الإنجليزية
الصينية
الإسبانية
الروسية
البرتغالية
الفرنسية
الألمانية
الإندونيسية
التايلاندية
الفيتنامية
الإيطالية
التركية
البولندية
اليابانية
تستخدم أجهزة إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية نبضات صوتية ذات تردد عالٍ، إلى جانب زمن انتقال الصدى، وذلك لتحقيق قياس لمستوى السائل دون الحاجة إلى تلامس مباشر. وتُستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع في معالجة المياه، وخزانات العمليات الصناعية، وأحواض تخزين المواد الصلبة المختارة، والقنوات المفتوحة، بالإضافة إلى أنظمة التحكم في العمليات. ولا يعتمد أداء القياس على الجهاز نفسه فحسب، بل أيضًا على درجة حرارة الهواء، ووجود البخار، وظاهرة التكثف، ووجود الغبار، وخصائص سطح الجهاز، فضلًا عن هندسة تركيب الجهاز.
يمكن تهيئة أجهزة إرسال مستويات الموجات فوق الصوتية من نوع METRAVON مع تعويض حراري، ووظائف معالجة الإرجاع، وغطاءً واقياً ملائماً، بالإضافة إلى مخرجات صناعية مثل تيار 4-20mA وواجهة RS485 Modbus RTU. وتتيح هذه الواجهات إمكانية دمج هذه الأجهزة مع وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC s)، ووحدات التحكم في الموقع (RTUs)، وأنظمة التحكم الموزعة (DCS)، ونظام SCADA، وأنظمة جمع البيانات عن بُعد. ولضمان التشغيل على المدى الطويل، يُعد الاختيار الدقيق، والتركيب السليم، والفحص الدوري، أموراً بالغة الأهمية، على غرار دقة الجهاز الاسمية.
1.كيف تؤثر درجة الحرارة والمناخ على القياس بالموجات فوق الصوتية
يمر نبضة فوق صوتية عبر الفراغ الغازي الواقع بين المستشعر وسطح المنتج. ويبلغ سرعة الصوت في الهواء حوالي 331 م/ث عند درجة حرارة 0°م، وتزداد هذه السرعة بنحو 0.6 م/ث لكل زيادة درجة مئوية واحدة في درجة الحرارة. وفي حال عدم تطبيق تعويض مناسب، فقد يؤدي التغير الكبير في درجة الحرارة إلى ظهور خطأ مباشر في قياس المسافة.
ينطبق METRAVON يمكن للنماذج المستخدمة الاستفادة من استشعار درجة الحرارة والتعويض التلقائي لتصحيح حساب سرعة الصوت. وتتراوح درجات حرارة تشغيل المجسات في التكوينات النموذجية بين -20 و+80°م تقريبًا، في حين تتراوح درجات حرارة الوحدات الإلكترونية بين -20 و+60°م تقريبًا، على أن تعتمد الحدود الدقيقة على النموذج المختار. ولذلك، ينبغي تقييم تطبيقات المياه في البيئات الخارجية —مثل الخزانات والمنشآت التي تشهد تغيرات كبيرة في درجة الحرارة بين النهار والليل— وفقًا للنطاق المحدد لدرجة الحرارة.
2. بيئات البخار والتكثيف والرطوبة العالية
عادةً لا يُعد رطوبة الجو الطبيعية العامل المحدد الرئيسي في قياس مستوى باستخدام الموجات فوق الصوتية. لكن وجود بخارٍ كبير، أو تكثُّفٍ مائي، أو تدرُّجاتٍ حادةٍ في درجة الحرارة، أو تراكمٍ للماء على سطح المُحوِّل، قد يُغيِّر ظروف انتشار الموجات الصوتية وانعكاسها، مما يؤدي إلى توهُّنٍ في الإشارة أو ظهور صدىٍ غير مستقر.
يمكن تحسين استقرار القياس من خلال اختيار نطاق مناسب، وتحديد عتبات الإرجاع، وتثبيط الإرجاعات الزائفة، بالإضافة إلى تركيب الجهاز بدقة. وفي الحالات التي لا يُستحسن فيها تركيب المكونات الإلكترونية مباشرةً عند نقطة القياس، يمكن استخدام نظام منفصل يتكون من مستشعر وأنبأ. كما تسمح بعض طرازات أجهزة القياس المُقسمة باستخدام كابلات مستشعر ممتدة، لكن يجب تقييم مدى طول هذه الكابلات وفقًا للحدود المُحددة لكابلات الجهاز، ولضمان سلامة الإشارة، ولتلبية متطلبات التوافق الكهرومغناطيسي.
3.قياس الغبار، وال رغوة، والمواد الصلبة الكتلية
يمكن للغبار وال رغوة والأسطح الصلبة غير المنتظمة أن تُضعف طاقة الموجات فوق الصوتية. أما السوائل، فهي عادةً توفر سطحًا عاكسًا مستقرًا نسبيًا، في حين قد تؤدي المساحيق والحبيبات والمواد الصلبة الكتلية إلى تشكيل أسطح مائلة، فضلًا عن تسببها في تشتت الغبار ووجوده في الهواء. ونتيجةً لذلك، يكون المدى الفعّال للمواد الصلبة عادةً أقصر من المدى الاسمي للسوائل الخاص بالوحدة المُحوِّلة نفسها.
في بعض تطبيقات المواد الصلبة الكتلية، قد يتراوح المدى القابل للاستخدام بنسبة تقارب 50٪ من المدى السائل، لكن هذا لا يُعد قاعدة هندسية ثابتة. إذ يعتمد الأداء الفعلي على عدد من العوامل، منها حجم الجسيمات، وزاوية سطحها، وتركيز الغبار، وخصائص الامتصاص الصوتي، وموقع المستشعر. كما يمكن استخدام غطاءات واقية عند الحاجة، وذلك للحد من تلوث المحول، وكذلك من التعرض الطويل الأمد للمطر، أو للإشعاع فوق البنفسجي، أو للجسيمات المعلقة في الهواء.
4. البيئات المُهالكة واختيار المواد
بالنسبة للتطبيقات الكيميائية أو المسببة للتآكل ، يجب النظر في توافق المواد بالإضافة إلى صدى الأداء. اعتمادًا على متطلبات النموذج والمشروع ، قد تتضمن مواد الاستشعار والضميمة القيمة المطلقة أو البلاستيكية أو PVDF أو PTFE أو البلاستيك الهندسي أو سبائك الألومنيوم.
في الحالات التي يُتوقع فيها وجود غازات مُهالكة، أو تَثرٍ كيميائي، أو تعرُّضٍ طويل الأمد في البيئات الخارجية، يجب اختيار المواد بناءً على تركيبها الكيميائي، وتركيزها، ودرجة حرارة التشغيل. أما في تطبيقات المناطق الخطرة، فيُشترط استخدام نموذجٍ معتمدٍ بشكلٍ مناسبٍ يوفر حمايةً من الانفجارات؛ إذ لا يكفي امتلاك تصنيف IP للمُحيط القياسي وحده لضمان ملاءمته لبيئة تحتوي على مواد قابلة للانفجار.
: 5.تصنيف الحماية، وضغط العملية، وتركيب خارجي
تُستخدم أجهزة إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في خزانات أو أحواض أو أسطوانات تخزين ذات بيئة جوية أو قريبة منها. وقد تتحمل بعض النماذج الصناعية ضغطًا موجبًا محدودًا، مثل نحو 0.1 ميجا باسكال، لكن يجب دائمًا التحقق من ضغط العملية المسموح به فعليًا من خلال ورقة بيانات المنتج الخاصة بالمنتج المعني.
بالنسبة للمنتجات من النوع المنقسم، قد توفر بعض المجسات حماية وفقًا للمقياس IP68، في حين قد يستخدم جهاز الإرسال الإلكتروني غلافًا مطابقًا للمقياسين IP65 أو IP66. ويُشير تصنيف IP إلى مقاومة الجهاز لدخول الغبار والماء؛ ولا ينبغي تفسير هذا التصنيف تلقائيًا على أنه يضمن صلاحية الجهاز للاستخدام الدائم في غمره الكامل، أو تحت تأثير غسل عالي الضغط، أو في بيئات عمل خطرة.
6. يُعدّ التركيب الصحيح أمرًا أساسيًا لتحقيق استقرار طويل الأمد.
يُعدّ موقع المستشعر عاملاً مؤثرًا بشكل كبير على جودة الإرجاع الصوتي. وينبغي أن يواجه المحول الصوتي سطح المادة بشكلٍ مباشر قدر الإمكان، كما يجب أن يُوضع بعيدًا عن تيارات التعبئة، وأجهزة التحريك، والملفات الحرارية، والسلالم، والعوارض الإنشائية، وجدران الوعاء، التي قد تُولِّد إرجاعات صوتية غير مرغوب فيها. وفي حالة المواد الصلبة الكتلية، ينبغي أيضًا أخذ نمط التعبئة وزاوية الاستقرار المتوقعة في الاعتبار.
بعد أن يُصدر محول الموجات فوق الصوتية نبضة، تظهر منطقة قصيرة لا يمكن فيها رصد ارتدادات موثوقة؛ وتُعرف هذه المنطقة عادةً باسم «مسافة الحجب» أو «المنطقة الميتة». ووفقًا لنوع الجهاز ونطاق القياس، قد تتراوح مسافة الحجب النموذجية بين 0.25 و1.2 مترًا، أو أكثر. ولذلك، يجب أن يبقى أعلى مستوى من المادة متوقعًا خارج هذه المنطقة.
يجب توجيه كابلات الطاقة، وكابلات الاتصال، وكابلات الجهد العالي وفقًا للممارسات الصناعية الخاصة بمنع التداخل الكهرومغناطيسي (EMC). كما يجب استخدام كابلات زوجية ملتوية مناسبة لشبكات RS485، مع تطبيق طبقة واقية، وارتباط بالأرض، وتهيئة نهائية، وحماية من الصواعق —كلها وفقًا لطول الكابل والبيئة الكهربائية المناسبة— عند الحاجة.
7. التنظيف والصيانة الدورية
لا يحتوي نظام قياس المستوى بالموجات فوق الصوتية على أجزاء ميكانيكية متحركة في تلامس مع وسط العملية، وبالتالي تكون متطلبات الصيانة الدورية محدودة في العموم. ومع ذلك، قد يتراكم الغبار أو التكثيف أو الترسبات أو أي نوع آخر من التلوث على سطح المحول، مما يؤدي إلى تقليل كمية الطاقة الصوتية المنقولة أو المستلمة.
يجب أن تُحدد فترات الفحص استنادًا إلى الظروف الفعلية في موقع التركيب. وفي الحالات التي يظهر فيها تلوث مرئي، قد يكون من المناسب اعتماد دورة فحص تتراوح مدتها بين شهرٍ واحدٍ وستة أشهر تقريبًا. ويجب فحص سطح المحول، والكابل، والأخاديد، وهيكل التثبيت، والوصلات الكهربائية. ويُستحسن أن يُجرى التنظيف باستخدام قماش ناعم، أو ماء نظيف، أو مُطهِّرٍ تم التأكد من توافقه مع مادة المستشعر؛ كما يجب تجنب استخدام أدوات تآكلية، أو مذيبات قوية لم يُثبت ملاءمتها.
– إعدادات الإرجاع، وتعويض درجة الحرارة، ومخرجات الإشارة (8 إعدادات)
بعد تركيب الجهاز، يجب تهيئته وفقًا للوعاء أو المخزن المستخدم فعليًا. وتشمل الإعدادات المهمة نقاط الصفر والنقطة ذات المدى الكامل، ومسافة الحجب، وزمن الاستجابة، بالإضافة إلى معلمات التعرف على الصدى. وفي حال تسبب الهياكل الثابتة تداخلًا، يمكن استخدام تقنية قمع الصدى الكاذب لتقليل تأثير الانعكاسات الثابتة المعروفة. كما يجب التحقق من تطبيق تعويض درجة الحرارة على امتداد نطاق التشغيل المتوقع.
بناءً على النموذج المحدد ، يمكن أن تتضمن خيارات الإخراج 4-20mA, RS485 Modbus RTU والإنذارات تتابع ، في حين HART قد تكون متاحة في الإصدارات المحددة. 4-20mA يمكن أن يمثل الإخراج المستوى أو المسافة أو الزلاجات ، بينما RS485 Modbus RTU يمكن أن توفر قيم العمليات الرقمية ومعلومات الحالة للتكامل مع PLC S ، RTUs ، DCS ،SCADA أنظمة وبوابات صناعية.
تتيح بعض النماذج أيضًا استجابةً محددةً في حال حدوث فشل أثناء القياس، مثل الاحتفاظ بالقيمة الصالحة الأخيرة أو الانتقال إلى مخرج عطل مُعدَّ مسبقًا. ويجب ضبط سلوك العطل الدقيق والقيمة الحالية وفقًا لدليل الجهاز ومتطلبات نظام التحكم.
9. المعايير التقنية النموذجية
تمثل القيم التالية التكوينات الهندسية النموذجية المتاحة عبر الأدوات الصناعية فوق الصوتية وهي مخصصة للاختيار الأولي. GB/T 38615-2020 هي المواصفات العامة الوطنية الصينية لقياس مستوى الموجات فوق الصوتية. فعلي METRAVON يجب تأكيد المواصفات والمعايير والشهادات المعمول بها من ورقة بيانات النموذج المحدد.
| : معلمة | : القيمة النموذجية / النطاق؛ | : ملاحظات؛ |
|---|---|---|
| : نطاق القياس؛ | : قد تشمل النطاقات السائلة تكوينات تقارب 0.3–15 م، و30 م، و50 م؛ | : يعتمد النطاق الصلب على درجة الانعكاس، ووجود الغبار، وظروف السطح. |
| دقة القياس: | – نطاق خطأ نموذجي على مستوى ±0.25% to ±0.5% أو ميليمتر: | – يعتمد على النموذج وظروف الاختبار: |
| – الدقة: | – عادةً بين 1–3 مم، أو تعتمد على المدى: | – تعتمد على معالجة الإشارة ونوع النموذج: |
| – مسافة الحجب: | – عادةً تتراوح بين 0.25–1.2 م تقريبًا: | – تتغير باختلاف المدى وتصميم المحول: |
| – مصدر الطاقة: | – 12–24 فولت تيار مستمر (VDC)18–30 فولت تيار مستمر (VDC) أو تيار متردد (AC) – تكوينات – | : يعتمد على تصميم ثنائي الأسلاك أو رباعي الأسلاك – |
| : إشارة الخرج – | 4-20mA, RS485 Modbus RTU; HART أو التتابع متاح في الطرز المختارة | : دعم تكامل مع وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وأنظمة التحكم الموزعة (DCS)، ونظام RTU – |
| : استهلاك الطاقة – | : عادةً ما يتراوح بين 1.5 و3 واط تقريبًا، أو أقل من ذلك | يعتمد على النموذج وتكوين التزويد: |
| – تصنيف الحماية؛ | – قد تصل المجسات المختارة إلى مستوى حماية IP68، في حين يمكن للوحدات الإلكترونية استخدام مستوى حماية IP65 أو IP66؛ | – يعتمد على تصميم المنتج؛ |
| – درجة حرارة التشغيل؛ | – درجة حرارة المجسات: عادةً من -20 إلى +80 °C، ودرجة حرارة المكونات الإلكترونية: عادةً من -20 إلى +60 °C؛ | – التحقق من متطلبات هذا النموذج المحدد؛ |
| – ضغط العملية؛ | – ظروف جوّية.يمكن للنماذج المختارة تحمل ضغطًا موجبًا محدودًا: | – التحقق من أقصى ضغط باستخدام النموذج: |
| – زاوية الشعاع: | – عادةً ما تتراوح بين 5° و12° تقريبًا: | – تعتمد على تردد ومجال المحول: |
| – الاتصال: | – دعم بروتوكول Modbus RTU و HART في النماذج المختارة: | – دعم تكامل الأنظمة الصناعية: |
| – الكابل | غلاف كابلات صناعي من PVC أو PUR أو غيرها: | – يعتمد الطول والمواد على الموديل ونوع التركيب؛ |
| – مادة المستشعر/الغلاف: ABS، PVC، PVDF، PTFE، بلاستيك هندسي، أو سبيكة ألومنيوم؛ | تم اختيار هذه الأجهزة بناءً على ظروف التآكل والظروف البيئية: |
– الأسئلة الشائعة؛
– السؤال الأول: كيف يؤثر درجة الحرارة على قياس مستوى باستخدام الموجات فوق الصوتية؟
A1: يتغير سرعة الصوت في الهواء باختلاف درجة الحرارة، وبالتالي فإن تباين درجات الحرارة يؤثر على العلاقة بين زمن انتقال الصدى والمسافة. وتُصحح النماذج المزودة بتعويض حراري حساب سرعة الصوت لتقليل هذا الخطأ.
Q2: هل يمكن لأجهزة إرسال مستويات بالموجات فوق الصوتية العمل في بيئات غنية بالغبار أو ذات بخار مرتفع؟
A2: يعتمد مدى ملاءمة الجهاز على تركيز الغبار، ومستوى البخار، ونطاق القياس، وقوة الإرجاع المتاحة. ويمكن أن تسهم معالجة إشارات الإرجاع، وتركيب الجهاز بدقة، واستخدام هياكل واقية مناسبة، في تعزيز موثوقيته؛ إلا أن وجود غبار شديد أو تدفق مستمر لكميات كبيرة من البخار قد يؤدي إلى تقليل كبير في النطاق القابل للاستخدام.
Q3: ما هي أهم متطلبات تركيب الجهاز؟
A3: يجب أن يكون المستشعر مواجهًا لسطح المادة المتوسط، مع تجنُّب تدفقات السوائل والعوائق الداخلية الكبرى، والبقاء خارج مسافة الحجب المحددة، بالإضافة إلى تركيبه على هيكل يتمتع باستقرار ميكانيكي.
Q4: ما هي إجراءات الصيانة الدورية المطلوبة؟
A4: قم بفحص سطح المحول، والكابل، والأخفازات، وهيكل التثبيت، والاتصالات الكهربائية. وفي حال وجود غبار أو تكثف أو ترسبات، حدد فترات تنظيف مناسبة وفقًا لمعدل التلوث الفعلي.
Q5: ما هي مخرجات واجهات الاتصال المتاحة؟
A5: حسب الطراز ، يمكن أن تتضمن المخرجات 4-20mA و RS485 Modbus RTU، بينما قد توفر الإصدارات المحددة أيضًا HART أو مخرجات ترحيل للتكامل مع PLC S ، RTUs ، DCS ،SCADA أو بوابات صناعية.
Q6: هل يعني تصنيف IP68 أن يمكن للجهاز بأكمله أن يبقى مغمورًا بشكل دائم؟
A6: ليس بالضرورة. في الأجهزة من نوع «مقسم»، قد يكون جهاز الاستشعار مطابقًا للمواصفة IP68، في حين تكون وحدة الإلكترونيات مطابقة للمواصفة IP65 أو IP66. ويجب التحقق من شروط التعرّض المسموح بها بشكل منفصل لكل مكوّن على حدة.
Q7: كيف ينبغي تحديد نطاق القياس؟
A7: يُستحسن اختيار نطاقٍ يعتمد على أقصى مسافة من المستشعر إلى أدنى مستوى متوقع، مع أخذ مسافة الحجب، والهامش الهندسي، وقوة الإرجاع في الاعتبار.كما تتطلب المواد الصلبة بالجملة أخذ عوامل مثل الغبار، وزاوية السطح، والتشتت في الاعتبار.
Q8: ما الذي ينبغي التحقق منه إذا أصبح القراءات غير مستقرة مع مرور الوقت؟
A8: تحقق من تلوث المحول، واستقرار تركيبه، ووجود عوائق ثابتة، وتغيرات في درجة الحرارة، وظهور صدى زائف، وقوة الإشارة، ومصدر التغذية الكهربائية، وتوصيلات الاتصال. وقد يتطلب الأمر إجراء عملية تعلم من الصدى أو التحقق من المعاملات.
Q9: هل يمكن استخدام أجهزة إرسال مستويات بالموجات فوق الصوتية للمراقبة عن بُعد؟
A9: نعم. 4-20mA يمكن توصيل الإشارة إلى جهاز تحكم عن بعد PLC أو RTU ، بينما RS485 Modbus RTU يمكن أن توفر البيانات الرقمية لبوابة صناعية لإيثرنت أو الشبكة الخلوية أو غيرها من الاتصالات عن بعد.
Q10: ما هو الفرق الرئيسي بين القياس السائل والقياس الكتلي الصلب؟
A10: توفر السوائل عمومًا سطحًا عاكسًا مستقرًا نسبيًا. في حين يمكن للمواد الصلبة الكتلية أن تُشكِّل أسطحًا مائلة، أو تُحدث تشتتًا، أو تُنتج غبارًا؛ ولذلك فإنها تتطلب عادةً هامشًا قياسيًا أوسع، بالإضافة إلى وضع دقيق لأجهزة الاستشعار.
الخلاصة
تعتمد استقرارية قياس مستوى الموجات فوق الصوتية على المدى الطويل على عدة عوامل، منها تعويض درجة الحرارة، وجودة الإرجاع الصوتي، وموقع التركيب، ودرجة حماية الوحدة الخارجية، وحالة الصيانة. إذ يمكن لتغيرات درجة الحرارة، ووجود البخار، أو تكوّن التكثيف، أو تراكم الغبار، أو وجود رغوة، أو عدم انتظام أسطح المنتج، أن تؤثر جميعها على انتشار الموجات فوق الصوتية أو انعكاسها؛ ولذلك يجب اختيار مدى القياس وتكوين المستشعر وفقًا لظروف العملية الفعلية.
METRAVON يمكن تكوين أجهزة إرسال مستوى الموجات فوق الصوتية مع 4-20mA, RS485 Modbus RTU واجهات اختيارية أخرى للتكامل مع PLC S ، RTUs ، DCS ،SCADA أنظمة المراقبة عن بعد. يساعد الاختيار الصحيح والتركيب والفحص الدوري على الحفاظ على مستوى بيانات مستقر مع توفير واجهة متوافقة وقابلة للتوسعة المستقبلية لنظام التشغيل الآلي.
