Radar vs Ultrasonic Water Level Measure

1 الاختلافات في آليات القياس المادي ومبادئ التشغيل المتعلقة بقياس المستوى الصناعي

وفي مجال الهندسة الهيدروليكية، ونظم المياه البلدية، ومراقبة العمليات الصناعية، يشكل القياس المستمر للمستويات عنصرا أساسيا في نظم الرصد الآلي واقتناء البيانات مثل نظام SCADA. وعلى الرغم من أن قياسات مستوى مياه الرادار ومترات مستوى المياه فوق الصوتية يمكن أن توفر معا نواتج قياسية من 4 إلى 20 ميغاغرام أو إشارات رقمية من طراز RS-485 Modbus RTU، فإن هناك اختلافات أساسية في آلياتها الأساسية لنقل الموجات المادية.

1 1 Radar Water Level Meter: High-Frequency Electromagnetic Wave Transmission Mechanism

وتعمل أمتار من مستوى مياه الرادار، بما في ذلك الرادار غير المحتوي على الترددات، والرادار الموجي المرشد (GWR)، استنادا إلى انتشار الموجات الكهرومغناطيسية. وينقل الهوائي الرادار موجات كهرومغناطيسية عالية التردد، وعادة 26 غيغاهيرتز أو 80 غيغاهيرتز، أو نبضات عالية التردد من التصاميم. هذه الموجات الكهرومغناطيسية تسافر عبر الهواء أو على طول مسار القياس بسرعة الضوء تقريباً، حوالي 3 × 10⁸ m/s.

وعندما تصل الموجة الكهرومغناطيسية إلى سطح السائل المقاس، ينعكس جزء من الموجة بسبب توقف ثابت الديليكتري بين الهواء والمتوسط المقاس. الموجة المنعكسة تستقبلها الهوائي The system calculates the distance D from the sensor reference plane to the liquid surface by measuring the time difference hint between transmission and reception, using time-domain reflectometry (TDR) or frequency-modulated continuous-wave technology (FMCW):

D = (c × Δt) / 2

ونظراً لأن انتشار الموجات الكهرومغناطيسية لا يتطلب وسيطاً غازياً كناقلة نقل، فإن قياسات مستوى المياه الرادارية يمكن أن تعمل عادة في فراغ. ولا تتأثر سرعة انتشارها بالكثافة الغازية، أو درجة الحرارة، أو الضغط، أو تركيز البخار.

عملية قياس الرادار

الخطوة 1 - الإحالة:إن الهوائي الراداري يبث موجات كهرومغناطيسية عالية التردد.

الخطوة 2 - الإنجاب:وتسافر الأمواج الكهرومغناطيسية بسرعة الضوء تقريباً ولا تتطلب الهواء أو وسيلة غازية أخرى كناقل للنشر.

الخطوة 3 - المرجع:وعندما تصل الأمواج الكهرومغناطيسية إلى السطح السائل، ينعكس جزء من الإشارة بسبب الفارق بين الهواء والمتوسط المقاس.

الخطوة 4 - الاستقبال:الهوائي الراداري يتلقى اشارة صدى عكسية

الخطوة 5 - حساب المسافة:يحسب الصك الفارق الزمني للنشر ويحدد المسافة باستخدام

D = (c × Δt) / 2.

1 2 Ultrasonic Water Level Meter: High-Frequency Mechanical Acoustic Wave Mechanism

وتستخدم مترات مستوى المياه فوق الصوتية التأثير الكهرومغناطيسي لبلورات الفطائر لتوليد موجات صوتية عالية التردد، وهي موجات ميكانيكية في نطاق يتراوح بين ٢٠ كيلوهرتز و ٢٠٠ كيلوهرتز. الموجات الصوتية تنتشر من خلال الهواء بسرعة الصوت ضد وعندما يصلون إلى السطح السائل، يُولّد انعكاس صوتي بسبب التوقف عن الانقطاع الصوتي. ويتلقى المترجم أو المسبار الصدى ويحوله إلى إشارة كهربائية. وتحسب المسافة باستخدام الصيغة التالية:

D = (v × Δt) / 2

الموجات الصوتية هي موجات ميكانيكية، وتعتمد انتشارها بشدة على نقل الطاقة من خلال التصادم بين جزيئات الغاز. وتتأثر سرعة الصوت ضد الهواء تأثرا كبيرا بدرجات حرارة الغاز. والصيغة التقريبية لسرعة نشر الهواء المثالي هي:

v ≈ 331.5 + 0.607 × T (m/s)

حيث تكون درجة الحرارة المحيطة في درجة حرارة سيليسيوس (درجة مئوية). وعلى الرغم من أن أجهزة الإرسال ذات المستوى فوق الصوتي الصناعي تشمل عادة جهازاً لتعويض درجة حرارة PT100، فإن التباينات في السرعة الصوتية لا تزال تتسبب في أخطاء قياسية في البيئات الخارجية أو الصناعية التي توجد فيها درجات الحرارة، أو تضخيم الغاز، أو سرعة الرياح العالية.

Ultrasonic Measure Process

الخطوة 1 - الإحالة:مُنتج الفطائر يُنتج موجات صوت ميكانيكية عالية التردد

الخطوة 2 - الإنجاب:تسافر الأمواج الصوتية عبر الهواء أو وسيلة غاز أخرى بالسرعة المحلية للصوت

الخطوة 3 - المرجع:وعندما تصل الأمواج الصوتية إلى السطح السائل، تسبب اختلافات الازدحام الصوتي جزءا من الطاقة الصوتية التي يجب أن تنعكس.

الخطوة 4 - الاستقبال:ويتلقى المتحول الصدى الصوتي المنعكس ويحوله إلى إشارة كهربائية.

الخطوة 5 - حساب المسافة:تطبق الأداة تعويض درجة الحرارة على سرعة الصوت وتحسب المسافة باستخدامD = (v × Δt) / 2.

2. مقارنة البارامترات الهندسية الرئيسية والحدود التشغيلية

وبغية تحقيق انتقاء دقيق للمعدات لأغراض القياس الصناعي وتطبيقات الرصد الهيدروليكي، يقارن الجدول التالي بارامترات تقنية لمترات مستوى المياه الرادارية الصناعية (METRAVON) ومقاييس مستوى المياه فوق الصوتية في ظروف التشغيل المطلوبة:

3 Analysis of Interference from Complex Environmental Factors

3 1 Gas density Variations, Dust and Vapor

قياس مستوى سطح الماء:وعندما تمر الأمواج الصوتية بتركيزات عالية من الغبار، مثل تلك التي توجد في صوامع الأسمنت أو قنوات التعدين، أو من خلال تركيزات عالية من بخار المياه، مثل في أبراج التبريد أو صهاريج الخلط الفجائي، يمكن تفريق كمية كبيرة من الطاقة الصوتية واستيعابها بواسطة الجسيمات المعلقة. This causes severe signal attenuation and may even result in complete echo loss. وبالإضافة إلى ذلك، إذا كان هناك تجزؤ في الغاز أو كثافة غازية متفاوتة داخل السفينة، يمكن أن تحدث صدمات صوتية بسبب تغيرات في السرعة السليمة، مما يؤدي إلى أخطاء كبيرة في القياس المنهجي.

مستوى مياه الرادار:وتتمتع الموجات الدقيقة بقدرات قوية على الانتشار ولا تتأثر مادياً بالغبار أو بخار الماء أو بضباب معلق. وتسمح خصائص انتشار رادار الموجات السائلة من طراز GHz ملليمتر بالاستعادة الموثوقة للتأملات السطحية السائلة حتى في ظل ظروف تشغيلية شديدة الغبار أو مستهلكة بخار.

3 2 Liquid Surface Waves and Turbulence

قياس مستوى سطح الماء:وعندما تصطدم موجات الصوت الميكانيكية بسطح سائل شديد التقلب أو سطح سائل مغطى بكميات كبيرة من الرغاوي، يمكن أن يحدث انعكاس في الانتشار. As a result, most of the reflected acoustic energy cannot return to the probe along the original propagation path, potentially causing blind-zone alarms or loss of measurement.

مستوى مياه الرادار:وتدمج أجهزة الإرسال بالرادار ذات التردد العالي خوارزميات التتبع الديناميكية المتقدمة مثل القمع الصدري والتصفير الكاذب. وحتى عندما يتدحرج السطح السائل، أو يصاب بالاضطرابات، أو يغطى بالرغوة الخفيفة، لا تزال أمتار مستوى المياه الرادار METRAVON قادرة على تحديد وتتبع صدى السطح السائل الحقيقي من الضوضاء الخلفية.

3 3 Internal Tank Structures and Installation Beam Angle

The beam angle of an ultrasonic transmitter is typically between 6° and 12°, meaning that the transmitted energy is relatively dispersed. وعندما تكون أضلاع التعزيز، أو الأنابيب، أو السلالم، أو المضخات، أو غيرها من الهياكل الداخلية موجودة داخل صهريج أو تقيس جيدا، يمكن للموجات الصوتية أن تعكس بسهولة من هذه العقبات وتولد إشارات كاذبة.

ويمكن لمترات مياه الرادار 80 GHz أن تقلل من زاوية شعاع الانتقال إلى حوالي 3 درجات. ويمكن للشعاع الذي يتركز تركيزاً عالياً وضيقاً للغاية أن يتجنب بسهولة هياكل الصهاريج الداخلية وضآلات الصهاريج الضيقة، وأن يسافر مباشرة نحو السطح السائل، وأن يقلل بدرجة كبيرة من القيود المفروضة على أماكن التركيب في التطبيقات الميدانية.

4 توصيات الاختيار للتطبيقات الصناعية النموذجية

وخلال عمليات الشراء الهندسي وتصميم المشاريع، ينبغي اختيار التكنولوجيا المناسبة وفقا للخصائص المتوسطة، والحيز المتاح للتركيب، وميزانية المشاريع:

عملية اختيار قياس المستوى

الخطوة 1 - تقييم بيئة العملية:تحديد ما إذا كان الطلب ينطوي على غبار شديد، أو بخار، أو درجة حرارة عالية، أو ضغط مرتفع، أو مساحة محدودة للتركيب، أو وسائط إعلام منخفضة العمر.

الخطوة 2 - الظروف الصناعية الضارة:بالنسبة للتراب العالي، والبخار الثقيل، درجة الحرارة العالية، أو الضغط العالي، اختيارجهاز إرسال من طراز GHz(مثل سلسلة (ميتريفون

الخطوة 3 - المساحة المقيدة أو الديليكتري المنخفض:بالنسبة للسفن الصغيرة، أو الأماكن المحصورة، أو وسائط الإعلام ذات المديونية المنخفضة،رادار موجات مرشدة(مثل (ميتريفون غور-70

الخطوة 4 - تطبيقات المياه العامة والقطع المفتوحة:بالنسبة للزمنة المحيطة، والتطبيقات المائية في الغلاف الجوي بدون بخار شديد أو تدخل بيئي،قياس مستوى المياه فوق الصوتيةويمكن، مثل برنامج " مترافون تو-20 " ، أن يوفر حلا فعالا من حيث التكلفة.

4 1 Applications where Ultrasonic Water Level Meters are Preferred

قياس تدفق مياه المجارير في البلديات وقياس التدفق الهيدروليكي المفتوحIn open Parshall flumes, tripartite weirs, and river water-level monitoring applications without vapor interference, ultrasonic water level meters offer excellent cost performance. كما أن تركيبها غير المقطعي يلغي احتياجات الصيانة المتصلة بالتآكل.

صهاريج مياه الغلاف الجوي وخزانات المياه النظيفة:وفيما يتعلق بأحواض معالجة المياه النظيفة، وصهاريج مياه الحرائق، وقنوات الري الزراعي التي لا توجد فيها تقلبات حادة في درجات الحرارة أو إجراءات موجة قوية، يمكن أن توفر التكنولوجيا فوق الصوتية قياسا مستقرا وموثوقا، بينما تتحكم في التكلفة الإجمالية للمشروع.

4 2 Applications where Radar Water Level Meters are Preferred

سفن للتخزين وصناعة الإسمنت:وقد تتسبب البيئات المرتفعة في الفشل التام في القياس فوق الصوتي. ويمثل جهاز إرسال على مستوى رادار 80 غيغاهرتز خياراً قياسياً قياسياً متواصلاً في التطبيقات العالية الجودة.

صهاريج الخلط الأبجدية، خزانات تخزين الهيدروكربون، ومجمعات تخزين المواد الكيميائية:أما بالنسبة للمركبات العضوية المتطايرة (VOCs)، وارتفاع تركيزات البخار، والبيئات ذات الحرارة العالية التي تزيد عن 80 درجة مئوية، فإن قياسات مستوى المياه الرادارية لا تتأثر بالتغيرات في الخواص الرجعية للبخار بنفس الطريقة التي تتأثر بها الأدوات فوق الصوتية.

بئر ومفاعلات عميقة جداً مع مكثفات معقدةتسمح زاوية الشعاع الضيقة لرادار 80 جيجاهرتز للإشارة بالمرور عبر الأماكن الضيقة والوصول إلى سطح السائل مع تجنب الأصداء الخاطئة الناتجة عن شفرات المحرض.

السوائل ذات المديونية المنخفضة مثل الغاز المسيل ومنتجات النفط الخفيفة:(ب) اختيار مطيّر مائي راداري موجّه (GWR). ومن خلال تركيز طاقة الموجات الكهرومغناطيسية على مسبار معدني، يمكن تحقيق قياس مستمر على مستوى المليمتر في التطبيقات ذات الدونات الديكلترية عند مستوى منخفض يناهز 1. 4

FAQ

السؤال 1: لماذا تختلف قياسات مستوى المياه فوق الصوتية بين النهار والنهار عندما يتم تركيب الأداة في الهواء الطلق؟

A:The direct cause is ineffective compensation for air-temperature gradients. قياس الأشعة فوق البنفسجية يعتمد على سرعة الصوت وسرعة التغيرات الصوتية مع درجة الحرارة بالنسبة لكل درجة مئوية واحدة في درجة الحرارة، سرعة ارتفاع الصوت بحوالي صفر. 6 m/s. وعلى الرغم من أن جهاز الاستشعار يحتوي على عنصر للتعويض عن درجة حرارة مبنية، فإن التعويض قد يصبح غير دقيق عندما يسخن الإشعاع الشمسي المباشر مسكن المسبار بحيث تكون درجة حرارة المجس الداخلي أعلى بكثير من درجة حرارة الهواء الفعلية على طول مسار النشر الصوتي. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى انحراف قياسي.

توصية الشراء:وينبغي أن تجهز مترات مستوى المياه فوق الصوتية في الهواء الطلق بدرع إشعاعي شمسي. وفيما يتعلق بتطبيقات الرصد الهيدرولوجي العالية الدقة، يوصى بمقياس مياه راداري من طراز METRAVON 80 GHz، لا يتأثر بميدان درجة الحرارة الجوية بنفس الطريقة.

Q2: How does a low dielectric constant, or low er, affect a radio water level meter, and how can the problem be addressed?

A:ويحدّد ثابت الديليكتري نسبة الطاقة الكهرومغناطيسية التي تنعكس على السطح المتوسط. عندما يكون ثابت الديليكتري منخفضاً جداً، مثل الديزل الذي يبلغ وزنه نحو 2. 1 أو غاز مصفوف بـ 1 4 - يمكن أن تخترق نسبة كبيرة من طاقة الموجات المتناهية الصغر غير المتنازعة الوسط بدلا من أن تنعكس. This weakens the reflected signal and may make it difficult for the receiver electronics to identify the correct echo.

الحلول وشروط الاختيار:

(اختاروا (ميترافون 80 جيهرتز مائياً رادارياً مع طاقة عالية التركيز

(ج) اختيار مطيّر الموجات الرادارية (METRAVON) الذي يستخدم مسباراً كواكسياً أو نموذجاً كابلياً لتوجيه الموجات الكهرومغناطيسية والتقليل إلى أدنى حد من فقدان الطاقة.

Q3: هل يمكن لمترات مستوى مياه الرادار أن تحل تماما محل مترات مستوى المياه فوق الصوتية؟

A:ومن منظور الأداء التقني، يمكن لتكنولوجيا الرادار أن توفر بديلا وظيفيا كاملا. وتوفر مترات مستوى مياه الرادار مزايا في الدقة، ودرجة الحرارة، ومقاومة الضغط، ومقاومة التدخل البيئي مثل التراب والبخار، والرياح، والتفاوت في درجات الحرارة، ومراقبة زاوية الشعاع.

توصية الشراء:وينبغي أن يوازن اختيار المعدات بين الاحتياجات التقنية وميزانية المشروع. وتحتفظ مترات مستوى المياه فوق الصوتية بميزة كبيرة من حيث التكلفة في التطبيقات المائية العادية التي تعمل في درجة الحرارة المحيطة والضغط في الغلاف الجوي دون تدخل بخار. وإذا كانت ميزانية المشروع كافية أو كانت ظروف التشغيل تتطلب ذلك، ينبغي النظر في رفع مستوى نظام القياس الكامل إلى قياسات مستوى مياه الرادار.

Q4: أي نوع من قياس مستوى المياه يوفر قياسا أكثر استقرارا في خزانات معالجة المياه المستعملة بكميات كبيرة من الرغاوي؟

A:يمكن أن يمتص الفوام كل من الطاقة الصوتية والمايكرويف. غير أن رادار الموجات المصحوبة بمرشدين يوفر عموما أكبر قدر من الاستقرار في هذا النوع من التطبيقات لأن اختبار الموجات المصحوبة مباشرة من خلال طبقة الرغاوي السطحية وقياس الواجهة السائلة الحقيقية تحت استخدام إشارات الكهرومغناطيسية عالية التردد. وإذا كان القياس غير المتصل بالمعاملات إلزاميا، ينبغي اختيار رادار مرتفع التردد 80 غيغاهيرتز يحتوي على خوارزميات متعددة. ومن المرجح أن تفقد مترات مستوى المياه فوق الصوتية الإشارة بسبب انتشار الانعكاس في ظل هذه الظروف.

س 5: ما هو التأثير الهندسي العملي للمنطقة العمياء على قياس المستوى ؟

A:The blind zone is the minimum distance directly below the sensor probe in which effective measure cannot be performed. ونظراً لضيق الوقت الذي يستغرقه نقل المياه، عادة ما يكون لمترات مستوى المياه فوق الصوتية منطقة عمياء كبيرة نسبياً تبلغ نحو صفر. 25 m-0. 8 m. وإذا ارتفع المستوى السائل إلى هذه المنطقة، قد ينتج جهاز الاستشعار إشارة غير صحيحة على نطاق كامل، مما يخلق خطرا محتملا على تدفق الدبابات. وعموماً، توجد في مترات مستوى مياه الرادار منطقة أعمى أصغر حجماً، عادة ما تكون صفراً تقريباً. 05 m-0. 1 m, which can significantly improve usable storage-tank capacity.

Q6: How should ultrasonic and radio technologies be selected for open-channel flow measurement applications such as Parshall flumes?

A:(ب) اختيار قياس لمستوى المياه فوق الصوتية في ظل الظروف التالية: القنوات المفتوحة لمياه العواصف البلدية أو المياه المستعملة بدون بخار مائي ذي شأن، ولا رياح قوية، وميزانية محدودة للمشروع.

اختيار متر لمستوى مياه الرادار في الظروف التالية: تصريف مياه الصرف الصناعية الذي ينطوي على فروق في درجات الحرارة وبخار المياه، وقنوات نهرية عالية السرعة، أو خزانات خارجية تتأثر بشدة بالرياح.

توصية الشراء:وفيما يتعلق بمشاريع رصد التصريف الرئيسية التي تديرها سلطات المياه أو المتنزهات الصناعية، يوصى بإنشاء نظام لقياس التدفق النافذ للرادارات الرادارية في ميرترافون لتحسين استمرارية بيانات الرصد المحملة ودعم الامتثال التنظيمي.

السؤال 7: كيف يمكن اختيار رادار الموجات المصحوبة بالرادار غير الترددي العالي؟

A: موجة موجة رادار:ملائم لوسائط الإعلام المتأنية جداً أو اللاصقة، والسائل المتدني جداً للديون، والدبابات الضيقة ذات الجمود الشديد، أو قياس الوصل البيني السائل الصلب مثل القياس على مستوى الحمأة في صهاريج المستوطنة.

رادار غير كونتي:S suitable for highly corrosive liquids where probe corrosion should be avoided, viscous or plasticlizing media, and hygienic food or pharmaceutical storage tanks where direct probe contact with the medium is not permitted.

خاتمة

ولا يوجد تفوق مطلق بين مترات مستوى مياه الرادار ومقاييس مستوى المياه فوق الصوتية. ويتفق النظر الرئيسي مع مبدأ القياس مع ظروف التشغيل الفعلية. ونظرا لارتفاع فعاليتها من حيث التكلفة، لا تزال مترات مستوى المياه فوق الصوتية تمثل حلا عمليا لتطبيقات المياه المفتوحة العادية وصهاريج المياه التقليدية التي تعمل في درجة الحرارة المحيطة والضغط الجوي. وقد أصبحت أمتار مستوى مياه الرادار، ولا سيما الرادار ذو التردد العالي 80 GHz Microwave وتكنولوجيا رادار الموجات المصحوبة بمرشدين، أدوات قياس حرجة للعمليات الصناعية المعقدة، وسفن التخزين الخطرة، والرصد الهيدرولوجي العالي الدقة بسبب مقاومتها المادية القوية للتدخل من درجة الحرارة والرطوبة والضغط والبخار والغبار.

وكجهة توفر مقياس العمليات الصناعية والحلول المتعلقة بالرصد الهيدروليكي، تقدم شركة ميرتفون مجموعة كاملة من المنتجات تشمل 80 رادارا عالي التردد من طراز GHz، ورادارا موجيا موجها، وأجهزة إرسال على المستوى الصناعي فوق الصوتي. كما يوفر برنامج " ميرتروفون " انتقاء المعدات المصممة خصيصا ودعما لتكامل الإشارات في ظروف التشغيل المعقدة. ولتحسين حل مقياسك إلى أقصى حد أو الحصول على مواصفات تقنية مفصلة وتسعير المشاريع، يرجى الاتصال بفريق الهندسة التقنية التابع لشركة ميرتفون.

الموارد ذات الصلة

متر على مستوى الرادار · قياس المستوى

المصدر: صكوك ميرتون