توضيح جهاز قياس المستوى باستخدام رادار الموجات المُوجَّهة: الميزات، التركيب، التوصيلات الكهربائية، وتحديد النموذج المناسب

أولاً: ما هو جهاز قياس مستوى باستخدام رادار الموجات المُوجَّهة؟

تُستخدم مقياس مستوى بنظام رادار الموجات المُوجَّهة عمودًا استشعاريًا أو كابلًا فولاذيًا لتوجيه الموجات الكهرومغناطيسية نحو الوسط المرجّح؛ وعند وصول إشارة الرادار إلى سطح هذا الوسط، يُعكَّر جزء من الإشارة ويعود إلى الجهاز عبر عمود الاستشعار أو الكابل.

يُحسب الجهاز المسافة بين نقطة المرجع الخاصة بالمستشعر وسطح الوسط بناءً على الإشارة المُستردَة، ثم يحوّل هذه المسافة إلى مستوى السائل الفعلي.

مقارنةً برادار الفضاء الحر التقليدي، يُرسل رادار الموجات الموجهة معظم إشارته على طول قضيب أو كابل الاستكشاف، مما يُركّز طاقة الإشارة.

ومع ذلك، فإن هذا التصميم يستدعي أيضًا أخذ العوامل التالية بعين الاعتبار بعناية أثناء عملية الاختيار والتركيب:

• طول قضيب أو كابل الاستكشاف؛

• ارتفاع المركب؛

• مساحة التركيب؛

• طريقة تثبيت المجس؛

• ما إذا كان هناك تحريك؛

• ما إذا كان الوسط عُرضة للالتصاق؛

• ما إذا كانت هناك عوائق حول المجس؛

II. ما هي خصائص أجهزة قياس مستوى باستخدام رادار الموجات الموجهة؟

1. مناسبة للخزانات الصغيرة لتخزين المواد

يتطلب رادار الفضاء الحر التقليدي مساحة معينة لانتشار الموجة.

في الخزانات الصغيرة أو المنشآت ذات المساحة المحدودة، قد تتأثر موجات الرادار بجدران الخزان أو بالهياكل الداخلية.

وبما أن رادار الموجات الموجهة يُوجّه الإشارة عبر قضيب استشعار أو كابل، فإنه يمكنه توفير ظروف قياس مُواتية في بعض الخزانات الصغيرة لتخزين المواد.

2. القياس المستقر في ظل تقلبات كبيرة في سطح السائل –

إذا كانت هناك عملية تحريك أو تقلبات في سطح السائل داخل المعدة، فإن استخدام قضيب أو كابل مثبت بشكل صحيح يمكن أن يوفر مسار انتشار مستقر نسبيًا للإشارة الرادارية.

بالنسبة إلى الكابلات الطويلة أو التطبيقات التي تشهد اضطرابات قوية في السائل، يمكن تقييم تثبيت القاع وفقًا لمتطلبات تركيب الجهاز.

3.مزايا بعض الوسائط ذات ثابت عازل منخفض:

يجب أن تنتقل إشارات رادار الفضاء الحر من الهوائي إلى سطح الوسائط، ثم تُولِّد انعكاسًا فعّالًا؛

عندما تمتلك الوسائط خصائص انعكاس ضعيفة، قد ينخفض إشارة الانعكاس؛

وبما أن نظام رادار الموجة الموجه يُركّز الطاقة الكهرومغناطيسية على طول قضيب أو كابل الاستشعار، فإنه يمكنه توفير إشارة أكثر استقرارًا في بعض الوسائط ذات ثابت عازل منخفض.

لكن ذلك لا يعني أن رادار الموجات الموجهة غير متأثر تماماً بثابت العزل. يجب التحقق من النطاق الفعلي القابل للتطبيق في مواصفات الطراز المحدد.

III. ما هي قيود أجهزة قياس المستوى باستخدام رادار الموجات الموجهة؟

ليست رادار الموجات المُوجَّهة بالضرورة أفضل من رادار الفضاء الحر في كل مشروع لقياس مستوى السوائل.

من بين القيود الواضحة:

يجب أن تتوافق طول قضيب أو كابل الاستشعار مع طول المعدن الفعلي؛

تؤدي قضبان أو كابلات الاستشعار الأطول إلى:

• صعوبة في النقل؛

• صعوبة في التركيب؛

• صعوبة في الصيانة؛

• متطلبات التثبيت الميكانيكي.

يُحدد طول قضيب أو كابل المُسحّر عمومًا وفقًا للظروف التشغيلية المحددة؛ وبالتالي، قد لا تكون أجهزة المسحّر المستخدمة في مشاريع مختلفة قابلة للتبادل بشكل إلزامي.

علاوة على ذلك، يُقيَّد نطاق القياس في رادار الموجات المُوجَّهة أيضًا ببنية جهاز المسحّر وظروف التركيب الميكانيكي.

بالمقارنة، لا يتطلب رادار الفضاء الحر استخدام مجس بطول كامل للانسحاب إلى داخل السفينة، وقد يكون أكثر ملاءمة لبعض مشاريع القياس على مسافات طويلة.

يجب تحديد المدى القصوى للقياس بناءً على ورقة البيانات الخاصة بالنموذج المقابل.

IV. ما الذي يجب أخذه في الاعتبار عند تركيب جهاز قياس مستوى باستخدام رادار الموجات الموجهة؟

1.افصل مصدر الطاقة قبل إزالة أو تركيب الجهاز

قبل استبدال جهاز قياس المستوى الحالي أو إجراء أعمال توصيل الكابلات، افصل مصدر طاقة الجهاز وتعامل مع كابلات الإشارة وفقًا لمتطلبات السلامة الكهربائية المعمول بها في الموقع.

بعد التركيب، تأكد من صحة توصيلات الكابلات قبل إعادة تزويد الطاقة.

2.تجنب مناطق دخول المياه:

لا ينبغي تركيب رادار الموجات الموجهة مباشرة عند مداخل مياه الصرف الصحي، أو مداخل تغذية المواد، أو في المواقع التي تتعرض لصدمات سائلة قوية.

قد يؤدي السائل الوارد إلى تذبذب الكابل، كما يمكن أن يُحدث تقلبات سطحية كبيرة تؤثر على عملية القياس.

3.تجنب التلامس بين الكابل والهياكل المحيطة

يجب وضع كابل الموجات الموجهة في موضع مناسب، وتجنب التلامس المباشر مع ما يلي:

• جدران المسبح؛

• جدران الخزانات؛

• الحوامل الوقائية؛

• الأنابيب؛

• الدعامات؛

• الهياكل المعدنية الأخرى.

يمكن أن يؤدي التلامس بين الكابل والهياكل المعدنية المحيطة إلى ظهور انعكاسات إضافية، وكذلك إلى حدوث تآكل ميكانيكي.

V.كيف ينبغي التعامل مع العزل المائي في تركيبات رادار الموجات المرجعية الخارجية؟

بالنسبة للتركيبات الخارجية، يجب إيلاء اهتمام خاص لمرور كابل الجهاز.

أثناء التركيب:

• تُثبّت غمد الكابل بقوة؛

• تُغلق اتصالات القنوات بشكل صحيح؛

• الحفاظ على سلامة الختم في غلاف الجهاز؛

• توفير حلقة تسرب عند نقطة دخول الكابل؛

• التعامل مع غطاء الكابل وفقًا للمتطلبات الكهربائية.

قبل دخول الكابل إلى الجهاز، يمكن ملأه مسبقًا بانحناءه نحو الأسفل بحيث يتسرب ماء الأمطار أو تكثيفه من النقطة الأدنى، مما يقلل من خطر انتقال الماء عبر الكابل إلى داخل الجهاز.

يُعد هذا الإجراء مهمًا بشكل خاص في خزائن مياه الصرف المفتوحة، وخزائن التخزين، وبيئات أخرى ذات رطوبة عالية.

VI.ما الذي يجب أخذه بعين الاعتبار أثناء تركيب كابلات الإشارة وفحص العزل؟

تُجرى بعض مشاريع الهندسة فحصًا للعزل بعد اكتمال تركيب كابلات الإشارة.

على سبيل المثال، قد تُحدد مواصفات مشاريع معينة ما يلي:

• جهد الاختبار: 500 فولت (VDC)؛

• مدة الاختبار: 60 ثانية؛

• مقاومة العزل: ≥ 20 ميغا أوم.

هذه المعلمات تمثل متطلبات هندسية محددة، ولا تُعد معايير عامة لجميع مشاريع أجهزة قياس مستوى باستخدام رادار الموجات المُوجَّهة.

قبل إجراء اختبار العزل، تأكد من أن الأجهزة الإلكترونية الخاصة بالجهاز قد تم فصلها عن دارة الاختبار. يجب إجراء الاختبار وفقًا لدليل استخدام الجهاز ومواصفات الكهربائية الخاصة بالمشروع، لتجنب إتلاف المعدات الإلكترونية بفعل جهد اختبار مفرط.

VII. كيف ينبغي توصيل جهاز قياس مستوى الرادار؟

قد تستخدم طرز مختلفة من أجهزة قياس مستوى الرادار مصادر طاقة من نوع التيار المستمر (DC) أو التيار المتردد (AC).لذلك، قبل إجراء التوصيلات الكهربائية، قم أولاً بالتحقق من:

• لوحة اسم الجهاز؛

• جهد التغذية؛

• نوع مصدر الطاقة؛

• متطلبات الشهادة؛

• تعريفات الطرفات؛

• قطبية الإشارة؛

• الطرف التأريض؛

تُوصي بعض وثائق تركيب المنتجات باستخدام كابل زوج مُعكَّب معزول، بمساحة مقطع مارّة للموصل تتراوح بين 0.5 مم² و2 مم² تقريباً.

يجب تحديد المواصفات الفعلية للكابل أيضًا وفقًا لطريقة تزويد الطاقة، ومسافة الكابل، والمعايير الكهربائية المُطبَّقة في الموقع. تشمل خطوات التوصيل النموذجية لـ

ما يلي:

1. افصل مصدر تغذية الجهاز؛

2. فحص لوحة الاسم ورسمة التوصيلات؛

3. افتح حجرة الطرفات؛

4. أدخل الكابل عبر مدخل الكابل؛

5. اربط الأسلاك وفقًا لعلامات الطرف؛

6. اطبّق تدريع وترسيب الكابل وفقًا للمتطلبات؛

7. تحقق من قيمتي القطبية؛

8. اشدّ غمد الكابل؛

9. أعد تزويد الطاقة بعد التأكد من أن الغلاف مُغلق بشكل صحيح.

يجب أن تستند الأدوات المحددة، وطول إزالة الأسلاك، وطريقة تشغيل الطرفية إلى دليل التركيب الخاص بالنموذج المعني.

VIII. كيف يُختار نموذج جهاز قياس مستوى بالرادار؟تُوفَّر أجهزة قياس المستوى بالرادار من طراز

بتشكيلة من تصاميم الهوائيات والهياكل، بما في ذلك:

• – هوائيات «Horn»؛

• – هوائيات «Parabolic»؛

• – هوائيات «Array»؛

• – هوائيات «Rod»؛

• – هوائيات ذات شكل «Drop»؛

• – هوائيات «Planar»؛

• – تصاميم صحيّة؛

– نماذج مختلفة مُصممة لتناسب ظروف تشغيل مختلفة.

يجب التحقق بدقة من العوامل التالية أثناء عملية الاختيار:

وبالتالي،لا ينبغي اختيار مقياس مستوى رادار بناءً فقط على مدى القياس المطلوب.

IX. ما الذي يجب أخذه في الاعتبار عند شراء مقياس مستوى رادار من طراز 80 GHz؟

80 GHz تُستخدم مقياسات مستوى الرادار هذه عمومًا تقنية الموجة المستمرة المُعدَّلة بتكرار (FMCW).

خلال كل دورة مسح ترددية، يُرسل الجهاز إشارة رادار تُغير ترددها بشكل مستمر.بعد عودة الصدى، يُشكّل هذا الصدى فرقًا تردديًا بالنسبة إلى الإشارة المُرسلة الحالية؛ ويُحسب الجهاز مسافة الهدف بناءً على هذا الفرق الترددي.

قد تُقدِّم مواصفات بعض منتجات 80 GHz ما يلي:

• شعاع ضيق بزاوية تُقدَّر بـ 1°؛ دقة قياس على مستوى المليمتر لـ

• معالجة سريعة للصدى لـ

• عرض منحنى الصدى لـ

• واجهة تشغيل متعددة اللغات لـ

• تطبيقات تشمل الغبار والبخار لـ

ومع ذلك، فإن هذه المعايير خاصة بكل منتج على حدة، ولا ينبغي اعتبارها مواصفات عامة لجميع أجهزة الرادار من طراز 80 GHz.

على سبيل المثال:

• – زاوية شعاع 1°؛

• – دقة قياس 1 مم؛

• – دورة قياس 5 مللي ثانية؛

– جميع هذه المعايير يجب تأكيدها وفقًا لورقة البيانات الخاصة بالنموذج المقابل وتحت ظروف الاختبار المحددة؛

– عند شراء جهاز قياس مستوى بالرادار من طراز 80 GHz، يجب مقارنة المعلمات التالية بعناية:

• – أقصى مدى قياس؛

• – دقة القياس؛

• زاوية الشعاع؛

• — هيكل الهوائي؛

• — درجة حرارة العملية؛

• — ضغط العملية؛

• — ظروف الغبار والبخار؛

• — وصلات التركيب؛

• — طريقة التشغيل؛

— X. ما هو الغرض من معايير أجهزة قياس المستوى بالرادار؟

— تُستخدم المعايير الخاصة بأجهزة قياس المستوى بالرادار بشكل أساسي في تنظيم تصميم المنتجات، وعمليات تصنيعها، واختبارها، وتركيبها، بالإضافة إلى تطبيقاتها في المجالات الصناعية.

بالنسبة إلى المشاريع الهندسية الفعلية، من المهم بشكل خاص التحقق من:

• أي المعايير المطلوبة من قبل المشروع؛

• ما إذا كان المنتج يتوافق مع متطلبات السلامة المقابلة؛

• ما إذا كان يشمل حماية من الانفجار؛

• ما إذا كانت متطلبات حماية البيئة تُطبَّق؛

• ما إذا كانت التركيبات الكهربائية تتوافق مع المعايير المطلوبة؛

• هل تُلبي الشهادات ذات الصلة متطلبات المشروع؟ تُعد معايير

أساسًا مهمًا لتصميم المشاريع وتطبيق المنتجات، إلا أنها ليست المعيار الوحيد لتقييم أداء الأجهزة.

أسئلة وأجوبة (FAQ)

Q1: ما الفرق الرئيسي بين رادار الموجات الموجهة ورادار التقليدي؟

يُرسل رادار الموجات الموجهة إشارات رادارية عبر عمود استشعار أو كابل فولاذي، في حين يُرسل رادار الفضاء الحر موجات رادارية عبر الفضاء المفتوح داخل السفينة نحو سطح الوسط. وبناءً على ذلك، يختلف نوعا هذين الأجهزة بشكل كبير من حيث بنية التركيب وظروف التشغيل المناسبة.

Q2: هل يُعدّ رادار الموجات الموجهة مناسبًا لقياسات المسافات الطويلة؟

يُقيَّد النطاق الفعلي لقياس رادار الموجات الموجهة بطول قضيب أو كابل الاستشعار، وطريقة التركيب الميكانيكية، والطراز المعياري. عند إجراء قياسات المستوى على مسافات طويلة، يجب مقارنة المواصفات الفعلية لكل من رادار الموجات الموجهة ورادار الفضاء الحر قبل الاختيار.

Q3: هل يتأثر رادار الموجات الموجهة تمامًا بثابت العزل الكهربائي؟

لا.تُركّز بنية الموجة المُوجَّهة طاقة الرادار، ويمكن أن تُقدِّم مزايا لبعض الوسائط ذات ثابت كهربائي منخفض؛ بيد أن خصائص الكهربائية للوسائط لا تزال تؤثر على الصدى المُعاد.

Q4: لماذا لا ينبغي أن يلامس الكابل الفولاذي جدار الخزان؟

قد يؤدي التلامس بين الكابل الفولاذي وجدار الخزان إلى ظهور انعكاسات إضافية، كما يمكن أن يُسهم الاحتكاك على المدى الطويل في حدوث تآكل ميكانيكي ويؤثر على استقرار القياس.

Q5: هل يُقدِّم كل جهاز قياس مستوى بالرادار من طراز 80 GHz دقة تبلغ 1 مم؟

لا. تُطبَّق مواصفة الدقة البالغة 1 مم فقط على بعض الطرازات ضمن ظروف معيّنة؛ ويجب التحقق من الدقة الفعلية وفقًا للمنتج وظروف التطبيق الخاصة.

Q6: هل يُعتبر جهاز رادار الموجات المُوجَّهة خاليًا من الحاجة إلى صيانة؟

لا ينبغي اعتباره خاليًا تمامًا من الصيانة؛ فبالنسبة للوسائط اللزجة أو البلورية أو تلك التي تلتصق بسهولة، يجب مراجعة حالة قضيب المُسحّر أو الكابل، وحشوة الجهاز، والاتصالات الكهربائية بشكل دوري.

خاتمة:

أجهزة قياس مستوى الرادار بنظام الموجة الموجهة تُوجِّه الإشارات الكهرومغناطيسية على طول قضيب استشعار أو كابل، وهي مناسبة جيدًا لخزانات التخزين الصغيرة، أو عند سطوح السوائل المتقلبة، أو في وسائط ذات ثابت عازل منخفض.

ومع ذلك، يجب تحديد طول قضيب الاستشعار أو الكابل وفقًا لظروف الموقع، حيث أن القضبان الأطول تزيد من صعوبة عملية التركيب والصيانة.

أثناء عملية التثبيت، يجب الانتباه بشكل خاص إلى ما يلي:

موضع المدخل، المسافة الفاصلة بين الكابل وجدار الخزان، التثبيت الميكانيكي، العزل المائي للكابل، الحماية والترسيب، وفحص التوصيلات الكهربائية.

عند اختيار رادار الموجات الموجهة أو رادار الفضاء الحر 80 GHz، يجب أخذ العوامل التالية بعين الاعتبار بشكل شامل:

مدى القياس، الوسط، الخصائص العازلة، الغبار، البخار، الرغوة، اللزوجة، درجة الحرارة، الضغط، ومساحة التركيب.يجب أن تستند الأبعاد المحددة (

ومواصفات الكابلات، وظروف اختبار العزل، ومتغيرات أداء الرادار (80 GHz) إلى ورقة البيانات، وتعليمات التركيب، والمواصفات الفنية للمشروع الخاصة بالجهاز المعني.