احتياطات تركيب مقياس مستوى الموجات فوق الصوتية والتشغيل: المدى ، مادة المسبار ، زاوية الشعاع ، والمنطقة العمياء

1. كيف يُحدد نطاق قياس مقياس المستوى فوق صوتي؟

عند اختيار مقياس مستوى فوق صوتي، يجب أولاً تحديد المسافة الفعلية للقياس.

إذا كان يتم قياس سائل عادي وتمتاز بيئة الموقع بثبات نسبي، فيمكن اختيار نموذج مناسب وفقاً لنطاق القياس المُعيَّن للمعدة.

ومع ذلك، إذا كان الكائن المقاس أو بيئة الموقع معقدة نسبيًا، فقد لا يكون اختيار نطاق القياس بناءً فقط على المسافة الفعلية كافيًا.

1. قياس المواد الصلبة

عند قياس المستوى للمواد الصلبة، فإن سطح المادة غالبًا لا يكون مسطحًا مثل سطح المائع، وقد يحتوي على منحدرات أو زوايا ترسيب أو أسطح غير منتظمة؛ ونتيجة لذلك، قد يضعف الصدى الفعّال الذي يعود إلى المجس.

في هذه الحالة، يجب إبلاغ المُصنّع مسبقًا بالمادة المُقاسة وبالمسافة الفعلية للقياس، كما ينبغي إضافة هامش مُناسب لטווח القياس وفقًا لظروف الموقع.

بالنسبة للمواد اللينة ذات قدرة امتصاص صوتي قوية — مثل الدقيق أو القطن أو الرغوة — قد تكون انعكاسات الموجات فوق الصوتية ضعيفة جدًا؛ وربما لا تكون أجهزة قياس المستوى بالطيف فوق الصوتي التقليدية مناسبة في هذه الحالة، لذا يجب التحقق أولًا من إمكانية إجراء القياس الفعلي.

2.هل يمكن استخدام مقياس المستوى فوق صوتي حتى في حال وجود رغوة؟

عندما توجد رغوة على سطح السائل، فإنها يمكن أن تؤثر على انتشار وانعكاس الموجات فوق الصوتية.

قد تؤدي رغوة تغطي مساحة واسعة إلى ما يلي:

• امتصاص جزء من طاقة الموجات فوق الصوتية؛

• تشتت الموجات الصوتية؛

• تضعف الصدى الناتج عن سطح السائل الفعلي؛

• يؤدي ذلك إلى قياس الجهاز لسطح الرغوة بدلاً من سطح السائل الفعلي.

لذلك، إذا ظلت مساحة كبيرة من الرغوة موجودة في الموقع، فينبغي تخصيص هامش أكبر لنطاق القياس عند اختيار الطراز.

عندما يتجاوز سُمك الرغوة نحو 5 سم، لا ينبغي اختيار مقياس مستوى بالموجات فوق الصوتية اعتمادًا على ظروف السوائل العادية وحدها. يجب تسجيل سُمك الرغوة ومساحة تغطيتها ومدى ثباتها قبل تحديد موثوقية الصدى الصوتي.

3. لماذا يجب ذكر الغبار أو البخار بشكل خاص؟

تتطلب الموجات فوق الصوتية انتشارًا عبر الهواء أو الغاز.

إذا كان هناك كمية كبيرة من الغبار أو البخار في الهواء، فقد يُضعف موجات الصوت أو تُفرَّق أثناء انتشارها، مما يؤدي إلى تقليل شدة الصدى الفعّال.

لذلك، عند اختيار نموذج للبيئات التالية، يجب إبلاغ الظروف التشغيلية الفعلية مسبقًا:

• بتركيز غبار مرتفع؛

• بوجود بخار ماء واضح؛

• بضباب حمضية أو ضباب قلوية؛

• ببيئات ذات رطوبة عالية؛

• بتفاوتات كبيرة في بيئة الطور الغازي.

لا يُعد من الكافي أن يُخبر المورِّد فقط بأن «المسافة القياسية تبلغ 5 م»، إذ يمكن أن تختلف صعوبة القياس الفعلية بشكل كبير بحسب ظروف الموقع المختلفة، حتى عند استخدام نفس المسافة الهندسية.

4. كيف ينبغي اختيار مادة مسبار الموجات فوق الصوتية؟

يعتمد اختيار مادة المسبار بشكل رئيسي على درجة التآكل في البيئة التي يُقاس فيها.

إذا كان الوسط هو الماء العادي أو مياه الصرف الصحي، أو بيئة ذات طبيعة حمضية أو قلوية خفيفة، فيمكن استخدام مسبار قياسي حسب نوع المنتج المحدد.

إذا كان الموقع مُتَعَدِّدًا بشكل كبير، فيُستحسن اختيار مسبار يمتلك مقاومة مناسبة ضد التآكل.

خصوصًا في البيئات الحمضية أو القلوية القوية، وإضافةً إلى أخذ خاصية السائل نفسها بعين الاعتبار، ينبغي أيضًا الانتباه إلى احتمال تكوّن ما يلي:

• ضباب حمضي؛

• ضباب قلوي؛

• بخار تآكلي؛

على الرغم من أن مجس الصدى فوق الصوتي يُوضع عادةً فوق سطح السائل، إلا أن التعرّض طويل الأمد لبيئة غازية تآكليّة قد يؤثر عليه nonetheless.

لذلك، أثناء عملية اختيار النموذج، يُنصح بتزويد المعلومات التالية:

اسم المحلول + تركيزه + درجة الحرارة + ما إذا كان هناك ضباب تآكلي أم لا

بدلاً من ذكر «قياس سائل حمضي» أو «قياس سائل قاعدي» فقط.

5. لماذا يجب أخذ زاوية شعاع الموجات فوق الصوتية في الاعتبار أثناء التركيب؟

إن الإشارة التي يُطلقها مسبار الموجات فوق الصوتية ليست خطًا مستقيمًا رقيقًا للغاية، بل تمتلك زاوية شعاع معينة.

يمكن تفسيره على أنه يشبه شعاع مصباح كهربائي:

كلما زادت المسافة من المجس، زادت المساحة التي يغطيها شعاع الصوت عمومًا.

ليس زاوية الشعاع متطابقة تمامًا بين المجسات من طرازات مختلفة أو ضمن نطاقات قياس متفاوتة.

لذلك، عند تحديد موقع التركيب، من الضروري ليس فقط التحقق مما إذا كانت هناك عوائق تقع مباشرة أسفل المجس، بل أيضًا فحص كامل المنطقة التي تغطيها شعاع الموجات فوق الصوتية.

6. ما هي العوائق التي يمكن أن تُنتج بسهولة صدىً كاذبًا؟

إذا كانت هناك أشياء أخرى تقع ضمن نطاق إرسال الموجات فوق الصوتية، فإن هذه الأشياء يمكن أن تعكس موجات الصوت أيضًا.

تشمل العوائق الشائعة ما يلي:

• أنابيب؛

• سلالم؛

• دعامات الخزانات؛

• مضخات وصمامات؛

• عوارض عرضية؛

• هياكل بارزة على جدران الخزانات؛

• معدات عملية أخرى.

خاصة عندما تقع العوائق على مسافة قريبة نسبيًا من المجس، فقد تكون الانعكاسات الناتجة عنها قوية نسبيًا، مما قد يؤدي إلى اعتبار الجهاز هذه الانعكاسات كسطح السائل الفعلي بشكل خاطئ.

يُعرف هذا باسم «انعكاس خاطئ».

لذلك، ينبغي خلال عملية التركيب إعطاء الأولوية لتجنب العوائق من خلال تحديد الموضع الصحيح أثناء التركيب، بدلاً من الاعتماد بالكامل على تصفية البرمجية.

إذا لم يكن من الممكن تجنّب الهياكل الثابتة فعليًا في الموقع، فيمكن حينئذٍ تطبيق تقنية كبح الصدى الكاذب أو تعديل المُعاملات وفقًا لوظائف الجهاز المُستخدم.

7. لماذا يجب أن يكون المجس عموديًا على سطح الوسط المرجّح؟

لضمان عودة موجات الصدى فوق الصوتية بشكل فعّال إلى المجس، ينبغي عمومًا محاذاة سطح الإرسال الخاص بالجهاز المُحوّل مع سطح الوسط المقاس بأقصى دقة ممكنة.

في حالة سطح السائل الأفقي، يُشترط عادةً تركيب المجس بحيث يكون مُوجَّه نحو الأسفل تقريبًا بشكل رأسي.

إذا كان المستشعر مائلًا بشكل ملحوظ، فقد تُعكَّر موجات الصوت في اتجاه آخر بعد وصولها إلى سطح السائل، مما يؤدي إلى:

• إضعاف إشارات الصدى؛

• قياس غير مستقر؛

• فقدان عرضي لإشارة مستوى السائل؛

• تقليل النطاق الفعلي للقياس.

لذلك، عند تركيب دعامة التثبيت، من الضروري أيضًا التحقق من أن المستشعر مثبت بشكل مستوٍ وثبات، وكذلك من أن اتجاه النقل صحيح.

8. لماذا لا يجب أن يدخل أعلى مستوى السائل إلى المنطقة العمياء؟

تتميز أجهزة قياس المستوى بالترددات فوق الصوتية عادةً بوجود منطقة عمياء لقياس معينة.

فور إرسال المجس لنبضة فوق صوتية، يُحتاج إلى مدة زمنية معيّنة لإتمام التحويل بين حالتي الإرسال والاستقبال؛ وبالتالي، قد لا يمكن قياس المنطقة القريبة جدًا من المجس بشكل طبيعي.

أثناء التركيب، يجب التأكد من أن:

توجد مسافة كافية بين سطح إرسال المجس ومستوى السائل الأعلى.

بعبارة أخرى:

لا يُسمح بدخول أعلى مستوى سائل إلى المنطقة المغلقة المُحددة لجهاز القياس.

تتفاوت منطقة المغلقة بين الطرازات المختلفة، وبالتالي لا يمكن تطبيق مسافة ثابتة واحدة بشكل عالمي.

أثناء عملية اختيار النموذج وتركيبه، يجب التحقق من ورقة مواصفات النموذج المقابل، مع تخصيص مساحة كافية بناءً على أعلى مستوى سائل ممكن.

9. قائمة تحقق من موقع تركيب جهاز قياس مستوى بالموجات فوق الصوتية

الأسئلة الشائعة

Q1: لماذا ينبغي تحديد هامش نطاق قياس أوسع عند قياس المواد الصلبة؟

غالبًا ما تكون أسطح المواد الصلبة غير متجانسة، وقد تُعكَّر الموجات فوق الصوتية في اتجاهات مختلفة؛ وبناءً على ذلك، يكون الصدى الفعّال الذي يعود إلى المجس غالبًا أضعف مقارنةً بالصدى الناتج عن سطح سائل مسطح.يجب أن يُؤخذ في الاعتبار خصائص المواد وظروف سطحها عند اختيار النموذج الفعلي، وليس فقط المسافة الهندسية.

Q2: لماذا يصعب قياس مواد مثل الدقيق أو القطن باستخدام تقنية الموجات فوق الصوتية؟

قد تُمتص هذه المواد اللينة كمية كبيرة من طاقة الموجات الصوتية، مما يؤدي إلى ظهور انعكاس ضعيف جدًا ويُعقّد عملية القياس.يجب التحقق من إمكانية استخدام القياس بالموجات فوق الصوتية بناءً على نوع المادة والטווח القياسي الفعلي.

Q3: هل وجود رغوة على سطح السائل يعني دائمًا أن مقياس المستوى بالموجات فوق الصوتية لا يمكن استخدامه؟

لا. لا تعني الكمية القليلة من الرغوة بالضرورة فشل القياس، لكن الرغوة الواسعة والسميكة والمستقرة قد تُضعف الصدى بدرجة كبيرة. وكقاعدة فحص أولية، يجب تقييم ملاءمة القياس بالموجات فوق الصوتية بحذر عندما يتجاوز سُمك الرغوة نحو 5 سم.

Q4: لماذا لا يكفي فحص المنطقة الموجودة مباشرة تحت المجس أثناء التركيب؟

نظرًا لأن الموجات فوق الصوتية تمتلك زاوية شعاع، فإن شعاع الصوت الفعلي يغطي منطقة تتوسع تدريجيًا مع زيادة المسافة.حتى في حال عدم وجود عائق مباشرة أسفل المجس، قد تُنتج الأنابيب أو الدعامات الموجودة عند حافة الإسقاط صدىً كاذبًا.

Q5: هل يمكن لبرنامج الحوسبة أن يُزيل تمامًا الصدى الكاذب الناتج عن العوائق؟

لا يمكن ضمان ذلك. يمكن لبرنامج الحوسبة أن يُخمّد بعض الصدى الكاذب الثابت، لكن الطريقة الأكثر موثوقية تظل تجنب العوائق قدر الإمكان أثناء عملية التركيب.

Q6: ما المسافة التي يجب تخصيصها بين أعلى مستوى سائل وأداة الاستشعار؟

لا توجد قيمة ثابتة عالمية؛ بل يجب تحديدها وفقًا لمنطقة العدوى في قياس الطراز المحدد، ويجب منع دخول أعلى مستوى ممكن من السائل إلى هذه المنطقة.

ملخص

لضمان التشغيل المستقر لمقياس مستوى فوق صوتي، يجب أخذ ظروف الموقع ومتطلبات التركيب في الاعتبار عند اختيار الطراز وتركيبه.

أثناء اختيار النموذج ، يجب تأكيد ما يلي كأولويات: نطاق القياس

الجسم المقاس ، الرغوة ، الغبار ، البخار ، وتآكل الوسط.

أثناء عملية التثبيت، ينبغي إعطاء الأولوية لتأكيد العناصر التالية: زاوية الشعاع

والعيوب، واتجاه المجس، والمنطقة المغلقة للقياس.

مقارنةً بتعديل معايير البرنامج بشكل متكرر بعد التثبيت، فإن اختيار موقع المجس بدقة قبل بدء العمل، وتجنب الأجسام التي قد تُسبب انعكاسات خاطئة، وضمان توفر نطاق قياس كافٍ ومسافة كافية من المنطقة المغلقة، يُعدّان بشكل عام أكثر فائدةً لضمان قياسات مستقرة على المدى الطويل.