ได้ตั้งแต่ 0.6 เมตร ถึง 0.1 เมตร.
ความสัมพันธ์ระหว่างความถี่อัลตราโซนิกและความแม่นยำ
คลื่นอัลตราโซนิกที่มีความถี่สูงมีความยาวคลื่นสั้นกว่า ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจจับความเปลี่ยนแปลงเล็กๆ บนพื้นผิวที่สะท้อนได้ดีขึ้น ส่งผลให้ความละเอียดและความแม่นยำสัมบูรณ์สูงขึ้น.
คลื่นอัลตราโซนิกที่มีความถี่ต่ำมีความยาวคลื่นที่ยาวกว่า ความละเอียดที่ต่ำกว่า และความแม่นยำสัมบูรณ์ที่ต่ำกว่าอย่างสัมพัทธ์.
ความแม่นยำแบบสัมบูรณ์ หมายถึง ความแตกต่างแบบสัมบูรณ์ระหว่างค่าจริงกับค่าที่วัดได้ ในเอกสารข้อมูลทางเทคนิค ความแม่นยำมักถูกแสดงเป็นร้อยละของช่วงวัดเต็ม (FS).
