المشكلات الشائعة في أجهزة إرسال المستوى بالموجات فوق الصوتية

الأسئلة المتداولة حول أجهزة إرسال مستوى السائل بالموجات فوق الصوتية: خزانات مغلقة ، أسطح متقلبة ، مناطق عمياء وإرشادات التركيب

أجهزة إرسال مستوى السائل بالموجات فوق الصوتية تستخدم قياسات وقت الرحلة غير التلامسية لتحديد موقع السوائل أو الأسطح الصلبة السائبة. يرسل أجهزة الاستشعار نبضات بالموجات فوق الصوتية إلى المادة ، وتتلقى صدى انعكاس ، ويحسب المسافة استنادًا إلى وقت الانتشار المقياس وسرعة الصوت الحالية.

يتم استخدام قياسات الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في خزانات المياه وأنظمة مياه الصرف الصحي ، وخزانات المياه ، والقنوات المفتوحة ، والحاويات الصناعية والخزانات الصلبة السائبة المختارة. يمكن أن يتأثر استقرار القياس بالحرارة ، وتكوين الغاز ، والبخار ، والتكثيف ، والرغوة ، وحركة السطح ، والغبار ، وهندسة التركيب. لذلك ، فإن الاختيار الصحيح والتركيب مهم للغاية للأداء على المدى الطويل.

1. كيف يعمل جهاز إرسال مستوى الموجات فوق الصوتية؟

يتم تركيب أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية فوق وسط العملية لإرسال نبضات صوتية إلى السوائل أو الأسطح الصلبة. تنعكس الموجات الصوتية على سطح المواد ، ويعود جزء من الصدى إلى المحول الذي يتم تحويله إلى إشارة كهربائية في المحول. يقيس الأداة

وقت السفر ذهابًا وإيابًا ويحسب المسافة باستخدام سرعة الصوت في مساحة الغاز:

المسافة = سرعة الصوت × وقت الذهاب وإياب ÷ 2

عند تركيب الارتفاع المرجعي المعروف ، يمكن حساب مستوى السائل الفعلي على النحو التالي:

مستوى السائل = الارتفاع المرجعي - المسافة إلى سطح المواد

نظرًا لأن سرعة الصوت تتغير في الهواء مع درجة الحرارة ، يستخدم مقاييس مستوى الموجات فوق الصوتية الصناعية عمومًا استشعار درجة الحرارة والتعويض للحد من أخطاء القياس المتعلقة بالحرارة.

2. كيف يجب قياس السوائل المتطايرة في خزان مغلق؟

تحتاج خزانات التخزين المغلقة التي تحتوي على سائل متطاير إلى الانتباه إلى تكوين الغاز فوق السائل والتكثيف في أجهزة الاستشعار. تنتقل إشارات الموجات فوق الصوتية عبر الفضاء الغازي، وبالتالي إذا كان تكوين البخار مختلفًا بشكل ملحوظ عن الهواء العادي، فقد تختلف سرعة الصوت الفعلية أيضًا، مما يؤدي إلى خطأ في المسافة. كما تتكثف الوسائط المتطايرة

على سطح أجهزة الاستشعار الأكثر برودة. يمكن للأغشية السائلة المستمرة أو طبقة التكثيف أن تضعف الموجات الصوتية المنبعثة والمستلمة وتسبب صدى غير مستقر.

تأكيد تكوين الغاز

إذا كانت مساحة البخار مختلفة بشكل ملحوظ عن الهواء ، قم بتقييم التأثير على سرعة الصوت ودقة القياس.

رصد التكثيف الغشاء السائل المستمر على جهاز استشعار

يقلل من كثافة الصدى وقد تتطلب مواقع تركيب مختلفة أو عمليات تفتيش منتظمة.

تقييم التغيرات البخار

ينبغي تقييم بعناية عملية التغيرات المستمرة في تركيز البخار ومقارنة الرادار أو غيرها من التقنيات غير الاتصال عند الاقتضاء.

3. كيفية استقرار القياسات على سطح سائل ممارسة مكثفة؟

يمكن أن يسبب الملء ، والجر ، والإثارة ، والتهوية ، وتشغيل المضخة حركة سطح مستمرة. عندما تصل النبضة فوق الصوتية إلى سطح منحدر أو يتحرك بسرعة ، قد ينعكس جزء من الطاقة الصوتية بعيدًا عن المحول ، مما يقلل من الصدى القابل للاستخدام.

يتم تحسين ثبات القياس عادة من خلال وضع التثبيت واختيار النطاق ومعالجة الإشارات.

تحسين موقع تركيب:

— قم بتركيب المستشعر فوق منطقة مستقرة نسبيًا تمثل متوسط مستوى السائل، وبأبعد مسافة عن أجهزة التحريك، ونقاط الدخول، وظواهر اضطراب شديد.

— تأكد من توفير هامش قياس كافٍ.

يمكن أن يؤدي حركة السطح، والفقاعات، والبخار إلى تقليل شدة الإرجاع القابلة للاستخدام، لذا ينبغي أن يشمل نطاق القياس هامشًا مناسبًا للتطبيق.

استخدم تقنية التخميد والترشيح

يمكن لإعدادات التوسيط والتخميد ومعالجة الإرجاع أن توازن بين سرعة الاستجابة واستقرار المخرجات.

استخدم بئر تثبيط عند الاقتضاء

يمكن لبعض تطبيقات السوائل المحددة استخدام بئر تثبيط مُصمم بدقة لإنشاء سطح قياس أكثر استقرارًا.

4.ما هي ظروف درجة الحرارة والضغط المناسبة للقياس بالموجات فوق الصوتية؟

يعتمد الحد الأقصى لدرجة الحرارة والضغط المسموح به في العملية على مادة المحول، وطريقة توصيل العملية، وبنية الجهاز. وقد تختلف هذه الحدود بشكل كبير باختلاف طراز الموجات فوق الصوتية المستخدم. ولذلك، ينبغي عند اختيار مشروع

تحديد كلٍّ من درجة حرارة العملية، ودرجة حرارة البيئة المحيطة، والضغط المسموح به في العمليةبشكل منفصل.تتطلب التطبيقات التي تعمل في ظروف ذات درجات حرارة مرتفعة وضغوط عالية، أو تتضمن بخارات كثيفة، أو تستخدم غازات ذات طور غير معتاد، إجراء تقييم إضافي قبل اعتماد قياسات بالموجات فوق الصوتية.

5. ما هو «المنطقة العمياء» الخاصة بوحدة إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية؟

بعد إرسال نبضة فوق صوتية، يستمر المحول في الاهتزاز لفترة وجيزة، مما يجعله غير قادر على كشف إشارة عاكسة تعود بسرعة كبيرة بشكل موثوق. ويؤدي هذا إلى ظهور منطقة قصيرة غير قابلة للقياس بالقرب من المستشعر، تُعرف عادةً باسم «منطقة العمى» ()، أو «مسافة الحجب» ()، أو «المنطقة الميتة» (

). ويجب أن يبقى أعلى مستوى متوقع خارج نطاق هذه المسافة الحجبية.لذلك، يجب أن يشمل ارتفاع التركيب مسافة تفافية مناسبة فوق أعلى مستوى للعملية.

يتفاوت مدى الحجب تبعًا لتردد المحول، ونطاق العمل، وطريقة تصنيعه. فقد تختلف مناطق العمى بشكل كبير بين أجهزة إرسال الموجات فوق الصوتية ذات المدى القصير وأخرى ذات المدى الطويل، لذا يجب التحقق من القيمة الفعلية من ورقة بيانات النموذج المختار.

6. ما الفرق بين أجهزة إرسال الموجات فوق الصوتية ذات سلكين، وثلاثة أسلاك، وأربعة أسلاك؟

يعتمد توزيع الأسلاك على مصدر تغذية الجهاز وتصميم مخرجه.تشمل التكوينات الصناعية الشائعة أنظمة ذات سلكين، وثلاثة أسلاك، وأربعة أسلاك.

لا يُحدد نوع التوصيل الكهربائي وحده أداء نقل الموجات فوق الصوتية؛ إذ تعتمد القدرة الفعلية على القياس على حجم المحول، وتصميم المكونات الإلكترونية، وإدارة الطاقة، ونطاق جهاز القياس. وينبغي أن يُنفَّذ التركيب وفقًا لرسمة التوصيل الخاصة بالمنتج المختار.

؛ 7. ما هو العامل الأكثر أهمية عند اختيار النظام الهندسي؟

: يُعدّ موقع التثبيت عاملاً مؤثرًا بشكل كبير على استقرار قياسات الموجات فوق الصوتية.يجب تركيب المستشعر فوق سطحٍ ممثل، مع ضمان توفر مسار صوتيٍ واضحٍ له.

: تجنب نقاط التعبئة

يمكن أن تؤدي المواد الصلبة المتساقطة والسوائل الداخلة إلى انسداد السطح الفعلي، مما يؤدي إلى توليد صدى غير مستقر.

تجنّب استخدام أجهزة تحريك.

إذ تُعدّل شفرات أجهزة التحريك والتurbulence باستمرار حالة السطح.

تجنّب وجود عوائق ثابتة.

إذ يمكن للمصاعد والأعمدة والأنابيب أن تُولّد انعكاسات صوتية غير مرغوب فيها.

تأكد من توفير منطقة عمياء.

يجب أن يبقى الحد الأقصى لمستوى العملية خارج مسافة الحجب المحددة.

8.كيف ينبغي تحديد أبعاد الفلنج والفتحة؟

تعتمد أبعاد التثبيت-الفتح على نطاق المستشعر ، وقطر المحول ، والشعاع الصوتي وبناء المنتج. يمكن لفوهة طويلة أو ضيقة تقييد انتشار الصوت وتوليد انعكاسات داخلية إضافية.

لذلك، يجب أن يتوافق حجم الفلنج وطول الفوهة مع متطلبات التركيب الخاصة بجهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية المحدد. فبالنسبة للمحوّلات ذات المدى الطويل، فإنها تتطلب عادةً مسافة فراغ مناسبة حولها، في حين يجب أن توفر المنتجات ذات المدى القصير مساحة فتحة كافية لضمان نقل واستقبال إشاراتٍ طبيعية.

: 9.ما الفرق بين جهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية ومستشعر مستوى صلب بالموجات فوق الصوتية؟ يُعد مصطلح «جهاز قياس مستوى بالموجات فوق الصوتية» مصطلحًا عامًا يشمل القياس غير التلامسي لكل من السوائل والأجسام الصلبة الكتلية.

عند استخدام الجهاز مع السوائل، يُسمّى عادةً «جهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية» ()، أما عند استخدامه مع المساحيق أو الحبيبات أو المواد الصلبة الأخرى، فيُعرف عادةً باسم «مستشعر مستوى صلب بالموجات فوق الصوتية» ()، أو «مستشعر مستوى بالموجات فوق الصوتية للمواد الصلبة غير المُعبأة». ويُتّبع في جميع الحالات نفس مبدأ «زمن الطيران»، لكن تطبيقات المواد الصلبة تتطلب عادةً هامش قياس أوسع وقدرة أقوى على معالجة الإشارات العكسية.

10.ما مدى فعالية القياس بالموجات فوق الصوتية في حالة المواد الصلبة الكمية؟

يمكن لأدوات الموجات فوق الصوتية قياس المساحيق والحبيبات والمواد الصلبة السائبة المختارة. ومع ذلك ، عادة ما تخلق الأسطح الصلبة ظروف صدى أكثر تعقيدًا من الأسطح السائلة. يمكن للمواد السائبة تشكيل أسطح منحدرات ، تشتت صوتي وغبار محمول جواً يقلل من قوة الصدى.

لذلك تتطلب التطبيقات الصلبة عادةً هامش قياس إضافي وتصاعد دقيق بعيدًا عن تيار الملء. يجب أن يمثل الموضع المفضل متوسط مستوى المواد ويوفر منطقة انعكاس مستقرة.

قد يكون المدى الفعّال للقياس بالنسبة للمواد الصلبة أصغر من المدى المستخدم بالنسبة للمواد السائلة في نفس المحول الصوتي. ويعتمد هذا العلاقة الدقيقة على حجم الجسيمات، ووجود غبار، وزاوية الاستقرار، وخصائص الانعكاس الصوتي؛ ولذلك يجب تقييم المدى القابل للاستخدام بالنسبة للمادة الكتلية المحددة.

11. هل تُعدّ السوائل المُهالكة، أو ذات لزوجة عالية، أو ذات طلاء غامق، مناسبة للقياس بالموجات فوق الصوتية؟

نظرًا لأن أجهزة إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية تُركَّب عادةً فوق السائل ولا تظل مغمورة في عملية التشغيل، فإنها يمكن أن تكون مفيدة بالنسبة إلى أنواع محددة من السوائل المُهالكة أو ذات لزوجة عالية أو شديدة العكارة.

يجب أن يأخذ التطبيق في الاعتبار أيضًا البخار، وال رغوة، والتكثف، ودرجة حرارة العملية. إذ يمكن للوسائط عالية الانبعاثية، أو التغيرات الحادة في تركيبة البخار، أو وجود رغوة كثيفة ومستمرة، أن تؤثر على انتشار الصوت وجودة الصدى، ويجب تقييم هذه العوامل أثناء عملية الاختيار.

12.المشكلات الشائعة وتوجيهات الفحص:

؛ الأسئلة الشائعة

؛ السؤال الأول: هل يمكن استخدام جهاز إرسال موجات فوق صوتية لقياس مستوى السوائل المتطايرة في خزان مغلق؟

أ1: نعم، وذلك اعتمادًا على ظروف منطقة البخار. إذ يمكن للغازات المتطايرة أن تؤثر في سرعة الصوت، كما قد يؤدي التكثيف إلى تقليل أداء المحول، لذا يجب تقييم نوع الوسط ودرجة حرارته وظروف البخار.

Q2: هل يمكن استخدام القياس بالموجات فوق الصوتية في حال كان سطح السائل يتحرك بسرعة كبيرة؟

A2: نعم. يمكن تحسين ثبات القياس من خلال وضع التثبيت الأفضل ، وهامش القياس المناسب ، والتثبيخ والتصفية. يمكن للتطبيقات السائلة المحددة أيضًا استخدام بئر ركائز مصممة بشكل صحيح.

Q3: ما هي المنطقة العمياء لجهاز إرسال مستوى الموجات فوق الصوتية ؟

A3: تُعدّ المنطقة القريبة من المحول المنطقة التي لا يمكن فيها اكتشاف الصدى المنعكس بشكل موثوق، ويجب أن يبقى مستوى العملية الأقصى خارج هذه المنطقة.

Q4: ما ميزة جهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية ذي سلكين؟

A4: جهاز إرسال ثنائي السلك يستخدم عادة نفس زوج الأسلاك لإمداد الطاقة و 4-20mA نقل الإشارات ، وتوفير الأسلاك الميدانية بسيطة لأجهزة العمليات.

Q5: هل يُعدّ جهاز إرسال بالموجات فوق الصوتية ذي ثلاثة أسلاك مماثلاً لجهاز إرسال ذي أربعة أسلاك؟

A5: لا، إذ يستخدمون هياكل توصيل مختلفة؛ فبعض التصاميم ثلاثية الأسلاك تستخدم موصلًا مشتركًا بين دائرة التيار الدائم ودائرة الإشارة، في حين تُفصل التصاميم رباعية الأسلاك عادةً دوائر التيار الدائم ودوائر الإشارة.

Q6: هل يمكن استخدام أجهزة إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية مع السوائل المُهَدِّدة للصدأ؟

A6: يُقلّل القياس غير التلامسي من التعرّض المباشر للسوائل، لكن لا يزال من الضروري أخذ نوع مادة المحول، ووجود أبخرة مُهَدِّدة للصدأ، ودرجة الحرارة، وظاهرة التكثيف في الاعتبار.

Q7: هل يمكن للأجهزة فوق الصوتية قياس المساحيق والحبيبات؟

أ7: نعم. يمكن أن يؤدي وجود غبار أو أسطح مائلة أو تشتت صوتي إلى تقليل شدة الصدى القابلة للاستخدام، مما يستدعي في كثير من الأحيان توفير هامش قياس إضافي وتركيب دقيق.

Q8: كيف ينبغي اختيار فتحة التركيب؟

أ8: يجب اختيار أبعاد الشفة أو الخيط أو الفوهة وفقًا لحجم المحول، ونطاق القياس، وخصائص الحزمة، ومتطلبات التركيب الخاصة بالنموذج المحدد.

— الخلاصة

تُعد أجهزة إرسال مستويات بالموجات فوق الصوتية تقنية قياس ناضجة وغير تلامسية تُستخدم في قياس مستويات المياه، والمياه الملوثة، وخزانات التخزين، بالإضافة إلى تطبيقات محددة للمواد الصلبة السائبة. وتعتمد استقرارية القياس على مدى طويل على عدة عوامل، منها سرعة الصوت في الطور الغازي، وتعويض درجة الحرارة، وتكثف البخار، وحركة السطح، ووجود منطقة عمياء، وموضع تركيب الجهاز.

تتطلب السوائل المتطايرة في خزانات مغلقة مراقبة دقيقة لتكوين الغازات وظاهرة التكثف. كما أن أسطح السوائل الديناميكية تستفيد من تركيب مناسب، وهامش قياس كافٍ، وتصفية رقمية فعّالة. أما في تطبيقات المواد الصلبة، فيجب أخذ عوامل مثل الغبار، والتشتت، وميل سطح المادة في الاعتبار. وينبغي اختيار تصميمات ذات سلكين، أو ثلاثة أسلاك، أو أربعة أسلاك، وذلك استنادًا إلى قدرة الجهاز وبنية الإشارة الخاصة به، في حين يجب الالتزام بأبعاد الشفة، وطول الفوهة، ومسافة الحجب، وفقًا للتوثيق الفني الخاص بالنموذج المختار.

METRAVON يمكن تكوين منتجات قياس مستوى الموجات فوق الصوتية وفقًا لمتوسط العملية ومسافة القياس والظروف البيئية وإمدادات الطاقة واجهات النظام مثل 4-20mA و RS485 Modbus RTU دعم التكامل مع PLCs ، RTUs ، أنظمة الحصول على البيانات ومنصات المراقبة عن بعد لقياس مستوى السائل والصلب المستقر والقابل للتطوير.