سنسور کنترل سطح نوری و انواع آن

سنسورهای سطح نوری برای اندازه گیری سطح مایعات و جامدات استفاده میشوند. سنسورهای نوری به کار رفته در اندازه گیری های سطح با تکیه بر خواص انتقال، انعکاس و یا انکسار نور در مواد پروسه عمل می کنند. از سنسور های سطح نوری میتوان برای اندازه گیری نقطه ای و با اندازه گیری پیوسته سطح مواد استفاده کرد، همچنین جزء بهترین سنسورهای کنترل سطح در بازار از نظر قیمت و کیفیت می باشد.به سنسورها دستگاه کنترل سطح آب منبع و مخزن هم گفته میشود.

1- اندازه گیری سطح به روش پرتو شکنی

ساده ترین روش استفاده از نور برای آشکارسازی سطح پرتو شکنی و سنجش آن است. اجزای اصلی این سیستم عبارتند از یک منبع نور و یک گیرنده (Photocell) که پرتو نور را دریافت کرده و اندازه گیری می کند. نور در یک مسیر مستقیم حرکت می کنند تا زمانی که توسط سطح مایع مخزن قطع شود. با رسیدن سطح به سنسور نور دریافتی توسط گیرنده کاهش یافته و یا کاملاً قطع می شود. از این رو با سنجش میزان نور دریافتی توسط گیرنده می توان یک دستگاه اندازه گیری نقطه ای سطح را ایجاد کرد.

2- سنسور سطح نوری نوع انکساری

سنسورهای انکساری با تکیه بر اصول اشعه مادون قرمز با تغییر جهت نور مرئی انکسار) در هنگام عبور از میان سطح مشترک بین دو رسانه پایه گذاری شده اند. این سنسورها از شیشه و یا پلاستیک شفاف ساخته شده و انتهایی مخروطی شکل دارند. زمانی که سنسور در فاز بحار قرار دارد بیشتر نور LED به درون منشور منعکس میشود و هنگامی که منشور در داخل مایع غوطه ور شده باشد بیشتر نور به درون مایع شکسته خواهد شد و مقدار نور بازتاییده شده که دریافت میشود افت میکند. بنابراین، کاهش انعکاس نوره تماس با مایع پروسه را نشان می دهد.

3- اندازه گیری سطح به روش انعکاسی

سوئیچ سطح نوری میتواند به صورت تماسی و با غیرتماسی طراحی شده باشد. در نوع غیر تماسی، سنور نوری انعکاسی باریکه ای از نور را به سمت سطح مواد پروسه می تاباند. هنگامی که سطح مواد پروسه بالا آمده و به Set point سوتیچ نزدیک شود. پرتو نور بازتابیده شده توسط فتوسل آشکار می شود. منبع نور (LED) و فتوسل هر دو در پشت یک لنز قرار گرفته اند با تنظیم فتوسل و یا مدار الکتریکی آشکار کننده می توان منشور را برای آشکارسازی اتواصل مختلفی از سطح سواد کالیبره کرد. از سوئیچ های انعکاسی می توان برای اندازه گیری سطوح شفاف نیمه شفاف بازتابنده و مایعات تیره استفاده کرد. همچین از این تکنیک می توان برای اندازه گیری سطح جامدانی همچون فلزات مذاب شیشه مذاب صفحه شیشه ای و هر نوع مواد جامد یا مایعی که دارای سطحی منعکس کننده باشد بهره برد. با استفاده از فتوسل های متعدد یک سنسور میتواند سطوح مختلفی را آشکار کند.

برای سنجش پیوسته سطح به روش انعکاسی مستلزم استفاده از لیزر میباشیم زیرا لیزر تمرکز بیشتری داشته و توانایی زیادی در نفوذ به محیط های گرد و خاکی و بخار آلود از خود نشان می دهد نور لیزر از سطوح اکثر جامدات و مایعات بازتابیده میشود. با اندازه گیری دقیق زمان رفت و برگشت نور توسط مدارات الکتریکی می توان محدوده با فاصله سطح تا منشور را تعیین کرد. هر چند استفاده از لیزرها نیز در کاربردهای صنعتی محدود مانده است. چرا که هزینه آن بالا بوده و نیاز به سرویس و نگهداری به موقع دارد. در بخشهای بعدی به تفصیل در مورد سنسورهای سطح لیزری بحث خواهیم کرد.

4- سنسورهای سطح فیبر نوری

در این سنسورها که با تکیه بر اصول انکسار عمل میکنند از یک کابل فیبر نوری لخت و با شکل استفاده می شود. منبع نور یک پالس از پرتو نور را از طریق کابل فیبر نوری مخابره کرده و یک سنسور مقدار نور برگشتی را اندازه گیری میکند. اگر مایع کابل را پوشانده باشد. سب میشود که نور به بیرون کابل شکسته شود. استفاده از فیبر نوری یک سیستم تأثیر ناپذیر در برابر تداخل امواج الکتریکی را ایجاد می کند، به طوری که در برخی از طراحی ها میتوان دستگاهی ذاتا ایمن (Intrinsically safe) را به دست آورد.

5-سنسور سطح رابط نوری

این سنسورهای سطح را به گونه ای طراحی میکنند که یک LED و یک فتوسل هر کدام در انتهای یک پروب با ارتفاعی یکسان قرار گرفته و به میزان چندین اینچ از یکدیگر فاصله دارند. سنسورهای رابط نوری برای سنجش سطح رسوبات ته نشین شده مایعاتی با مواد حامد معلق و سطح مشترک بین دو مایع استفاده میشوند. این سنسورها کاهش یا تغییر در انتقال نور مادون قرمز ساطع شده از دیود مادون قرمز (LED) را حس میکنند. با انتخاب مناسب مواد ساخت و محل نصب میتوان از این سنسورها برای سنجش سطوح أبي الى (Organic) و مایعات خورنده استفاده کرد.

یکی از رایج ترین و مقرون به صرفه ترین کاربردهای سورهای سطح رابط توری در آشکارسازی سطح مشترک آب و لجن در حوضچه های ته نشینی میباشد. با استفاده از تکنیک های مدولاسیون پالس و یک دیود مادون قرمز قدرتمند میتوان تداخل نور محیط را حذف کرد. به طوری که LED در حداکثر بهره خود عمل می کند و تأثیر تجمع مواد بر روی پروب کمتر می شود.

برای پیدا کردن سطح لحن یک مکانیزم با یک اپراتور به صورت دستی چروب را به پایین مخزن می فرستد تا جایی که سنسور با سطح لحن برخورد کند.یکی از سنسورهای سطح فیبر نوری معمول یک سنسور حلقه ای ساده میباشد.