الإنجليزية
الصينية
الإسبانية
الروسية
البرتغالية
الفرنسية
الألمانية
الإندونيسية
التايلاندية
الفيتنامية
الإيطالية
التركية
البولندية
اليابانية
تُعد أجهزة إرسال مستوى تعمل بالموجات فوق الصوتية وأجهزة إرسال مستوى تعمل بالرادار من التقنيات غير التلامسية التي تُستخدم على نطاق واسع في قياس مستوى السوائل المستمرة ومستويات المواد الصلبة الكمية. ويُحدد كلا النوعين المسافة بين المستشعر وسطح المادة، لكنهما يستخدمان أنواعًا مختلفة من الإشارات، مما يجعل سلوكهما يختلف عند تغير درجات الحرارة أو الضغوط أو مستويات البخار أو الرغوة أو الغبار، أو عند تغيّر ظروف العملية.
تستخدم الأجهزة فوق الصوتية موجات صوتية، في حين تستخدم أجهزة الرادار موجات كهرومغناطيسية. ويُعدّ هذا الاختلاف في مبدأ القياس السبب الرئيسي وراء تباين نطاقات تطبيق هاتين التقنيتين. وينبغي أن يستند اختيار التقنية المناسب إلى بيئة العملية، والدقة المطلوبة، وظروف التركيب، والتكلفة الإجمالية للمشروع.
1. كيف يعمل جهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية؟
يتم تثبيت جهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية فوق سطح المادة، ويقوم بإرسال نبضة صوتية باتجاه السائل أو المادة الصلبة. ينعكس النبض عن السطح ويُستقبل مرة أخرى بواسطة المحول.
يُحسب هذا الجهاز المسافة استنادًا إلى زمن الرحلة ذهابًا وإيابًا، وفقًا للمعادلة التالية:
المسافة = سرعة الصوت × زمن الرحلة ذهابًا وإيابًا ÷ 2
وإذا كان ارتفاع المرجع للتركيب معروفًا، يمكن حساب المستوى الفعلي باستخدام المعادلة التالية:
المستوى = ارتفاع المرجع − المسافة المقاسة
ونظرًا لأن موجة الصوت تنتقل عبر الفراغ الغازي بين المستشعر وسطح المادة، فإن التغيرات في درجة حرارة الهواء، أو في تركيب الغاز، أو في حالة البخار،يمكن لل رغوة و تدفق هوائي قوي أن يؤثرا على انتشار الصوت وجودة الصدى. ولذلك، تعتمد أجهزة إرسال الموجات فوق الصوتية في التطبيقات الصناعية عادةً على تعويض درجة الحرارة للحد من الأخطاء الناتجة عن تغير درجة الحرارة.
). 2. كيف يعمل جهاز إرسال مستوى راداري؟ (
) يقوم جهاز إرسال مستوى راداري بإرسال موجات كهرومغناطيسية عالية التردد من هوائي باتجاه سطح المادة، حيث تنعكس هذه الموجات عن السائل أو الصلب، ثم تستقبلها نفس الهوائي. (
) ويُحدد الجهاز المسافة من خلال زمن انتقال الإشارة، أو – في حالة رادار من نوع FMCW – من فرق التردد بين الإشارة المرسلة والإشارة المنعكسة.ثم يُحوَّل المسافة المُقاسة إلى مستوى فعلي.
لا يعتمد الرادار على سرعة الصوت في الهواء، ويمكنه العمل في ظروف الفراغ. وعادةً ما يكون أقل حساسية تجاه التغيرات في درجة حرارة الهواء، وضغطه، وتدفقه. أما الأداء الفعلي للرادار، فيتأثر بشكل أكبر بالخصائص العازلة، وتصميم الهوائي، ونوع الرغوة المستخدمة، وظاهرة التكثف، ووجود الغبار، إضافةً إلى هندسة التثبيت.
3.الاختلافات الرئيسية بين قياس مستوى بالموجات فوق الصوتية وقياس مستوى بالرادار:
| – عنصر المقارنة؛ | – جهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية؛ | – جهاز إرسال مستوى بالرادار؛ |
|---|---|---|
| – إشارة القياس؛ | – موجة صوتية ذات تردد عالٍ؛ | – موجة كهرومغناطيسية / موجات ميكروية؛ |
| – طريقة القياس؛ | – قياس بدون تلامس؛ | – قياس بدون تلامس؛ |
| – تغيرات درجة الحرارة | يتغير سرعة الصوت باختلاف درجة الحرارة، لذا يُتطلب عادةً إجراء تعويض؛ | - بشكل عام، تكون حساسيتها أقل تجاه تقلبات درجة حرارة الهواء؛ |
| - ضغط العملية؛ | - يُستخدم بشكل أكثر شيوعًا في ظروف ضغط جوي أو ضغط محدود.١. يعتمد الأداء على النموذج المستخدم؛ ٢. تتوفر إصدارات صناعية من | للتطبيقات ذات الفراغ وتلك ذات الضغط الأعلى؛ ٣. |
| : ظروف البخار والغاز؛ ٤. | : قد يؤثر وجود بخار قوي أو تغير في تركيب الغاز على انتشار الموجة الصوتية؛ ٥. | : مناسب عمومًا لمجموعة أوسع من ظروف الطور الغازي؛ ٦. |
| : الرغوة؛ ٧. | : يمكن للرغوة الكثيفة أن تُخفِّف بشكل كبير من تأثير الارتداد الصوتي؛ ٨. | : قد يتأثر الأداء أيضًا بوجود رغوة.يعتمد على خصائص الرغوة ونوع الرادار: |
| — غبار | يمكن للغبار الكثيف أن يضعف الإشارة الصوتية | وغالبًا ما يكون هذا النوع أكثر ملاءمةً للتطبيقات التي تعتمد على مواد صلبة كثيفة ومليئة بالغبار |
| أما في حالة الفراغ | ، فلا يكون هذا النوع مناسبًا لأن الموجات الصوتية تتطلب وسطًا للانتشار | وفي المقابل، يُعد هذا النوع مناسبًا |
| كما أن نوع الوسط المستخدم له تأثير مهم | وتُعد حالة السطح وخصائص الفراغ الغازي من العوامل المهمة | بالإضافة إلى ذلك، تُعد الخصائص العازلة الكهربائية وقدرة الانعكاس الصوتي من العوامل المهمة |
| وأخيرًا، فإن التكلفة المعتادة لهذا النوع تُعد عاملاً محوريًا | ، وغالبًا ما يكون هذا النوع خيارًا اقتصاديًا فعّالًا.لتطبيقات قياس مستوى الماء التقليدية: | يعتمد التكلفة على التردد، والنطاق، ودرجة الحرارة، والضغط، ومستوى الاعتماد، وتكوين الواجهة؛ |
٤. هل يقتصر استخدام القياس بالموجات فوق الصوتية على الظروف الجوية؟
يعتمد نطاق تشغيل جهاز إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية على نوع المنتج المعني. إذ تتوفر أجهزة صناعية ذات تصنيفات مختلفة فيما يخص درجة حرارة العملية، ودرجة حرارة البيئة المحيطة، والضغط، وبالتالي فإن استخدام القياس بالموجات فوق الصوتية لا يقتصر على خزانات مفتوحة وغير مُضغوطة تمامًا.
ومع ذلك، يجب أن تنتقل موجات فوق صوتية عبر الفراغ الغازي الموجود فوق المادة. إذ يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة، أو الضغط الأعلى، أو وجود بخار كثيف، أو تركيب غاز غير معتاد، أو تدرجات حرارية شديدة، إلى زيادة متطلبات بيئة القياس. وينبغي تقييم هذه الظروف في ضوء مواصفات المحول والمعدات المختارة.
5. هل يمكن للرادار أن يحل محل الموجات فوق الصوتية في جميع التطبيقات؟
يُستخدم الرادار والقياس بالموجات فوق الصوتية في نطاقات تطبيقية تتداخل جزئياً، لكن تختلف في خصائصها. ويُوفِّر الرادار عادةً نافذة تشغيل أوسع في العمليات الصناعية التي تتميز بدرجة حرارة عالية، أو ضغط عالٍ، أو بيئة فراغية، أو غنى بالبخار، أو ظروف تشغيل صعبة. في المقابل، يظل قياس الموجات فوق الصوتية حلاً ناضجاً واقتصادياً للعديد من خزانات المياه، وأحواض مياه الصرف الصحي، والقنوات المفتوحة، بالإضافة إلى تطبيقات جوية تقليدية.
يجب اختيار التقنية النهائية استنادًا إلى ظروف العملية، وأداء القياس المطلوب، وقيود التركيب، وتكلفة المشروع، بدلًا من اعتبار إحدى التقنيتين بديلاً شاملاً عن الأخرى.
6. أي تقنية أفضل في حال وجود رغوة؟
تُعدّ الرغوة حالةً صعبةً بالنسبة لكلا التقنيتين؛ إذ يمكن للرغوة السميكة امتصاص طاقة الموجات فوق الصوتية، مما يؤدي إلى تقليلٍ كبيرٍ في إرجاع السطح السائل الحقيقي.يمكن أيضًا أن يُضعف الرادار أو يُانعَتْه الرغوة، وذلك اعتمادًا على سمك الرغوة، ومحتوى الماء فيها، وبنية فقاعاتها، وخصائص الوسط، وتردد التشغيل.
قد يتيح الرغوة الخفيفة أو المتقطعة إجراء قياسات موثوقة باستخدام أي من التقنيتين. أما الرغوة الكثيفة المستمرة فقد تتطلب مقارنةً أكثر تفصيلًا بين رادار غير تلامسي، ورادار الموجات الموجهة، وقياسات تعتمد على الضغط، أو أي تقنية أخرى مناسبة من فئة تقنيات المستوى نفسه.
7. أي تقنية أكثر ملاءمةً للخزانات القابلة للعبور من المواد الصلبة والغبارية؟
يمكن استخدام كل من تقنيتي الموجات فوق الصوتية والرادار في تطبيقات محددة للمواد الصلبة الكتلية، لكن وجود غبار، أو أسطح مواد مائلة، أو تشتت صوتي، قد يؤدي إلى تقليل مدى استخدام أجهزة الموجات فوق الصوتية.
رادار عالي التردد، وخاصة 80GHz يوفر الرادار حزمة ضيقة يمكن أن تساعد في تجنب جدران الصوامع والعوارض والهياكل الداخلية. لذلك، يُستخدم على نطاق واسع في صوامع الأسمنت والحبوب والمعادن والفحم والمواد الخام الكيميائية.
ويجب عند الاختيار أيضًا أخذ تركيز الغبار، وارتفاع المخزن، وزاوية سطح المادة، والخصائص العازلة للكهرباء، وموضع التثبيت المتاح في الاعتبار.
8. أي تقنية توفر دقة أعلى؟
لا يمكن تحديد دقة القياس اعتمادًا على مصطلحي «الرادار» أو «الموجات فوق الصوتية» وحدهما. إذ تختلف الأجهزة فيما بينها في فئات الدقة، ونطاقات القياس، وقدرات معالجة الإشارات، وحدود التطبيق. تؤثر جودة التركيب وظروف العملية أيضًا على الأداء الفعلي في الموقع.
يتميز رادار عادةً باستقرار قياساته عبر نطاق أوسع من درجات الحرارة والضغط وظروف البخار، مما يوفر خياراتًا أوسع من المنتجات لتطبيقات متقدمة في التحكم بالعمليات وتخزينها. وفي تطبيقات قياس مستوى الماء التقليدية المستقرة، يمكن للأجهزة فوق الصوتية أيضًا تحقيق دقة تلبي متطلبات المشروع.
: 9. كيف تُقارن تكاليف هذه الأنظمة؟
لا يوجد نسبة سعر ثابتة بين أجهزة إرسال مستوى تعمل بالرادار وأجهزة إرسال مستوى تعمل بالموجات فوق الصوتية. ويُحدد تكلفة المنتج بناءً على مدى القياس، وتصميم الجهاز (سواء بالرادار أو بالموجات فوق الصوتية)، ودقة القياس، ودرجة حرارة وضغط العملية، ودرجة حماية الغلاف الخارجي، وشهادة صلاحية استخدام في مناطق خطرة، ونوع المواد المستخدمة، وهيكلة الهوائي أو المحول، بالإضافة إلى واجهات الاتصال.
في قياس مستوى الماء في الأجواء بالطرق التقليدية، تُعد أجهزة إرسال الموجات فوق الصوتية حلاً فعّالاً من حيث التكلفة في كثير من الأحيان. أما في حالة خزانات تعمل في درجات حرارة مرتفعة أو تحت ضغط عالٍ، أو في عمليات تعتمد على الفراغ، أو في خزانات تحتوي على بخار كثيف أو غبار، فقد تُوفِّر تقنيات الرادار نطاقاً أوسع من التطبيقات، مما يجعلها أكثر ملاءمةً للمتطلبات التقنية.
10. أي تقنية تناسب تطبيقات مختلفة؟
خزانات وصهاريج المياه
يمكن استخدام كل من الموجات فوق الصوتية والرادار. يمكن أن يعتمد الاختيار على البيئة، والدقة المطلوبة، وميزانية المشروع. حوض مياه الصرف الصحي
يجب أخذ الرغوة والبخار وحركة السطح بعين الاعتبار. تُعد تقنية الموجات فوق الصوتية مناسبة للعديد من الظروف التقليدية، في حين يمكن تقييم تقنية الرادار في البيئات الأكثر تحديًا.
خزانات ذات درجة حرارة عالية أو مضغوطة
عادةً ما تُقيَّم أجهزة الرادار التي تتمتع بمواصفات مناسبة لدرجات حرارة وضغوط التشغيل أولاً.
أوعية تفريغ
يستخدم الرادار الموجات الكهرومغناطيسية وهو مناسب لقياس مستوى الفراغ.
صوامع صلبة سائبة
غالبًا ما يفضل الغبار العالي ومدى القياس الطويل وهندسة الصوامع المعقدة الرادار عالي التردد. قنوات مفتوحة على
تتمتع القياسات بالموجات فوق الصوتية بتاريخ طويل من الاستخدام وبميزة التكلفة، بينما يمكن أيضًا اختيار تقنية الرادار وفقًا للظروف البيئية.
11. ما هي المعلومات المطلوبة للاختيار؟
| معلمة الاختيار | معلومات لتأكيد عملية |
|---|---|
| متوسطة | للمياه أو مياه الصرف الصحي أو الزيت أو السائل الكيميائي أو الطين أو المسحوق أو الحبيبات |
| نطاق القياس: | – أقصى مسافة من المستشعر إلى أدنى مستوى متوقع؛ |
| – درجة حرارة العملية؛ | – درجات حرارة التشغيل الطبيعية، والحد الأدنى، والحد الأقصى؛ |
| – ضغط العملية؛ | – ظروف التشغيل: مفتوحة، أو جوّية، أو ذات ضغط موجب، أو تحت فراغ؛ |
| – حالة السطح | ال رغوة، أو حركة، أو اضطراب، أو سطح صلب واسع مائل؛ |
| – ظروف الفراغ الغازي؛ | – بخار، أو غازات متطايرة، أو تدرجات حرارية، أو غبار؛ |
| – بيئة التركيب؛ | – قطر الخزان، أو الفوهة، أو الأعمدة الداعمة، أو أجهزة التحريك، أو المساحة المتاحة للتثبيت؛ |
| – واجهة الإخراج؛ | – 4-20mA، أو HART.RS485 Modbus RTU أو واجهة أخرى مطلوبة؛ |
– الأسئلة الشائعة؛
– السؤال 1: هل يُعدّ قياس المستوى بالرادار أفضل دائمًا من قياس المستوى بالموجات فوق الصوتية؟
A1: تختلف نطاقات تطبيق التقنيتين؛ إذ يُستخدم الرادار عادةً في البيئات ذات المتطلبات الصارمة من حيث درجة الحرارة والضغط والفرق الضغطي (التفريغ) والبخار والغبار، في حين يمكن استخدام أي من التقنيتين في خزانات المياه أو القنوات المفتوحة أو التطبيقات الجوية التقليدية، وذلك وفقًا لمتطلبات المشروع.
Q2: هل يمكن استخدام أجهزة إرسال مستوى بالموجات فوق الصوتية في خزانات مُضغوطة؟
A2: يمكن لبعض الموديلات المختارة العمل تحت ضغط محدود.يعتمد ضغط العملية المسموح به على نوع المحول والمعدات المستخدمة في الجهاز. وغالبًا ما تتطلب الأوعية التي تعمل تحت ضغط مرتفع إجراء تقييم باستخدام الرادار أو أي تقنية مناسبة أخرى.
س: هل يتأثر الرادار بال رغوة؟
أ: نعم. ويعتمد هذا التأثير على سمك الرغوة، ومحتوى الماء فيها، وبنية الفقاعات، وتردد الرادار، وخصائص وسط العملية. ويجب تقييم الرغوة الكثيفة المستمرة بشكل خاص.
سؤال 4: لماذا يتطلب قياس الموجات فوق الصوتية تعويضًا عن درجة الحرارة؟
أ: تتغير سرعة الصوت في الهواء باختلاف درجة الحرارة. ويُصحح تعويض درجة الحرارة حساب سرعة الصوت، مما يقلل من خطأ المسافة الناتج عن تأثير درجة الحرارة.
سؤال 5: هل يمكن للرادار أن يعمل في الفراغ؟
A5: نعم. يستخدم رادار الموجات الكهرومغناطيسية، ولا يحتاج إلى وسط هوائي لتوصيلها. ويجب أن يستوفي الجهاز المختار الشروط المطلوبة فيما يتعلق بدرجة حرارة العملية، والضغط، والمواصفات الميكانيكية.
Q6: هل ينبغي قياس المواد الصلبة الكمية باستخدام الموجات فوق الصوتية أو الرادار؟
A6: يمكن استخدام كلا التقنيتين في حالة مواد صلبة محددة.في تطبيقات الأبار المخصصة للوحل العالي أو ذات المدى الطويل أو ذات الطبيعة المعقدة، يُفضّل عادةً استخدام رادار ذي تردد عالٍ، في حين يمكن أيضًا استخدام تقنية القياس بالموجات فوق الصوتية في التطبيقات الأبسط ذات المدى القصير.
س7: هل يكون جهاز إرسال مستوى بالرادار دائمًا ذو سعر يعادل ضعف سعر جهاز إرسال بالموجات فوق الصوتية؟
A7: لا، لا يوجد نسبة سعر ثابتة. إذ يعتمد التكلفة على نطاق القياس، والتردد، والدقة، والمواد المستخدمة، ودرجة تحمل درجة الحرارة والضغط، إضافةً إلى وسائل الحماية، والشهادات المعتمدة، وواجهات الاتصال.
Q8: هل يمكن لكلا التقنيتين الاتصال بجهاز التحكم المنظم المنفصل (PLC)؟
A8: نعم. ووفقًا لنوع الجهاز، يمكن استخدام واجهات مثل 4-20mA، و RS485 Modbus RTU، و HART للاندماج مع أجهزة PLC، وأنظمة التحكم الموزعة (DCS)، وأجهزة RTU، وأنظمة جمع البيانات.
: الخلاصة
يتمثل الفرق الرئيسي بين أجهزة إرسال مستوى تعمل بالموجات فوق الصوتية وأجهزة إرسال مستوى تعمل بالرادار في نوع إشارة القياس المستخدمة؛ إذ تعتمد أجهزة الموجات فوق الصوتية على موجات صوتية، مما يجعل درجة حرارة فراغ الغاز، وتركيبه، ووجود أبخرة أو رغوة فيه، عواملًا تؤثر في انتشار هذه الموجات. في المقابل، تستخدم أجهزة الرادار موجات كهرومغناطيسية، وتوفر عادةً نطاق تشغيل أوسع في ظل ظروف مختلفة من فراغ، وتغيرات في درجة الحرارة والضغط.
لا يُستهدف من استخدام الرادار استبدال جميع تطبيقات الموجات فوق الصوتية، كما أن استخدام هذه التقنية لا يقتصر على خزانات مفتوحة تمامًا وخالية من الأبخرة. إذ يمكن لتطبيقات قياس مستوى الماء أو القنوات المفتوحة —التي تُنفَّذ تقليديًا— أن تستفيد من نضج تقنيات القياس بالموجات فوق الصوتية وفعاليتها من حيث التكلفة، في حين تُعدّ حالات العمل في درجات حرارة مرتفعة، أو تحت ضغط عالٍ، أو في بيئة مفرغة، أو غنية بالبخار، أو تحتوي على غبار، سببًا كافيًا لتقييم استخدام الرادار.
METRAVON يمكن تكوين حلول قياس مستوى الموجات فوق الصوتية أو الرادار وفقًا لوسط العملية ومدى القياس ودرجة الحرارة والضغط والرغوة والبخار والغبار وهندسة الأوعية ومتطلبات واجهة التشغيل الآلي ، مع خيارات تكامل لـ PLCs ، RTUs ، DCS وأنظمة المراقبة عن بعد.
