أنواع أجهزة قياس المستوى بالرادار

أنواع أجهزة قياس المستوى بالرادار: رادار غير تلامسي، ورادار من نوع FMCW، ورادار الموجة الموجهة — دليل اختيار.

: تستخدم أجهزة قياس المستوى بالرادار موجات كهرومغناطيسية ذات تردد عالٍ لقياس موقع سطح السوائل أو الأسطح الصلبة الكتلية، وتُستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع في قياس المستوى بشكل مستمر في خزانات التخزين الصناعية، وأوعية العمليات، وأبراج تخزين المواد الصلبة الكتلية.

: من منظور طريقة القياس، يمكن تقسيم تقنية قياس المستوى بالرادار عمومًا إلى فئتين رئيسيتين:رادار غير تلامسيورادار الموجات الموجهة(GWR)يرسل رادار عدم الاتصال الموجات الكهرومغناطيسية عبر المساحة الحرة فوق الوسط، بينما يوجه رادار الموجة الموجهة نبضات الرادار على طول قضيب أو كابل أو مسبار محوري.

يمكن تصنيف هاتين الفئتين بشكل أكبر وفقًا لتكنولوجيا الإشارة وتردد التشغيل وبناء الهوائي وتصميم المسبار.

1. ما هو النوعان الرئيسيان لأدوات مستوى الرادار؟

2. ما أداة مستوى الرادار التي لا تتصل بها؟

عادة ما يتم تثبيت أداة مستوى الرادار التي لا تتصل بها، وتسمى أيضًا رادار الفضاء الحر، في الجزء العلوي من الخزان أو الصومعة. هوائي ينقل الموجات الكهرومغناطيسية نحو سطح المواد.

تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية عبر المساحة الحرة فوق الوسط، وتعكس من السطح السائل أو الصلب السائب وتعود إلى الهوائي. يحلل الجهاز العلاقة الزمنية أو التردد بين الإشارات المرسلة والمنعكسة لحساب المسافة وتحويلها إلى مستوى.

تشمل تصاميم الهوائيات الشائعة هوائيات القرن، وهوائيات العدسة، وهوائيات المعالجة المغلقة. ويُحدد التصميم المناسب بناءً على تردد التشغيل، ووسيط العملية، ودرجة الحرارة، والضغط، ودرجة التآكل.

3. كيف تُصنَّف أجهزة الرادار غير التلامسية وفقًا لتقنيات الإشارات؟

من منظور معالجة الإشارات، يمكن تقسيم أجهزة الرادار غير التلامسية بشكل رئيسي إلى:رادار النبضاتورادار FMCW.

3.1. أجهزة قياس مستوى باستخدام رادار نبضي

يُعدّ رادار النبض جهازًا يُرسِل نبضات قصيرة من موجات الميكروويف بشكل دوري، ويُستقبل انعكاسات هذه النبضات من سطح المادة. ويتم حساب المسافة استنادًا إلى زمن ذهاب وإياب النبضة.

المسافة = سرعة الموجة الكهرومغناطيسية × زمن ذهاب وإياب النبضة ÷ 2

يتمتع رادار النبض بتاريخ طويل من الاستخدام الصناعي، ويمكن تطبيقه على السوائل وكذلك على المواد الصلبة الكُتلية. ويعتمد الأداء الفعلي لهذا الجهاز على عدد من العوامل، منها التردد، وتصميم الهوائي، ومعالجة الإشارة، وظروف التركيب.

3.2. FMCW أجهزة قياس مستوى الرادار

FMCW تعني الموجة المستمرة المعدلة للتردد. خلال كل عملية مسح للتردد، تقوم الأداة بتغيير التردد المرسل باستمرار. يحتوي الصدى العائد على فرق تردد نسبة إلى الإشارة المرسلة الحالية.

يرتبط هذا الاختلاف في التردد بالمسافة المستهدفة، مما يسمح للأداة بتحديد موضع سطح المادة من خلال معالجة الإشارات الرقمية. يستخدم FMCW على نطاق واسع في أجهزة الرادار الحديثة عالية التردد التي لا تتصل.

رادار نبضي

يُحدِّد المسافة اعتمادًا على زمن انتقال نبضات الميكروويف القصيرة.

رادار FMCW

يُحدد المسافة بناءً على فرق التردد بين الإشارات المرسلة والمُنعكسة.

— 4. هل يمكن تصنيف أجهزة قياس مستوى الرادار أيضًا حسب التردد؟

نعم. تتوفر منتجات الرادار الصناعي غير الملامس في نطاقات تردد مختلفة، بما في ذلك الرادار التقليدي المنخفض التردد، حوالي 24-26GHz الرادار، والتقنيات الحديثة عالية التردد مثل 60GHz و 80GHz رادار.

يؤثر تردد التشغيل على طول الموجة، وحجم الهوائي، وخصائص الحزمة. وعند تساوي حجم الهوائي، فإن رادارًا يعمل عند تردد أعلى يمكنه عمومًا إنتاج حزمة أضيق، مما قد يكون مفيدًا في السفن الصغيرة، والأنابيب ذات الفوهات الطويلة، والخزانات التي تحتوي على عوائق داخلية، وكذلك في الأسوار الصلبة للحنق.

إن التردد ليس سوى أحد عوامل الاختيار؛ بل يجب أيضًا أخذ عوامل أخرى بعين الاعتبار، مثل متوسط معامل الانعكاس، وظاهرة التكثيف، ووجود رغوة، وتراكم المواد، وخصائص هندسة التركيب، وظروف العملية.

5. ما هو نوع الرادار 80GHz جهاز إرسال على مستوى الرادار؟

80GHz ينتمي الرادار إلى فئة رادار عدم الاتصال عالي التردد. صناعية حديثة 80GHz المنتجات تستخدم عادة FMCW التكنولوجيا والجمع بين التردد العالي، الطول الموجي القصير وشعاع ضيق نسبيا لقياس مستوى السائل والسائبة الصلبة.

يمكن للحزمة الضيقة تقليل التداخل من جدران الأوعية والحزم والأنابيب وغيرها من الهياكل الداخلية. ونتيجة لذلك، 80GHz يستخدم الرادار على نطاق واسع في الخزانات الكيميائية وأنظمة معالجة المياه وأوعية العمليات المدمجة وصوامع المسحوق أو المواد الحبيبية.

تظل زاوية الشعاع، ونطاق القياس، والدقة، وقيم درجة حرارة العملية أو ضغط التشغيل، من المعايير الخاصة بكل منتج على حدة، ويجب التحقق منها من ورقة بيانات النموذج المختار.

6. ما هو رادار الموجات الموجهة؟

يعتمد رادار الموجات الموجهة، أو ما يُعرف بـ GWR، على تقنية TDR (قياس الانعكاس في المجال الزمني).

يُثبَّت الجهاز عادةً في الجزء العلوي من الوعاء، حيث يمتدّ قضيب معدني أو كابل أو مجس متماثل محوري إلى داخل العملية. وتتحرك نبضات الرادار على طول هذا المجس؛ وعندما يصل الإشارة إلى سطح المادة، فإن التغير في الخصائص العازلة يؤدي إلى انعكاس جزء من الإشارة مجددًا على طول المجس نفسه.

يحدد الجهاز الموضع المادي من وقت السفر ذهابًا وإيابًا لنبض الرادار. يتم تحديد طول المجس وفقًا لمدى القياس وهندسة الوعاء وليس من الضروري الوصول إلى قاع الوعاء في كل تطبيق.

7. كيف يتم تصنيف رادار الموجة الموجهة حسب نوع المسبار؟

يمكن تصنيف رادار الموجة الموجهة بشكل إضافي وفقًا لتصميم المسبار، بما في ذلك المسبارات القضيبية والكابلية والمحورية.

قضيب التحقيق GWR

يستخدم قضيبًا معدنيًا صلبًا وهو مناسب للعديد من التطبيقات التي تتراوح بين المسافات القصيرة والمتوسطة، سواء للسوائل أو لبعض المواد الصلبة المحددة.

مسبار كابل GWR

يستخدم كابل مرن وهو مناسب للسفن الأطول أو نطاقات القياس الأطول، مع مراعاة حركة التحقيق والتوتر والهياكل الداخلية. GWR متحد المحور

يستخدم هيكل مجس محوريًا لتوفير مسار إشارة أكثر تركيزًا، ويُستخدم غالبًا مع أنواع محددة من السوائل وفي ظروف قياس أكثر صرامة.

كما تستخدم بعض منتجات رادار الموجات الموجهة هياكل مجسات خاصة، مثل قضيبين، أو كابلات مزدوجة، أو غيرها من الهياكل الخاصة. ويعتمد الاختيار على نوع الوسط، ونطاق القياس، وخصائصه العازلة، ودرجة لزجه، ووجود رغوة، وبنية داخلية، وظروف التركيب الميكانيكي.

8. لماذا يُعد رادار الموجات الموجهة مناسبًا لقياس الواجهات؟

عندما يتكوّن سائلان غير قابلان للاندماج طبقتين منفصلتين، فإن التغير في الخصائص العازلة بين السائل العلوي والسائل السفلي يمكن أن يولّد انعكاسًا راداريًا ثانٍ. ويمكن لأجهزة رادار الموجات الموجهة المُختارة تحليل كل من سطح السائل العلوي وواجهة السائل-السائل. ويتطلب قياس الواجهة في نظام

000 أخذ الخصائص العازلة لكلا السائلين، وسُمك الطبقة العلوية، وطبقة المستحلب، وظروف العملية في الاعتبار.لذلك، ينبغي اختيار نموذج مُصمم خصيصًا لقياس الواجهة.

٩. ما الفرق بين رادار غير تلامسي ورادار الموجة الموجهة؟

– 10. هل يتأثر رادار غير تلامسي بالغبار، ودرجة الحرارة، والبخار؟يستخدم رادار

موجات كهرومغناطيسية، وبالتالي فإن التغيرات في درجة حرارة الهواء وضغطه لا تؤدي إلى أخطاء في قياس المسافة ناتجة عن تغيرات في سرعة الصوت، على عكس ما يحدث في قياسات الموجات فوق الصوتية. كما يوفر الرادار عمومًا نطاق تشغيل واسع في البيئات الغبارية أو الغنية بالبخار.

قد يتأثر الأداء الفعلي بالغبار الشديد، أو التكثيف الشديد، أو تراكم الهوائي، أو بخار كثيف، أو خصائص عازلة كهربائية، بالإضافة إلى تأثير درجة حرارة وضغط العملية على الهوائي والأطراف الختمية والهيكل الميكانيكي.

لذلك، ينبغي اختيار نموذج رادار مناسب، وتصميم هوائي ملائم، وتصنيف تشغيلي ملائم، وفقًا لطبيعة التطبيقات المتطلبة.

11.متى ينبغي أخذ رادار غير تلامسي في الاعتبار؟

لا ينبغي أن يظل عنصر الاستشعار في حالة تلامس مع الوسط.

الأوساط الكيميائية المُهَدِّدة للتآكل أو المعرضة للتلوث.

البرودرات، والحبيبات، وأخاديد المواد الصلبة غير المُجزأة؛

— العمليات التي تُنفَّذ عند درجات حرارة عالية، أو في بيئة مفرغة، أو تحت ضغط؛

— خزانات تخزين كبيرة ونطاقات قياس طويلة؛

— تتيح هندسة الوعاء مسارًا واضحًا لصучة الرادار؛

— 12. في أي حالات يمكن اعتماد رادار الموجات الموجهة؟

: يلزم إجراء قياس عند واجهة سائل-سائل.

: يكون الوعاء ضيقًا أو يكون مساحة التركيب محدودة.

: يتسم سطح السائل بحركة قوية.

: تطبيقات مخصصة لل رغوة أو بخار.

: تطبيقات تعتمد على غرفة تجاوز أو غرفة خارجية.

: يمكن تركيب المجس بشكل آمن دون التأثير على معدات العملية.

: 13. ما هي المعلومات المطلوبة عند اختيار جهاز قياس مستوى بالرادار؟

الأسئلة الشائعة

س1: ما هما النوعان الرئيسيان لأجهزة قياس مستوى باستخدام الرادار؟

ج1: يُصنَّف هذان النوعان عمومًا إلى رادارٍ لا يعتمد على التلامس، ورادارٍ يعتمد على الموجة الموجهة. حيث يُرسِل رادارٍ لا يعتمد على التلامس موجات كهرومغناطيسية عبر الفضاء الحر، في حين يوجِّه رادارٍ يعتمد على الموجة الموجهة نبضات رادارية عبر مجس معدني.

س2: ما الفرق بين رادار النبض ورادار FMCW؟

A2: يحسب رادار النبض المسافة استنادًا إلى زمن انتقال النبضة، في حين يحدد رادار FMCW المسافة من خلال الفرق الترددي بين نطاق الإرسال والصدى العائد.

Q3: ما نوع الرادار 80GHz رادار؟

A3: 80GHz الرادار هو عادة تكنولوجيا رادار عالية التردد عدم الاتصال، والمنتجات الصناعية الحديثة تستخدم عادة FMCW القياس.

س4: هل يُصنف رادار الموجة الموجهة على أنه قياس تلامسي؟

A4: عند دخول القضيب أو الكابل أو المجس المحوري إلى وسط العملية ولامسه، يُصنف رادار الموجات الموجهة عادةً، من منظور التركيب، كـ"تقنية قياس مستمرة لمستوى السائل من النوع التلامسي".

Q5: هل يجب أن يصل مجس رادار الموجات الموجهة إلى قاع الخزان؟

A5: لا؛ إذ يجب تحديد طول المجس وفقًا لنطاق القياس، وهندسة الوعاء، ومتطلبات الجهاز المحدد.

Q6: ما أنواع المجسات المتاحة لرادار الموجات الموجهة؟

A6: تشمل تصاميم المجسات الشائعة أنواعًا من نوع القضيب، والكابل، والنوع المحوري. كما توفر بعض المنتجات أنواعًا أخرى مثل القضيب المزدوج، أو الكابل المزدوج، أو هياكل متخصصة أخرى.

Q7: ما نوع الرادار الأنسب للمخازن الأسطوانية المخصصة للمواد الصلبة أو المسحوقة؟

A7: يُستخدم رادار التردد العالي غير التلامسي على نطاق واسع في مخازن المواد المسحوقة أو الحبيبية، خصوصًا في الحالات التي تتطلب مدى استشعار بعيد، أو وجود غبار كثيف، أو هياكل داخلية معقدة.يمكن أيضًا استخدام بعض منتجات رادار الموجات الموجهة المختارة مع المواد الصلبة، وذلك اعتمادًا على خصائص ميكانيكا المجس وخصائص المادة.

Q8: أي تقنية رادار تصلح لقياس واجهة سائل-سائل؟

A8: يُستخدم رادار الموجات الموجهة، المزود بوظيفة قياس عبر واجهة مخصصة، بشكل شائع في إجراء قياسات مستمرة لطبقتين سائلتين غير قابلة للاختلاط. كما يجب التحقق من خصائص عازلة كهربائية لكل من الوسائط.

: خاتمة

يمكن تقسيم أجهزة مستوى الرادار بشكل عام إلى رادار غير تلامس ورادار موجه. ينقل رادار عدم الاتصال الموجات الكهرومغناطيسية من خلال المساحة الحرة ويمكن تصنيفه إلى رادار نبضي و FMCW رادار. بواسطة تردد التشغيل، قد تشمل المنتجات الصناعية رادار تقليدي منخفض التردد، حوالي 24-26GHz الرادار والحديث 60GHz أو 80GHz رادار.

يوجه رادار الموجة الموجهة نبضات الرادار على طول قضيب معدني أو كابل أو مسبار محوري ويمكن تقسيمه أكثر وفقًا لبناء المسبار. مسار الانتشار المركز يجعله مناسبًا للتطبيقات المحددة التي تنطوي على حركة السطح والرغوة وقياس واجهة السائل-السائل.

METRAVON يمكن اختيار منتجات قياس باستخدام رادار إما على شكل رادار غير تلامسي أو رادار موجي موجه، وذلك بناءً على نوع وسط العملية، ونطاق القياس، ودرجة الحرارة، والضغط، والخصائص العازلة، وال رغوة، والبخار، والغبار، وشكل الوعاء، ومتطلبات واجهة الأتمتة، مع دعم لواجهات صناعية مثل 4-20mA و RS485 Modbus RTU لقياس مستوى مستمر متوافق وقابل للتوسيع في الخزانات وأوعية المعالجة والصوامع الصلبة السائبة.