مرسلات مستوى الموجات فوق الصوتية للتطبيقات الصناعية والزراعية والبنية التحتية

يُعدّ قياس الارتفاع وقياس مستوى المياه من متغيرات العمليات المهمة في الإنتاج الصناعي، ومعالجة المياه، والري الزراعي، ومراقبة البنى التحتية. توفر بيانات مستوى موثوقة دعماً للتحكم في العمليات، وحماية المعدات، وإدارة الإنذارات، والمراقبة عن بُعد.

ويُوفِّر جهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية قياساً غير تلامسيًا من خلال تركيب المستشعر فوق سطح السائل. نظرًا لأن عنصر الاستشعار لا يحتاج عادةً إلى البقاء مغمورًا في الوسط، فإن هذه التكنولوجيا تُستخدم على نطاق واسع في معالجة المياه، ومياه الصرف الصحي، والخزانات، وأسطح التخزين، بالإضافة إلى تطبيقات محددة باستخدام السوائل الكيميائية.

١. كيف يعمل جهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية؟

: يحدد جهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية المسافة إلى سطح السائل من خلال قياس زمن انتقال نبضة موجات فوق صوتية عبر الهواء. ينبعث من المستشعر نبضة فوق صوتية باتجاه سطح السائل، حيث ينعكس الموجة الصوتية عن السطح ثم تعود إلى المستشعر.

المسافة = سرعة الصوت × زمن الرحلة ذهابًا وإيابًا ÷ 2

عند معرفة ارتفاع المرجع للتركيب أو ارتفاع الخزان، يمكن حساب مستوى السائل الفعلي وفقًا للمعادلة التالية:

مستوى السائل = ارتفاع المرجع − المسافة المقاسة

وبالتالي، يقيس الجهاز المسافة أولًا، ثم يحول قيمة المسافة إلى مستوى السائل أو مستوى الماء وفقًا لمتغيرات التركيب المُعدَّة مسبقًا.

ويتحرك النبض فوق الصوتي بشكل أساسي عبر الفراغ الهوائي الواقع بين المستشعر وسطح السائل. لا يقيس مستوى السائل عبر نقل صوتٍ عبر السائل نفسه.

٢. الميزات الرئيسية لقياس المستوى باستخدام الموجات فوق الصوتية:

– قياسٍ دون تلامس؛

– يُركَّب المستشعر عادةً فوق سطح السائل، مما يقلل من التعرُّض المباشر للتآكل والتلوث والترسبات؛

– مراقبة مستمرة لمستوى السائل.

يمكن توفير قيم مستمرة للمستويات لأغراض مراقبة العمليات، وتنبيهات، والتحكم، وجمع البيانات عن بُعد.

تكامل النظام

اعتمادًا على النموذج، قد تشمل واجهات الاتصال: تيارًا من نوع 4-20mA، أو RS485، أو Modbus RTU، أو مخرجات ريليه.

لا تحتوي على أجزاء ميكانيكية متحركة.

لا يعتمد قياسها على عوالم عائمة، أو أذرع ميكانيكية، أو أي آليات استشعار متحركة أخرى.

: مناسب لعدد من السوائل؛

: تشمل تطبيقاته الماء، والمياه الملوثة، إضافةً إلى زيوت مختارة أو سوائل كيميائية، وذلك وفقًا لظروف العملية؛

: 3. المعايير التقنية الرئيسية

تتفاوت المواصفات التقنية باختلاف نطاق القياس، وتصميم المحول، وتكوين المخرجات، ومتطلبات الظروف البيئية. ويجب اختيار النموذج النهائي وفقًا لظروف التركيب الفعلية.

: معلمة؛	: وصف؛
: مبدأ القياس؛	: زمن الطيران بالموجات فوق الصوتية؛
: نوع القياس؛	: قياس مستمر غير تلامسي؛
: نطاق القياس؛	: يُحدد استنادًا إلى الطراز والمسافة المطلوبة للقياس؛
: دقة القياس؛	: تعتمد على الطراز.مدى التشغيل وشروط التطبيق:
منطقة خالية؛	يعتمد على تصميم المحول ومدى القياس؛
مصدر الطاقة؛	يعتمد على النموذج المختار؛
إشارة الخرج	4-20mA,RS485 أو خيارات أخرى متاحة حسب الطراز:
– بروتوكول الاتصال؛	– Modbus RTU، متوفر في الطرازات الرقمية المناسبة؛
– تعويض درجة الحرارة؛	– متوفر عادةً في طرازات الموجات فوق الصوتية الصناعية؛
– استهلاك الطاقة؛	– يعتمد على تهيئة التغذية والمخرجات؛
– تصنيف الحماية؛	– يُحدد وفقًا لمتطلبات التركيب الداخلي أو الخارجي؛
– التشغيل.درجة الحرارة	تعتمد على النموذج المختار
تركيب	اتصال مُخيط، أو حامل تثبيت، أو هيكل آخر
مادة المستشعر / غلافه	تُختار وفقًا لطبيعة الوسط وظروف البيئة
مادة الكابل	يعتمد ذلك على بنية المستشعر وبيئة تركيبه؛

ل معين METRAVON جهاز إرسال مستوى الموجات فوق الصوتية, يجب تأكيد مدى القياس والدقة وإمدادات الطاقة وتصنيف الحماية وواجهة الإشارة من ورقة بيانات المنتج المقابلة.

4. تطبيقات نموذجية

مراقبة على مستوى صناعي

تشمل التطبيقات النموذجية خزانات المياه الصناعية، وخزانات العمليات، وأحواض مياه الصرف الصحي، خزانات المياه النظيفة، وخزانات جمع المياه، ومحطات ضخ، ونُظُم معالجة المياه الخام.

يمكن ربط إشارات المستوى بأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC s) أو بأنظمة تحكم أخرى لأغراض المراقبة المستمرة. تنبيهات والتحكم في المضخة.

مراقبة مستوى المياه في الزراعة؛ تشمل تطبيقات نظام

خزانات الري، وخزانات المزارع، وأحواض تخزين المياه. قنوات مفتوحة وخزانات تخزين للري المدمج.

عند دمجها مع أجهزة تسجيل البيانات وأجهزة الاتصال، يمكن مراقبة معلومات مستوى المياه عن بُعد.

مراقبة تصريف المياه في المناطق الحضرية وفيضانات الطرق؛

يمكن استخدام مستشعرات فوق صوتية في الطرق المنخفضة، والممرات تحت الأرضية، وقنوات تصريف المياه. آبار مياه الأمطار وأنظمة تصريف مياه المدن.

يمكن لبيانات القياس أن تدعم تنبيهات الفيضانات، والتحكم في مضخات الصرف، والمراقبة عن بُعد.

: بنية نموذجية للمراقبة عن بُعد:

: جهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية → جهاز تسجيل البيانات → شبكة 4G / LoRa WAN → منصة مراقبة عن بُعد

: في التطبيقات الزراعية، تُستخدم أجهزة إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية بشكل أساسي لمراقبة مستوى المياه أو مستوى السوائل. ليست هذه الأجهزة مخصصة لقياس رطوبة التربة مباشرةً؛ بل يجب قياس رطوبة التربة باستخدام مستشعر مخصص لذلك.

: 5. العوامل المؤثرة على قياس مستوى باستخدام الموجات فوق الصوتية.

: الرغوة.

يمكن للرغوة السميكة امتصاص أو تخفيف صدى الموجات فوق الصوتية.

بخار وبخار

يمكن أن يؤثر البخار أو البخار ذو درجة الحرارة العالية على انتشار الموجات الصوتية.

درجة الحرارة

: تؤثر درجة حرارة الهواء على سرعة الصوت، ولذلك يُستخدم تعويض درجة الحرارة بشكل شائع.

: حركة السطح

: يمكن أن يؤدي الاضطراب الشديد أو التدفق السريع إلى ظهور صدى غير مستقر.

يمكن أن تؤدي العوائق (

) —مثل الأنابيب، والسلالم، والأعمدة، والهياكل الداخلية الأخرى— إلى توليد صدى غير مرغوب فيه.

6. كيفية اختيار جهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية

عناصر الاختيار	معلومات للتحقق
الوسط المقاس	: ماء، أو مياه صرف، أو زيت، أو سائل كيميائي
أقصى مسافة قياس	المسافة من المستشعر إلى أدنى مستوى سائل متوقع
\| أقصى مستوى سائل متوقع	\| التأكد من بقاء أعلى مستوى خارج منطقة الخمول
\| ظروف العملية	\| الرغوة، والبخار، وتغيرات درجة الحرارة، وحركة السطح
\| بيئة التركيب	\| داخلي، خارجي، خزان، خزان تخزين، أو قناة مفتوحة
إشارة المخرجات:	– 4-20mA أو RS485؛
– الاتصال؛	– هل يُشترط استخدام Modbus RTU؟؛
– تكامل النظام؛	– وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، أو نظام RTU، أو نظام SCADA، أو جهاز تسجيل بيانات، أو منصة إنترنت الأشياء (IoT)؛
– متطلبات الحماية؛	– يتم اختيارها بناءً على بيئة الموقع

بالنسبة لمشاريع المراقبة عن بُعد، ينبغي أيضًا أخذ واجهات الاتصال وتوسيع النظام في المستقبل في الاعتبار. يتيح ذلك لجهاز إرسال مستوى الدمج بسهولة أكبر مع أنظمة الأتمتة الحالية وبنية إنترنت الأشياء.

الأسئلة الشائعة،

السؤال 1: هل يتطلب جهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية أن يكون على اتصال مادي مع السائل؟

الإجابة 1: لا، إذ يُركَّب المستشعر عادةً فوق سطح السائل، ويقيس المسافة استنادًا إلى زمن انتقال نبضة الموجات فوق الصوتية.

السؤال 2: هل يمكن لجهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية قياس مياه الصرف الصحي؟

A2: نعم. يمكن استخدامه في العديد من تطبيقات معالجة مياه الصرف الصحي، لكن يجب تقييم ظاهرة الرغوة، والبخار، وحركة السطح.

Q3: هل يمكن لأجهزة استشعار فوق صوتية قياس مستوى الماء في الخزانات؟

A3: نعم. تُعد خزانات المياه، والخزانات المائية، وخزانات التخزين من التطبيقات الشائعة.

Q4: هل يمكن لجهاز إرسال مستوى فوق صوتي استخدام بروتوكول RS485؟

A4: توفر بعض النماذج الصناعية دعمًا لاتصال RS485، بالإضافة إلى دعم بروتوكول Modbus RTU.

Q5: لماذا يلزم إجراء تعويض حراري؟

A5: يؤثر درجة حرارة الهواء على سرعة الصوت، ويُساعد التعويض عن درجة الحرارة في تقليل خطأ قياس المسافة الناتج عن ذلك.

Q6: هل يؤثر الرغوة على قياس مستوى الموجات فوق الصوتية؟

A6: نعم. يمكن لل رغوة سميكة أن تقلل من قوة إشارة الموجات فوق الصوتية المنعكسة، ويجب تقييمها أثناء عملية الاختيار.

Q7: هل يمكن استخدام أجهزة إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية في البيئات الخارجية؟

A7: نعم. ويجب اختيار تصنيف الحماية وهيكل التركيب وفقًا لطبيعة الأمطار ودرجة الحرارة وظروف الموقع.

Q8: هل يمكن لجهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية أن يتصل مباشرةً بجهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC)؟

A8: نعم.اعتمادًا على واجهة إدخال وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، يمكن استخدام تيار 4-20mA أو اتصال RS485 Modbus.

– الخلاصة

جهاز إرسال مستوى الموجات فوق الصوتية هو أداة قياس مستوى مستمر لا تتصل به تعتمد على تكنولوجيا وقت الطيران بالموجات فوق الصوتية. يمكن تطبيقه على الخزانات الصناعية ، وأنظمة معالجة المياه ، وتخزين مياه الري ورصد الفيضانات في المناطق الحضرية.

يعتمد التطبيق الناجح على مدى القياس ، والمنطقة الميتة ، والرغوة ، والبخار ، ودرجة الحرارة ، وظروف سطح السائل ، وموضع التثبيت ، وواجهة الإشارة. METRAVON يمكن دمج منتجات قياس مستوى الموجات فوق الصوتية مع PLC أنظمة الحصول على البيانات ومنصات مراقبة IoT عن بعد وفقًا لمتطلبات المشروع ، تدعم أنظمة مراقبة مستوى متوافقة وقابلة للتوسعة.