سنسورهای ارتفاع

 سنسورهای سنجش ارتفاع مایع در صنایع گوناگون کاربرد وسیعی دارند. این دسته از سنسورها را می توان به صورت زیر تقسیم بندی نمود:
1-    سنسورهای هدایتی و خازنی
2- سنسورهای شناور
3-  گرمایی
4- سنسورهای القایی
5- سنسورهای فتوالکتریک
6- سنسورهای فشاری
7- سنسورهای آلتراسونیک
8- سنسورهای لرزشی
9- سنسورهای وزن

سنسورهای هدایتی و خازنی
این نوع از سنسورها به صورت پیوسته و یا به صورت نقطه ای ارتفاع را اندازه گیری می نمایند. نحوه اندازه گیری آنها بر اساس میزان امپدانس بین دو الکترود در مایع و یا بین یک الکترود و دیواره تانک که هادی الکتریسته است، استوار می باشد. (شکل شماره 1)
 
شکل 1- سنسورهای هدایتی و خازنی
L)= ارتفاع، Z= آمپدانس، 1= تانک، 2= مایع، 3 و 4 = اکترود)

سنسورهای شناور
در این دسته از سنسورها یک قسمت شناور برروی سطح مایع قرار می گیرد. این قسمت شناور به یک کلید مغناطیسی و یا مکانیکی در خارج از مخزن متصل می باشد. با تغییر ارتفاع مایع، سیستم مکانیکی عمل نموده و یک کلید را قطع و یا وصل می کند. دو نوع از این سنسورها در شکل شماره (2) نشان داده شده است. 
 
شکل 2- سنسورهای شناور
(1= تانک، 2= مایع، 3- شناور، 4= مغناطیس، 5= سیم پیچ، 6= کنتاکت، 7= نگهدارنده، 8= تعیین کننده ارتفا
ع)

سنسورهای تبادل گرمایی
این نوع از سنسورها از یک سیستم گرماده که معمولا به صورت سیم می باشد و یک ترموکوپل یا ترمیستور تشکیل شده اند. نحوه عملکرد این سنسور بدین صورت است که قسمتی از المنت در داخل مایع قرار گرفته و قسمتی از آن در خارج از مایع قرار دارد. میزان مقاومت المنت با تغییر حرارت تغییر می کند بنابراین با تغییر ارتفاع مایع و اندازه گیری تغییر مقاومت المنت می توان ارتفاع مایع را اندازه گیری نمود. (شکل شماره 3)
 
شکل 3- سنسورهای تبادل گرمایی
(L= ارتفاع، R= مقاومت، 1= تانک، 2= مایع، 3= مقاومت المنت) 

سنسورهای القایی
این نوع از سنسورها برای فلزات مایع و یا مایعات هادی جریان الکتریسیته به کار برده می شود. در یک نوع از طراحی یک سیم پیچ اطراف یک حلقه ای از مایع قرار می گیرد. اندوکتانس این کویل بر اثر تغییر حرکت مایع در داخل تیوب تغییر می کند. در یک طراحی دیگر، یک هسته دو قسمتی که یک قسمت آن سیم پیچی شده است و قسمت دیگر توسط مایع احاطه شده است، مورد استفاده قرار می گیرد. مقاومت موثر سیم پیچ به طور معکوس به ارتفاع مایع در داخل تیوب وابسته می باشد. (شکل شماره 4)

 
شکل 4- سنسورهای القایی
(A= مبدل ارتفاع مبتنی بر اندوکتانس مختلف، B= مبدل ترانسفورمری، L= ارتفاع، Z= امپدانس، 1= تانک، 2= مایع، 3= کویل، 4= هسته)

سنسورهای فتوالکتریک
این سنسورها بر اساس ارسال و یا بازتاب نور عمل می کنند. در حالت ارسال، یک سیستم که شامل یک منبع نور و یک فتودتکتور می باشد در دو طرف مخزن نصب می شود. این سیستم با اندازه گیری پرتو دریافتی بر اساس قطع شدن و یا تضعیف سیگنال نور عبوری از مایع واکنش نشان می دهد. در حالت بازتابی، یک منشور نصب شده برروی قسمت مقابل تانک، مسیر نور را بازگشت داده و سیگنال برگشتی مورد تحلیل قرار می گیرد. ساختار این گونه از سنسورها به گونه ای است که فرستنده و گیرنده در خارج از محفظه تانک قرار می گیرند. (شکل شماره 5)

 
شکل 5- سنسورهای فتوالکتریک
(A= حالت ارسالی، B= حالت بازتابی، L= ارتفاع، 1= تانک، 2= مایع، 3= منبع نور، 4= فتودکتتور، 5= منشور)

سنسورهای فشاری
در روش در ته مخزن یک سنسور سنجش فشار نصب می گردد. میزان فشاری که این سنسور اندازه گیری می نماید با میزان ارتفاع مایع رابطه مستقیم دارد. (شکل شماره 6)

 
شکل 6- سنسور فشاری
(L= ارتفاع، 1= تانک، 2= مایع، 3= سنسور فشار)

سنسورهای آلتراسونیک
در روش اندازه گیری ارتفاع بر اساس امواج مافوق صوت از چندین تکنیک استفاده می شود. 
a) نوسان کردن یک کوارتز و یا سرامیک، امواج مافوق صوت با دامنه بزرگتری در گاز نسبت به مایع تولید می کند. با سنجش میزان تضعیف دامنه این امواج می توان ارتفاع مایع را اندازه گیری نمود. 
b) در روشی دیگر فرستنده و گیرنده مافوق صوت در ته مخزن نصب می گردند. مدت زمان موج ارسالی و بازتابش شده از سطح مایع و استفاده از یک فرمول ساده ارتفاع مایع را بدست می دهد. 
c) در روش سوم، یک فرستنده و گیرنده در دو سوی مخزن قرار داده می شوند. با تغییر در دامنه موج دریافتی می توان مشخص نمود که مایع به نقطه مورد نظر رسیده است یا نه. (شکل شماره 7)

 
شکل 7- انواع سنسورهای آلتراسونیک
(L= ارتفاع، 1= تانک، 2= مایع، 3= کریستال پیزوالکتریک، 4= مولد پالس، 5= گیرنده پالس)

سنسورهای لرزشی
در سنسورهای لرزشی یک قسمت پارو مانند متحرک وجود دارد که وقتی در داخل مایع فرو می رود میزان ارتعاش آن تغییر می کند. میزان میرایی نوسان این سنسور مشخص می کند که ارتفاع مایع به میزان مشخص رسیده است یا خیر. این میزان نوسان توسط یک مدار الکتریکی اندازه گیری می شود. (شکل شماره 8)

 
شکل 8- سنسورهای لرزشی
(L= ارتفاع، 1= تانک، 2= مایع، 3= قسمت متحرک، 4= کویل تحریک )

سنسورهای وزن
در این روش از یک Load Cell که توسط یک سیستم مکانیکی در کف مخزن نصب می شود برای سنجش وزن مایع استفاده می شود. اگر که وزن تانک و چگالی مایع مشخص باشد، ارتفاع می تواند بر اساس اطلاعات استخراج شده از سنسورها محاسبه گردد. (شکل شماره 9)

 
شکل 9- سنسور وزن
(L= ارتفاع، 1=تانک، 2= مایع، 3= بار، 4= Load Cell)