قياس المستوى بالرادار في صوامع المواد الصلبة السائبة الكبيرة

قياس مستوى الرادار في أسطوانات تخزين صلبة ضخمة: الغبار، والأسطح المائلة، و 80GHz الاختيار

يُعدّ قياس المستوى في أسطوانات تخزين المواد الصلبة الضخمة عادةً أكثر صعوبة مقارنةً بالقياس في خزانات السوائل التقليدية. إذ يمكن لكلٍ من الغبار، والمسافات الطويلة التي يُجرى قياسها علىها، والأسطح المائلة للمواد، وتيارات التعبئة، وتراكم المواد، والمكونات الإنشائية الداخلية، أن يؤثر سلبًا على استقرار عملية القياس.

تستخدم أجهزة إرسال مستوى الرادار غير التلامسية موجات كهرومغناطيسية لقياس مستوى سطح المادة، دون الحاجة إلى بُعدٍ مُدفون داخل المادة نفسها. ولذلك، تُستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع في قياس مستوى مستمر لكل من مسحوق الفحم، والأسمنت، والحجر الجيري، ومسحوق المعادن، والحبوب، وكرات البلاستيك، وغيرها من المواد الصلبة السائبة.

١. ما سبب صعوبة قياس المستوى في أسطوانات تخزين المواد الصلبة الضخمة؟

تتميز الأسطح السائلة عادةً بكونها مسطحة نسبيًا، في حين تُكوِّن المساحيق والمواد الحبيبية زوايا استقرار بارزة، كما تتغير أشكالها باستمرار أثناء عمليات التعبئة والإفراغ وانهار المواد.

الغبار الكثيف

: يمكن لأنشطة التعبئة أن تُنتج كميات كبيرة من الغبار المعلق في الهواء، مما يؤثر على بعض تقنيات قياس التركيز.

: سطح مادة مائل.

: تتكوّن المواد الصلبة الكتلية من أسطح مخروطية أو غير منتظمة، وبالتالي قد يتغير اتجاه واستrength الموجة العكسية تبعًا لتوزيع المادة.

: مدى قياس طويل.

قد تتطلب الأرشوفات الكبيرة قياسًا مستمرًا على مدى عدة عشرات من الأمتار.

: الهياكل الداخلية؛

: يمكن للألواح، وأجهزة التسليح، وأنبوبات التعبئة، وجدران الأرشوف أن تُولِّد صدى تداخلًا ثابتًا.

: 2. لماذا يُعد الرادار خيارًا مناسبًا للأرشوفات الكبيرة من المواد الصلبة الكمية؟

يستخدم الرادار موجات كهرومغناطيسية في إجراء قياسات دون تلامس، ولا يحتاج إلى مجس ميكانيكي ليظل تحت تأثير ضغط مستمر من المادة، أو احتكاك، أو إجهاد شد. مما يجعله مناسبًا للبراميل الكبيرة والطويلة التي تُملأ وتُفُرد بشكل مستمر.

وفي البيئات الغبارية، يوفر الرادار نطاقًا أوسع من التطبيقات مقارنةً بتقنية الموجات فوق الصوتية، التي تعتمد على انتشار الصوت عبر الهواء.في عمليات التشغيل على المدى الطويل داخل أسطوانات تخزين المواد الصلبة بالكميات الكبيرة، غالبًا ما تُعدّ تراكم الهوائيات، والتصاق المواد، وموضع التثبيت، من أولويات أكثر أهمية مقارنةً بالغبار المعلق في الهواء وحده.

قياس مستمر بدون تلامس |

| مناسب للمسافات الطويلة |

| قابل للتطبيق في أسطوانات التخزين ذات الغبار العالي |

| لا يحتوي على عوالم أو أوزان متحركة باستمرار |

| يدعم مخرجات صناعية تناظرية أو رقمية |

| مناسب لمراقبة مستوى وعمليات العمليات من بُعد |

٣. لماذا هو 80GHz هل يُستخدم الرادار عادةً في فحص المواد الصلبة بالكميات الكبيرة؟

80GHz يتميز الرادار بطول موجة قصير نسبيًا. وباستخدام هوائي ذي حجم مماثل، يمكنه عمومًا توليد شعاع قياس أضيق، مما يُسهم في تقليل التداخل الناتج عن جدران المخازن، والعوارض الإنشائية، وأنبوب التعبئة، وغيرها من الأجسام الثابتة.

يُعدّ شعاع ضيق مفيدًا بشكل خاص في الأسطوانات العميقة، والأسطوانات الضيقة، والأوعية ذات الهياكل الداخلية المعقدة، نظرًا لإمكانية تركيز كمية أكبر من طاقة القياس على سطح المادة المستهدفة. ويجب، عند اختيار جهاز

يجب أن يُؤخذ في الاعتبار عند عملية الاختيار كلٌ من: حجم الجسيمات، والخصائص العازلة، ووجود غبار، وأقصى مسافة قياس، وزاوية تلامس المادة مع السطح.80GHz لا يعني ذلك أن لكل منتج زاوية شعاع أو مدى أو دقة متماثلة؛ إذ تظل هذه المواصفات خاصةً بكل نموذج على حدة.

4.أين يجب تركيب جهاز إرسال مستوى راداري في أسطوانة تخزين؟

يجب اختيار موضع التركيب وفقًا لطريقة التعبئة، وموضع التفريغ، وزاوية سطح المادة، وخصائص هندسة المخزن. كما يجب أن تمثل منطقة القياس السطح الرئيسي للمادة، مع تجنب تيار التعبئة المباشر والعوائق الثابتة الكبيرة.

تجنب تيار التعبئة

يمكن للمواد المتدفقة باستمرار أن تَحجب السطح الحقيقي وتُولِّد انعكاسات ديناميكية قوية.

تقليل انعكاسات الجدران:

— اختر موقع التثبيت وفقًا لزاوية الشعاع، بحيث يبقى الشعاع الرئيسي خارج جدار السيلو.

— تجنب وضع الأشعة أو الدعامات.

— قد تُولِّد الهياكل المعدنية الداخلية صدىً ثابتًا قويًا.

انظر إلى اتجاه السطح

؛ حيث يمكن، عند الحاجة، استخدام ترتيب تثبيت قابل للضبط لتوجيه الشعاع نحو سطح مادة أكثر تمثيلاً.

5. لماذا يمكن لـ«سيلو» فارغ أن يُجري قياسًا دقيقًا، لكنه يصبح غير مستقر بعد ملئه؟

فعندما يكون «السيلو» فارغًا، قد يستقبل رادار النظام انعكاسًا واضحًا من قاع «السيلو» أو من هياكل ثابتة أخرى؛ أما بعد إضافة المادة، فإن الهدف الرئيسي للقياس يصبح سطح المادة الصلبة.

عادةً ما تُشكِّل المساحيق والحبوب أسطحًا مائلة وغير منتظمة، مما يؤدي إلى تغير اتجاه وانعكاس الموجات الصوتية وقوتها وموقعها مع تغير مستوى الحشو. ولذلك، فإن نجاح اختبار خلوّ المخزن لا يعكس بدقة أداء القياس عند مستويات حشو متوسطة أو عالية.

أثناء عملية التشغيل، يُستحسن مراقبة حالة الإرجاع عند مستويات منخفضة ومتوسطة ومرتفعة من المادة، والتحقق من أن الجهاز يظل يتتبع سطح المادة الفعلي، وليس جدار المخزن أو قاعه أو أي هيكل ثابت آخر.

6. هل يؤثر الغبار على قياس مستوى الرادار؟

يمكن أن تُنتج أسطوانات المسحوق الكبيرة كميات كبيرة من الغبار المعلق في الهواء أثناء عملية التعبئة. وفي مثل هذه الظروف، يستطيع رادار صناعي عادةً إجراء قياسات مستمرة، كما يتمتع بنطاق تطبيق أوسع مقارنةً بالقياس بالموجات فوق الصوتية في البيئات ذات تركيز عالٍ من الغبار.

أما في حالات التشغيل طويل الأمد، فإن تراكم الغبار على الهوائي والتصاق المواد به يُعدّان عاملين بالغَي أهمية؛ إذ يمكن لتراكم طبقة سميكة على الهوائي أن يُضعف الإشارة العكسية المفيدة.لذلك، قد تتطلب تطبيقات تراكم شديدة تصميمًا مناسبًا للهوائي، أو موقع تثبيت مُحسَّنًا، أو نظامًا للتطهير.

7. هل يؤثر وجود سطح مادة مائل على قياسات الرادار؟

عادةً ما تتكوّن المواد الصلبة الكتلية من أسطح مخروطية أو مُزاحة أو غير منتظمة. ويقيس الرادار سطح المادة ضمن المنطقة التي يغطيها شعاع الرادار، وبالتالي فإن القراءة التي تُحصل عليها تعكس مستوى المادة في منطقة القياس المحددة، وليس متوسطًا سطحًا أفقيًا مثاليًا على امتداد كامل المخزن.

عندما يُملأ المادة أو يُفرغ أو ينهار، قد يتغير ارتفاع السطح في المنطقة المحيطة بنقطة القياس. ولذلك، ينبغي أن يعكس موقع التثبيت عملية العمل بدقة كافية، في حين يجب أن تتوافق معاملات التخميد ومعالجة الإشارة مع معدل حركة المادة الفعلي.

8. هل تُعادل قراءة رادار واحدة عدد المخزون الفعلي؟

ومن المهم التمييز بينالمستوى المادي: حجم أو كتلة المخزون لكل منو؛.

يُستخدم جهاز إرسال مستوى راداري واحد في قياس ارتفاع سطح المادة ضمن منطقة واحدة فقط. ونظرًا لأن أسطح السوائل تكون عادةً مسطحة، فإنه يمكن في كثير من الأحيان تحويل مستوى السائل إلى كمية سائلة باستخدام خصائص هندسة الخزان. أما المواد الصلبة الكتلية فقد تُظهر زاوية استقرار، أو أكوامًا مُزاحة، أو تجاويفًا، أو أسطحًا غير منتظمة.

ولهذا السبب، قد تنطوي حسابات المخزون —التي تعتمد على نقطة قياس واحدة فقط— على درجة من عدم اليقين في أسوار تخزين المواد الصلبة السائبة ذات الحجم الكبير. وفي الحالات التي تتطلب قياسًا أكثر دقةً لكمية أو كتلة المخزون، يمكن دمج نقاط قياس متعددة المستويات مع خصائص هندسة الأسوار، ونماذج تجمعات المواد، وزاوية الاستقرار، وبيانات الكثافة السائبة.

9. ما هي المواد الصلبة السائبة التي يمكن قياسها باستخدام الرادار؟

10. ما المعلومات المطلوبة لاختيار رادار مناسب لسيلو كبير؟

: عادةً لا يكفي توفير ارتفاع المخزن وحده لاختيار جهاز إرسال مستوى الرادار المناسب؛ إذ يجب أيضًا أخذ خصائص المادة، وهندسة المخزن، وظروف التعبئة والإفراغ الفعلية في الاعتبار.

١١. تطبيق نموذجي: قياس مستوى باستخدام رادار في مخزن مسحوق الحجر الجيري

يمكن لورق الحجر الجيري والأسمنت والمواد المشابهة أن تُنتج غبارًا كثيفًا أثناء عملية التعبئة، وغالبًا ما تُكوّن زاوية استقرار كبيرة. وفي أسطوانة تخزين للورق عالية الارتفاع، يمكن تركيب رادار غير تلامسي في الجزء العلوي لمراقبة سطح المادة بشكل مستمر.

يجب أن يركز الاختيار على ارتفاع المخزن، وقطره، وموقع التعبئة، وبنيةه الداخلية، وظروف الغبار المحيطة. ويمكن لرادار ذي شعاع ضيق وتردد عالٍ أن يقلل من تأثير جدران المخزن والبنى الداخلية الثابتة، في حين يجب أن يُثبت الرادار في موقعٍ لا يقع ضمن مسار التعبئة الرئيسي.

بعد بدء التشغيل، يمكن استخدام منحنى الصدى للتحقق من دقة إشارة سطح المادة الفعلية. ومن ثمَّ، يمكن ضبط عوامل التخميد والتصفية وفقًا لمعدل حركة المادة الفعلي. وإن استمرّ جهاز الرادار في تتبعٍ مستقر عند مستويات تعبئة منخفضة ومتوسطة ومرتفعة، فإن ذلك يشير عمومًا إلى أن موضع التثبيت وتكوين الجهاز مناسبان.

الأسئلة الشائعة |

السؤال 1: هل يُعدّ الرادار مناسبًا للاستخدام في أسوار تخزين المواد الصلبة الكتلية الكبيرة؟

نعم. يُستخدم رادار غير تلامسي على نطاق واسع في أسوار تخزين المساحيق والمواد الحبيبية الكبيرة، خصوصًا في التطبيقات التي تتطلب مدى قياس بعيدًا ووجود كميات كبيرة من الغبار، حيث لا ينبغي لأداة القياس أن تبقى في تلامس مباشر مع المادة.

س2: هل يؤثر وجود غبار كثيف على جهاز إرسال مستوى بالرادار؟

أ2: يُعدّ الرادار الصناعي مناسبًا بشكل عام للعمل في البيئات الغبارية. وعند التشغيل على مدى طويل، ينبغي التركيز على تراكم الغبار على الهوائي، واندماج المادة مع سطح الهوائي، وتأثير موقع تركيب الجهاز على جودة الإشارة العكسية.

س: لماذا؟ 80GHz هل يُستخدم الرادار بشكل شائع في أسطوانات تخزين المواد الصلبة ذات السعة الكبيرة؟

A3: عند تساوي حجم الهوائي، 80GHz يُوفِّر الرادار عادةً شعاعًا أضيقًا، مما يُساعد في تجنُّب جدران الصُّلْبَرات، والأشعة، والبنى الداخلية الأخرى، مع تركيز عملية القياس على سطح المادة المستهدفة.

Q4: هل ينبغي تركيب الرادار في مركز الأسطوانة؟

A4: يجب اختيار موقع التركيب وفقًا لنقطة التعبئة، وزاوية سطح المادة، وهندسة الأسطوانة، وخصائص حزمة الإشعاع.يتمثل الهدف في الحصول على صدى مادّي أصليٍ ومُمثِّل، مع تقليل التداخل الناتج عن تيار التعبئة والهياكل الثابتة.

س5: لماذا يمكن لـ"سيلو" فارغ أن يُجري اختبارًا دقيقًا، لكنه قد يفقد استقراره بعد ملئه؟

أ5: في حالة "سيلو" فارغ، قد ينشأ الإرجاع الرئيسي من قاعه؛ أما بعد ملئه، فإن الهدف يتحول إلى سطح مادة مائل ومتغير باستمرار. لذا يجب التحقق من منحنيات الإرجاع، واتجاه تركيب الجهاز، واتجاه تدفق المادة أثناء التعبئة، بالإضافة إلى إعدادات معالجة الإشارة.

س6: هل يمكن لجهاز إرسال راداري واحد أن يحسب العدد الدقيق للمحتويات في "سيلو" كامل؟

A6: يقيس رادار ارتفاع المادة بشكل أساسي في منطقة واحدة. وقد تمتلك أسوار المخازن الصلبة الضخمة أسطحًا مائلة وغير منتظمة، وبالتالي قد تتطلب حسابات المخزون ذات الدقة الأعلى أيضًا معرفة هندسة الأسوار، وكثافة المادة، ونماذج الأعمدة، أو نقاط قياس متعددة.

Q7: هل يمكن لإرسال مستوى باستخدام رادار أن يتصل بجهاز تحكم لوغستيكي برمجي (PLC)؟

A7: نعم. ووفقًا للنموذج المستخدم، يمكن استخدام واجهات مثل 4-20mA و HART و RS485 Modbus RTU للاندماج مع أجهزة PLC، وأنظمة التحكم الموزعة (DCS)، وأجهزة RTU، وأنظمة المراقبة عن بُعد.

: الخلاصة

تتمثّل التحديات الرئيسية في قياس المستوى داخل أسطوانات تخزين المواد الصلبة الضخمة في: مدى قياس واسع، ووجود غبار كثيف، وسُطح مواد مائل، وتدفقات ملء مستمرة، ووجود هياكل داخلية ثابتة. ويُعدّ رادار غير تلامسي حلاً فعّالاً في هذه الظروف، إذ لا يتطلب وجود عنصر قياس ميكانيكي مُدفونًا داخل المادة، ويمكن استخدامه في إجراء قياسات مستمرة لكل من مسحوق الفحم، والأسمنت، والحجر الجيري، ومسحوق المعادن، والحبوب، وغيرها من المواد الصلبة الضخمة.

رادار ذو تردد عالٍ، مثل 80GHz يوفِّر حزمة ضوئية ضيقة نسبيًا، ويُوفِّر مرونة عملية في التركيب بالنسبة إلى المخازن أو الأوعية الكبيرة ذات الهياكل الداخلية المعقدة. ويجب أن يُؤخذ في الاعتبار عند الاختيار خصائص المادة، وأطول مسافة قياس ممكنة، ومستوى الغبار، وموضع التعبئة، وزاوية الاستقرار، وخصائص هندسة المخزن، بالإضافة إلى متطلبات المناطق الخطرة.

لتحقيق إدارة مخزون ذات دقة أعلى، ينبغي التمييز بين إجراء قياس مستوى عند نقطة واحدة من جهة، وحساب إجمالي حجم أو كتلة المخزن من جهة أخرى. METRAVON يمكن تهيئة منتجات قياس مستوى الرادار وفقًا لنطاق السيلو، ونوع المادة، وظروف الغبار، ومتطلبات واجهة الأتمتة، مع دعم للقياسات من نوع 4-20mA و RS485 Modbus RTU للمقايمة المستمرة للمستويات، ومراقبة اتجاهات المخزون، وإدارة عمليات التعبئة والإفراغ، والتحكم في العمليات.