توضيح جهاز قياس المستوى بالرادار عالي التردد: مبدأ العمل، معايير الاختيار، ومزايا التطبيق

تستخدم أجهزة قياس المستوى بالرادار ذات التردد العالي تردد إرسال يُعرف بـ 26 GHz أو 24 GHz، مما يُحسّن نطاق القياس ودقته بشكل ملحوظ. وبفضل استخدام هوائيات مُحسَّنة ومعالجات إشارات عالية السرعة، يمكن لهذه الأجهزة العمل بشكل مستقر في ظروف معقدة تشمل تآكلًا شديدًا، ودرجات حرارة مرتفعة، ووسطات لزجة، ما يجعلها مناسبة بشكل خاص لقياس المستويات في الخزانات الرأسية الكبيرة والخزانات الكروية.

يُقدِّم هذا المقال شرحًا منهجيًا لمبادئ عمل أجهزة قياس مستوى الرادار عالية التردد، وأجهزة قياس مستوى الرادار ذات الموجات المُوجَّهة، وأجهزة الرادار المُزوَّدة بمرآة بابيلية، ورادار الموجة المستمرة المُعدَّل بتردد، بالإضافة إلى المزايا العملية لكل من هذه الأجهزة، مما يُساعِد المهندسين على اختيار وتركيب الأداة المناسبة بشكل صحيح.

الخصائص الأساسية ومزايا الأداء لمقاييس مستوى الرادار عالي التردد

تعمل مقاييس مستوى الرادار عالي التردد بترددات إرسال 26 GHz/24 GHz. وبالمقارنة مع المنتجات منخفضة التردد، فإنها توفر عمومًا مسافات قياس أطول ودقة أعلى. يتم تحسين الهوائيات بشكل أكبر، بينما تدعم معالجاتها تحليل الإشارة بسرعة أعلى، مما يمكن الأجهزة من التغلب بشكل أكثر فعالية على الانعكاسات الخاطئة والغبار والبخار والتداخل الآخر والحصول على بيانات قياس أكثر دقة. مقاييس الرادار ذات التردد العالي

METRAVON 26 GHz تعمل بشكل جيد في ظل الظروف الصعبة التي تنطوي على التآكل الشديد، ودرجات الحرارة العالية، والوسائط اللزجة، وهي مناسبة للخزانات العمودية الكبيرة، والخزانات الكروية، وما شابه ذلك من تطبيقات. يجب مراعاة النقاط التالية أثناء التركيب

• يُنصح بتجنب تركيب مفاتيح حد، أو أجهزة استشعار درجة الحرارة، أو أي أجهزة أخرى قد تُولِّد انعكاسات كاذبة داخل زاوية إرسال الرادار whenever possible.

• ينبغي أن يكون الجزء الأقرب من ثلث منطقة الإرسال المخروطية القريبة من الهوائي خاليًا من العوائق. وفي حال تعذر تجنُّب ذلك، يمكن استخدام لوحة تحيل لتحويل الانعكاسات الكاذبة القوية، مما يقلل كثافة طاقة الانعكاسات الكاذبة ويُسهِل على المستشعر تصفية هذه الانعكاسات.

• لا تُثبّت جهاز قياس المستوى بالرادار مباشرة فوق مدخل المادة.

• لا تُثبّت الجهاز في مركز الخزان المُحاط بقباب، ولا في مكان قريب جدًا من جدار الخزان. يجب أن تكون المسافة من الجدار الداخلي للخزان إلى الجدار الخارجي لفَوّة التثبيت أكبر من الستين من قطر الخزان.

• تجنّب المناطق التي تشهد تدفقات دوّارة قوية، مثل المواقع التي تُجرى فيها عمليات تحريك شديدة أو تفاعلات كيميائية. إذا لزم الأمر، استخدم حفرة تسكين أو غرفة تجاوز.

يمكن لهذه التدابير أن تُحسِّن بشكل كبير استقرار القياس وموثوقيته.

مبدأ عمل أجهزة قياس مستوى السائل بالرادار باستخدام الموجات الموجهة

تعمل أجهزة قياس المستوى بالرادار ذات الموجات المُوجَّهة وفق مبدأ زمن الرحلة؛ حيث تنتقل موجات الرادار بسرعة الضوء، ويُحوَّل زمن انتشارها إلى إشارة مستوى بواسطة الدوائر الإلكترونية. تُرسل المجس نبضات عالية التردد عبر كابل المجس، وعند وصول هذه النبضات إلى سطح المادة، تُعكَّس وتُستقبل بواسطة جهاز استقبال الجهاز، ثم يُحوَّل إشارة المسافة إلى إشارة مستوى.

تعمل أجهزة قياس المستوى بالرادار التقليدية وفق تسلسل الإرسال والانعكاس والاستقبال. يرسل الهوائي موجات كهرومغناطيسية على هيئة حزمة، ثم يستقبل الإشارة بعد انعكاسها عن سطح المادة المقاسة. ويعالج المعالج الذكي شكل الموجة المرسلة والمرتدة لتحديد المسافة بين الوسط والمسبار، ثم يرسل النتيجة إلى الجهاز الطرفي للعرض أو الإنذار أو التحكم.

تنتقل نبضات رادار الموجات الموجهة على طول المسبار، ولذلك تكون عادة أقل تأثراً بالتداخل، وقد تلائم ظروف القياس المعقدة أو الأوساط ذات ثابت العزل المنخفض نسبياً.

التطبيقات الرئيسية والظروف المناسبة لمقاييس المستوى بالرادار ذات التصميم البارابوليكي

تتميز أجهزة الرادار المزودة بقُطارات بابيلية بزاوية إرسال صغيرة جدًا وباتجاهية أفضل مقارنة بقُطارات مستوية، مما يجعلها أقل عُرضة للتشويش. وبالمقارنة مع أجهزة الرادار التي تستخدم قُطارات مقببة تقليدية، يمكن لقُطارات البابيلية استقبال إشارات انعكاس أقوى وأكثر ثراءً، مما يسهم في تحسين دقة القياس.

وهي مثالية بشكل خاص في ظروف التشغيل التي تتضمن جسيمات كبيرة، أو غبارًا كثيفًا، أو مواد ذات امتصاص قوي للموجات الميكروية.أثناء عملية الاختيار، يجب تقييم خصائص الوسط الفعلية وظروف التركيب بعناية للاستفادة الكاملة من ميزتهما في مقاومة التداخل ودقة عالية.

المعلمات الرئيسية التي يجب تقديمها عند شراء جهاز قياس مستوى رادار

لضمان اختيار نموذج دقيق، يُنصح بتقديم المعلمات التقنية الرئيسية التالية إلى المُصنّع:

• تردد التشغيل: رادار نبضي بتردد منخفض (6.8 GHz)، أو رادار نبضي بتردد عالٍ (26 GHz)، أو رادار بتردد بين 80–120 GHz (FMCW)؛

• نوع المستشعر: مسبار موجات مُوجَّهة، هوائي قضيبي، هوائي قوسي، هوائي مسطح، هوائي على شكل قطعة سقوط، أو هوائي بابليكي؛

• مصدر الطاقة: 24 V DC نظام بسلاسل مزدوجة؛ 24 V DC/220 V AC نظام بسلاسل رباعية؛

• دقة: ±0.2 % F. S.؛

• نطاق القياس: 0–100 متر؛

• الضغط التشغيلي: النطاق القياسي من -0.1 إلى 0.6 ميغاباسكال، مع إصدارات مخصصة تصل إلى نطاق -0.1 إلى 6 ميغاباسكال؛

• – درجة حرارة متوسطة: النسخة القياسية ≤120°م، والنسخة ذات درجة الحرارة المتوسطة ≤260°م، مع إصدارات مخصصة للدرجات الحرارية المرتفعة لاستخدامات ذات درجات حرارة أعلى؛

• – المخرج: 4-20 mA + HART ؛ RS485/232؛

• – تصنيف مقاومة الانفجار: Ex d (ia) IIC T6.

يُستحسن أيضًا تزويد معلومات مثل اسم الوسائط، والثابت العازل، ونوع ومقاييس الحاوية، وموقع التركيب، وwhether توجد عملية تحريك أو بخار أو غبار، وذلك لتمكين المُصنّع من التوصية بالهوائي أو طريقة التركيب الأنسب.

خصائص ومزايا أجهزة قياس مستوى الرادار من نوع FMCW

أجهزة قياس مستوى الرادار ذات الموجة المستمرة المُعدَّلة بتكرار (FMCW) تعتمد على مبدأ المُتحَرِّك المُتحكَّم بجهد كهربائي.تُولِّد الدوائر الداخلية الخاصة بهم إشارة رادارية ذات تردد قاعدي يُقدَّر بـ 24 GHz وعرض نطاق ترددي يُقدَّر بـ 1 GHz، ويزداد هذا العرض تدريجيًا بطريقة مُنظَّمة. تُرسَل هذه الإشارة عبر الهوائي، حيث تُنفَّذ عملية تصفية ترددي خطية. يُعد جهاز رادار

FMCW حلاً مُعَمَّمًا لقياس الفحم، والأسمنت، والحبوب، والألومنا، والحجر الجيري، والمواد الخام الكيميائية، ومواد أخرى.يُستخدم على نطاق واسع في صناعات الأسمنت، والصناعات الكيميائية، وحماية البيئة، وتصنيع الطاقة، والغذاء، وصناعات أخرى.

مقارنةً برادار النبضات، يُقدِّم رادار FMCW عادةً مزايا في دقة القياس، ومقاومة التداخل، وقابلية التكيُّف مع ظروف التشغيل المعقدة.

METRAVON توصيات لجودة واختيار أجهزة قياس المستوى بالرادار

هناك العديد من العلامات التجارية المحلية لأجهزة قياس المستوى بالرادار في السوق. وتتميّز منتجات METRAVON ببنية بسيطة، وتشغيل آمن، وتركيب مباشر، وسعر اقتصادي، ما يجعلها خيارًا موثوقًا.

من خلال دمج تقنيات رادار التردد العالي، ورادار الموجات الموجهة، ورادار الهوائيات المكافئية، وتقنية رادار FMCW ، يمكن للمستخدمين اختيار التردد المناسب، ونوع الهوائي، وطريقة التركيب وفقًا للظروف التشغيلية الفعلية، بهدف الحصول على بيانات قياس المستوى أكثر دقة وثباتًا.

يُعد اختيار النموذج الصحيح وتطبيق إجراءات التركيب المعيارية أمراً ضرورياً للاستفادة القصوى من أداء أجهزة قياس المستوى بالرادار.يُنصح بإجراء تقييم شامل لخصائص الوسط وبنية الأوعية وعوامل التداخل المُوجودة في الموقع. عند الحاجة، يمكن استخدام تدابير مساعدة مثل بئر التسكين أو غرف التفوق أو ألواح التوجيه لضمان تشغيل موثوق على المدى الطويل.

الأسئلة الشائعة

Q1: ما الفرق بين مقياس مستوى رادار ذات تردد عالٍ ومقياس مستوى رادار تقليدي؟

تستخدم أجهزة قياس المستوى بالرادار ذات التردد العالي ترددات إرسال مثل 26 GHz أو 24 GHz، والتي توفر عمومًا مدى قياس أطول، ودقة أعلى، وأنتناتًا ومعالجات مُحسَّنة، ومقاومة أقوى للتشويشات. وتُعد هذه الأجهزة مناسبة بشكل خاص لخزانات التخزين الكبيرة وظروف التشغيل المعقدة.

Q2: كيف تعمل جهاز قياس المستوى بالرادار بنظام الموجة الموجهة؟

يعمل نظام الرادار بنظام الموجة الموجهة وفق مبدأ زمن الرحلة.تنتقل النبضات عالية التردد عبر مسبار كابل، وعند وصولها إلى سطح المادة، تُعكَّس ثم تعود إلى الجهاز. يُحوَّل زمن انتشار هذه النبضات إلى إشارة مستوى، كما يُسهم مسار النقل المُوجَّه في تقليل التداخلات.

Q3: ما هي الظروف التشغيلية المناسبة لرادار الهوائيات المكافئية؟

توفر الهوائيات المكافئية زاوية نقل ضيقة، واتجاهية قوية، وإشارات انعكاس قوية.تُعد هذه الأجهزة مناسبة بشكل خاص لقياس المواد التي تحتوي على جسيمات كبيرة، أو غبار ثقيل، أو امتصاص قوي للأشعة الميكروويفية.

Q4: ما هي المعلمات التي يجب توفيرها عند شراء جهاز قياس المستوى بالرادار؟

تشمل المعلمات الرئيسية: التردد التشغيلي، نوع المستشعر، مصدر الطاقة، الدقة، نطاق القياس، الضغط، درجة حرارة الوسط، إشارة الخرج، وتصنيف مقاومة الانفجار.يجب أيضًا تزويد اسم الوسائط، ومقاييس الحاوية، وموقع التركيب، وظروف التداخل في الموقع.

Q5: ما هي مزايا رادار FMCW ؟

يستخدم رادار FMCW طريقة القياس بالتنقية الترددي الخطية، ويُوفّر دقة عالية، ومقاومة قوية للتداخل، وقابلية جيدة للتكيف مع ظروف التشغيل المعقدة. ويُستخدم على نطاق واسع في قطاعات مثل صناعة الأسمنت، والصناعات الكيميائية، وصناعة توليد الطاقة، وذلك بالنسبة للحُبّة الفحمية، والأسمنت، والمواد الخام الكيميائية، ووسائط أخرى.

Q6: ما هي أهم اعتبارات التركيب لجهاز قياس المستوى بالرادار؟

تجنّب تركيب الجهاز مباشرة فوق مدخل المادة، أو في مركز الخزان ذو القبة، أو بقرب جدار الخزان بشكل مفرط. احرص على أن يكون زاوية الإرسال خالية قدر الإمكان من العوائق. في حالات وجود دوامات قوية أو ظروف معقدة للغاية، يُوصى باستخدام بئر تسكين أو غرفة تجاوز.

Q7: ما هو جودة أجهزة قياس المستوى بالرادار من طراز METRAVON ؟تتميز أجهزة قياس المستوى بالرادار من طراز

و METRAVON ببنية بسيطة، وتشغيل آمن، وتركيب سهل، وسعر اقتصادي؛ كما تُقدِّم أداءً مستقرًا في ظل ظروف تشغيل صعبة تشمل التآكل أو درجات حرارة مرتفعة أو وسائط لزجة، ما يجعلها خيارًا موثوقًا للتطبيقات الصناعية.