سنسور سطح برای مانیتور، حفظ و اندازه‌گیری سطح مایعات طراحی شده است
اما سنسورهای سطح نوعی از سنسور هستند که برای مانیتور، حفظ و اندازه‌گیری سطح مایعات طراحی شده‌اند (البته در برخی مواقع می‌توان از این سنسور برای جامدات نیز استفاده کرد.) هنگامی که سطح مایع تشخیص داده شد، سنسور داده مربوط به سطح مایع را تبدیل به یک سیگنال الکتریکی می‌کند. از سنسورهای تشخیص سطح عموما در صنایع اتومبیل‌سازی استفاده می‌شود. با این وجود، در برخی از وسایل خانگی نیز به چشم می‌خورند : مانند یخ ساز یخچال‌ها.
طبقه بندی سنسورهای تشخیص سطح
سنسورهای تشخیص سطح می‌توانند به 2 گروه تقسیم شوند:
- سنسورهای تشخیص سطح پیوسته
- سنسورهای تشخیص سطح گسسته یا نقطه‌ای
سنسورهای تشخیص سطح نقطه‌ای نشان می‌دهند که چه موقع سطح مایع به نقطه‌ی دلخواه رسیده و سنسورهای سطح پیوسته به طور مداوم بالا رفتن و پایین آمدن سطح مایعات را نشان می‌دهند.
سنسورهایی که برای اندازه‌گیری سطح نقطه‌ای به کار می‌روند، شامل موارد زیر می‌شوند:
خازنی
اپتیکال
هدایتی
لرزشی
سوییچ شناور
سنسورهایی که برای اندازه‌گیری پیوسته سطح به کار می روند عبارتند از:
اولتراسونیک
رادار (مایکروویو)
در مورد اینکه این سنسورها چگونه کار می‌کنند و با توجه به تکنولوژی‌شان برای کدام صنایع و دستگاه‌ها کاربرد بیشتری دارند صحبت خواهیم کرد. در ضمن در مورد محدودیت های این سنسورها نیز توضیح می‌دهیم.
سنسور تشخیص سطح نقطه‌ای
1. سنسورهای تشخیص سطح خازنی (Capacitance Level Sensors)
یک سنسور تشخیص سطح خازنی در اصل یک سنسور مجاورت می‌باشد که دارای یک میدان الکتریکی است و سطوح را با استفاده از این میدان تشخیص می‌دهند. ویژگی های این سنسور شامل موارد زیر می باشد:
- کوچک هستند
- نسبت به دیگر سنسورها ارزان قیمت‌تر هستند
- می توانند به برخی اجسام نفوذ کنند
- دقت بالایی دارند
- دارای قسمت های متحرک زیادی نیستند
در هر صورت این سنسورها باید برای علمکرد درست کالیبره شوند و تنها مایعات خاصی را تشخیص می‌دهند.
سنسورهای خازنی می‌توانند در مخازنی که مایعات را ذخیره می‌کنند؛ مورد استفاده قرار بگیرند. از آن سنسورها غالبا در سایت‌های تصفیه آب که دارای مخازن بزرگ هستند استفاده می‌شود.
2. سنسورهای تشخیص سطح نوری (optical Level Sensors)
این سنسورها اشعه نور را تبدیل به سیگنال‌های الکتریکی می‌کنند. این سنسورها :
- دارای بخش‌های متحرک نیستند
- فشار یا دما در اندازه‌گیری این سنسورها خللی ایجاد نمی‌کند
- کوچک هستند
- از آنها می‌توان برای اندازه‌گیری سطح مایعات استفاده نمود
با این وجود اگر لنز کثیف شود، سنسور در اندازه‌گیری اشتباه خواهد کرد. بنابراین ضروری است که لنز دائما تمیز شود.
از این سنسورها برای مایعات با سطوح کم عمق استفاده می‌شود تا از خشک شدن کامل مایع (روغن، مایع سیستم هیدرولیک یا خنک کننده) جلوگیری شود.
3. سنسور تشخیص سطح مقاومتی ( Conductivity (Resistance) Level Sensor)
این سنسورها از یک پراب (probe) برای خواندن مقدار هدایت الکتریکی استفاده می‌کنند. این پراب دارای 2 جفت الکترود می‌باشد که جریان متناوب از آن عبور می‌کند.
هنگامی که یک مایع پراب را می‌پوشاند، الکترودها به صورت بخشی از یک مدار الکتریکی می شوند که جریان از آن عبور می کند و منطق (سطح بالا یا سطح پایین مشخص خواهد شد.)
مزایای استفاده از سنسورهای هدایتی شامل موارد زیر می شود:
- این سنسورها دارای قسمت های متحرک نیستند
- ارزان قیمت هستند
- استفاده از آن ها راحت می باشد
معایب این سنسورها شامل:
- تهاجمی بودن ( باید به داخل ماده‌ای که قرار است آن را اندازه‌گیری کنند نفوذ کنند.)
- قابل استفاده تنها برای مایعات هادی
- فرسایش به مرور پراب
با استفاده از این سنسورها می‌توان سیگنال‌های الکتریکی را از طریق مایعات انتقال داد.
4. سنسور تشخیص سطح ارتعاشی (Vibrating (tuning fork) Level Sensor)
یک سنسور ارتعاشی نوع دیگری از سنسورهای تعیین سطح می‌باشد. این سنسورها از یک المان حسگر که شبیه به چنگال دو شاخ است استفاده می‌کنند. شاخه‌های چنگال در فرکانس رزونانس به ارتعاش درمی‌آید و در صورتی که سطح مایع تغییر کند، فرکانس ارتعاش شاخه‌های چنگال نیز تغییر می‌کند. ویژگی‌های این نوع سنسورها شامل موارد زیر می‌باشد:
- ارزان قیمت هستند و جای کمی را اشغال می‌کنند
- تهاجمی هستند
- به راحتی قابل نصب هستند
- نیار به نگهداری ندارند
البته این سنسورها کاربردهای محدودی دارند (چرا که قادر به تشخیص تمام مواد نیستند.) در صنایع غذایی، تولید نوشیدنی، معدن و پردازش مواد شیمیایی از این سنسورها استفاده می‌شود.
5. سنسورهای شناور (Float Sensors)
سنسورهای شناور از قطعه‌ای استفاده می‌کنند که متناسب با جابه جایی محصول بالا یا پایین می‌آیدو بالا و پایین آمدن قطعه باعث باز یا بسته شدن یک مدار الکتریکی می‌شود. مزایای این سوییچ در زیر ذکر شده‌اند:
- نشانگرهایی مستقیم هستند.
- ارزان قیمت می باشند.
نقاط ضعف این سنسور شامل موارد زیر می باشد.:
- تهاجمی بودن
- داشتن قطعات متحرک
- ابعاد بزرگ
سنسورهای شناور تنها دو حالت بالا یا پایین دارند و نمی‌توانند سطوح متغیر را اندازه‌گیری کنند. بزرگ‌ترین کاربرد سنسورهای شناور در مخازن ذخیره مایعات است.
سنسور تشخیص سطح پیوسته
1. سنسور تشخیص سطح اولتراسونیک (Ultrasonic Level Sensor)
سنسورهای اولتراسونیک، امواج فراصوت را ارسال و دریافت می‌کنند و زمانی که طول می کشد امواج به گیرنده اصابت کند، فاصله را نشان می‌دهد. مزایای استفاده از این سنسورها شامل موارد زیر می باشد:
- دارای قطعات متحرک نمی باشند
- قابل اعتماد هستند
- ساختاری فشرده دارند و فضای کمی را اشغال می کنند
- غیر تهاجمی هستند ( برای اندازه‌گیری لزومی ندارد با ماده مورد نظر تماس فیزیکی داشته باشند یا به آن نفوذ کنند)
- تحت تاثیر خواص مواد مورد اندازه‌گیری شان نیستند
نقاط ضعف این سنسورها شامل موارد زیر است:
- گران قیمت هستند
- در برخی شرایط، تحت تاثیرات مخرب محیط می باشد
در سایت‌های ساخت بلوک‌های سقفی، سنسور اولتراسوند در بالای تانک آسفالت داغ قرار می‌گیرد و بدون اینکه با آسفالت داغ تماس برقرار کند، می‌تواند سطح آن را احساس کند و اگر سطح از مقدار مورد نظر پایین تر آمده باشد، دستور پرشدن تانک ارسال می‌شود.
2. سنسور تشخیص سطح رادار (Radar Level Sensor)
سنسورهای رادار یا مایکروویو نیز از دسته سنسورهای تعیین سطح پیوسته می‌باشند. این سنسورها امواج مایکروویو را از طریق آنتن ارسال می‌کنند و گیرنده سنسور بازتاب امواج مایکروویو را به آنتن احساس می‌کند و با محاسبه مدت زمان ارسال و دریافت سیگنال، سطح ماده را تشخیص می‌دهد.
مزایا:
- این نوع سنسور تحت تاثیر دما، فشار یا گرد و غبار نیست
- می تواند سطح مایعات، مواد خمیری و پودری و جامدات را تشخیص دهد
- دقت بالایی دارد و نیاز به کالیبراسیون نخواهد داشت
- غیر تهاجمی می‌باشد
از این سنسور همانند سنسور اولتراسوند، می‌توان در سایت‌های ساخت بلوک‌های سقفی استفاده کرد. به طور کلی سنسورهای راداری و اولتراسوند برای تشخیص سطح مایعات یا نیمه جامدات فوق العاده داغ گزینه‌های مناسبی هستند.
