مقياس المستوى بالرادار عالي التردد: المبدأ والاختيار والتطبيقات

أولاً: ما هو مقياس مستوى الرادار عالية التردد؟

: مقياس مستوى الرادار عالية التردد هو أداة صناعية تستخدم موجات ميكروية عالية التردد لقياس مستوى المستويات بشكل مستمر. وحسب نوع الوسط المرجّح، يمكن تصنيفه إما كمقياس مستوى السوائل بالرادار عالية التردد، أو كمقياس مستوى المواد بالرادار عالية التردد.

: تستخدم بعض منتجات رادار الترددات العالية تردد إرسال يبلغ حوالي 25 جيجاهرتز، بينما تُوجد أيضًا منتجات صناعية تعمل عند ترددات 24 جيجاهرتز، و26 جيجاهرتز، أو في نطاقات ترددية أخرى بشكل شائع. يجب التأكد من التردد التشغيلي المحدد وفقًا لورقة البيانات الخاصة بالنموذج المعني.أجهزة قياس مستوى الرادار عالية التردد من طراز

يمكن استخدامها في الحالات التالية:

• – تركيب بخيط؛

• – تركيب بفلانج؛

– يمكن استخدامها لقياس مستوى السوائل في المفاعلات، وبراميل التخزين، وسِيلوس المواد الصلبة، وجميع الأوعية الأخرى.

– تُقدِّم بعض الطرازات نطاق قياس يقارب 30 مترًا؛ ويُحدد النطاق الفعلي للقياس وفقًا لطراز جهاز الرادار، والهوائي، وطبيعة الوسط، وظروف التركيب.

II.مبدأ عمل جهاز قياس مستوى راداري ذي تردد عالٍ (

): يُولِّد جهاز قياس مستوى راداري ذي تردد عالٍ إشارات نبضية من الموجات الميكروية ذات التردد العالي عبر دائرة إلكترونية، ثم يُرسل هذه الإشارات نحو سطح الوسط المراد قياسه باستخدام هوائي.

يمكن تلخيص عملية القياس الأساسية على النحو التالي:

إنتاج نبضة ميكروويفية → إرسال النبضة عبر الهوائي → انعكاس النبضة من سطح الوسط → استقبال الهوائي للانعكاس → حساب زمن الانتشار → تحديد المستوى

تستخدم بعض أجهزة الرادار عالية التردد خطوطًا ميكروستريپية عالية التردد أو هياكل موجهات موجية، حيث تُرسل نبضات الميكروويف عبر مادة PTFE أو هياكل هوائية أخرى.

عندما يصل نبضة الرادار إلى سطح المادة السائلة أو الصلبة التي تُقاس، يُعكَّر جزء من الطاقة ويُستقبل بواسطة نفس الهوائي.

يُحلِّل الجهاز الفاصل الزمني بين الإشارة المرسلة والإشارة العائدة لحساب المسافة من الهوائي إلى سطح الوسط المقاس، ثم يحوّل هذه المسافة إلى مستوى السائل أو مستوى المادة.

وبالتالي، فإن ما يُقاس أولًا بشكل أساسي بواسطة مقياس مستوى الرادار عالي التردد هو:

المسافة من الرادار إلى سطح الوسط.

III. ما هي المواد المناسبة لمقياسات مستوى الرادار عالي التردد؟

يمكن استخدام مقياسات مستوى الرادار عالي التردد لقياس السوائل والمواد الصلبة بشكل مستمر.

– خصوصًا في تطبيقات المواد الصلبة، يمكن استخدامها في:

• جسيمات صلبة؛

• مواد كتلية؛

• مواد مسحوقية؛

• خزائن تخزين المواد الصلبة؛

• أوعية العمليات الصناعية.

يُستخدم رادار التردد العالي أيضًا في نطاق واسع من التطبيقات في المواقع التي توجد فيها غبار أو تكثف أو بخار الماء أو ظروف معقدة على سطح الوسائط.

أثناء عملية اختيار المنتج الفعلية، يجب التأكد من العوامل التالية:

• نوع الوسط؛

• أقصى مسافة قياس؛

• أبعاد الخزانة؛

• ظروف الغبار؛

• ظروف بخار الماء والتكثف؛

• موقع التركيب؛

• نوع الهوائي.

IV. ما هي المزايا الرئيسية لمقاييس مستوى الرادار ذات التردد العالي؟

مقارنةً برادار النبضات ذات الترددات المنخفضة، تتميّز مقاييس مستوى الرادار ذات التردد العالي بخصائص خاصة من حيث حجم الهوائي، والاتجاهية، وتطبيقاتها في السفن الصغيرة.

1. شعاع مُركَّز نسبيًا

تمتلك أنظمة الرادار ذات التردد العالي (24 GHz و25 GHz و26 GHz) أطوال موجية قصيرة نسبيًا.

: باستخدام هوائي مُصمم بشكل صحيح، يمكن تكوين شعاع رادار مُركَّز نسبيًا، مما يمكّن إشارة الرادار من إضاءة منطقة الهدف بدقة أكبر.

: يُعد هذا مفيدًا من الناحية العملية في السفن التي توجد فيها تداخلات هندسية داخلية معينة.

: 2.حجم هوائي أصغر (

): مع ارتفاع تردد التشغيل، يمكن استخدام هيكل هوائي أكثر تكاملًا ضمن ظروف تصميم مماثلة.

لذلك، يُعد رادار التردد العالي مناسبًا بشكل خاص لـ:

• السفن التي تمتلك فتحات تركيب صغيرة؛

• خزانات التخزين الصغيرة؛

• المعدات التي تُستخدم في مساحات تركيب محدودة؛

• أوعية العمليات الصغيرة؛

يمكن أن يُبسّط استخدام هوائي صغير الحجم عملية التركيب الميكانيكية في بعض التطبيقات الميدانية؛

3. مناسب لقياس مواد صلبة كتلية معينة؛

يبلغ طول موجة رادار بتردد 26 جيجاهرتز حوالي 11 مم.

: في قياس مستوى المواد الصلبة على نطاق واسع، يمكن استخدام رادار التردد العالي لمراقبة مستوى المواد الحبيبية أو غيرها من المواد الصلبة بشكل مستمر.

: نظرًا لأن سطح المواد الصلبة غالبًا لا يكون مسطحًا مثل سطح المواد السائلة، فيجب أخذ العوامل التالية في الاعتبار عند اختيار جهاز الرادار:

• : سطوح المواد المائلة؛

• : الغبار؛

• : حجم الجسيمات؛

• : هياكل الخزائن الداخلية؛

• : موقع التعبئة.

تُعد الترددات العالية عاملًا واحدًا فقط يؤثر على أداء القياس، ولا يمكنها تحديد نتيجة القياس النهائية بشكل مستقل.

V. لماذا يُعد رادار الترددات العالية مناسبًا لخزانات التخزين الصغيرة؟

في العبوات ذات القطر الصغير والارتفاع الكلي المنخفض نسبيًا، إذا كان شعاع الرادار واسعًا جدًا، فهناك احتمال أكبر أن يُضيء جدار الخزان أو الهياكل الداخلية فيه.

: نظرًا لأن رادار التردد العالي يمكنه استخدام هوائيات أصغر ويوفر عمومًا دقة اتجاهية أفضل، فإنه يمكنه تقليل بعض التداخلات الناتجة عن جدران الخزان والهياكل المحيطة.

لذلك، يوفر رادار التردد العالي ظروف تركيب مُيسَّرة في خزانات التخزين الصغيرة أو في أوعية العمليات الصغيرة.

ومع ذلك، يجب الالتزام بالمتطلبات التالية أثناء عملية التركيب:

• محاذاة الهوائي بدقة مع سطح الوسط؛

• تجنُّب مدخل التعبئة؛

• تجنُّب وجود عوائق واضحة؛

• تجنُّب تركيب الهوائي بمسافة قريبة جدًا من جدار الخزان.

VI.هل تؤثر الغبار ورطوبة الماء وعوامل التلوث على رادار الترددات العالية؟

بعد فترة تشغيل طويلة في البيئات الصناعية، قد تتراكم على سطح هوائي الرادار تدريجيًا ما يلي:

• الغبار؛

• رطوبة الماء؛

• مواد تلوثية؛

• التكثيف.

قد تؤثر هذه التراكمات على إرسال واستقبال إشارات الرادار.تُعدّ هوائيات رادار التردد العالي من طراز

عمومًا صغيرة الحجم نسبيًا، ويمكن تزويدها ببنية حماية مناسبة أو أغطية لهوائيات وفقًا لطبيعة التطبيق الفعلية، بهدف تقليل بعض التأثيرات الناتجة عن بخار الماء أو التلوث.

ومع ذلك، لا يمكن لغطاء الهوائي أن يُستبدل بالصيانة المعتادة.

: بالنسبة للتطبيقات التي تتسم بوجود غبار كثيف أو تكثيف متكرر أو تلوث طويل الأمد، يجب مراجعة العناصر التالية بانتظام:

• سطح الهوائي؛

• الهيكل الوقائي؛

• حالة الإغلاق؛

• حالة الصدى.

VII. ما الفرق بين رادار التردد العالي ورادار التردد المنخفض؟

يستخدم كلا النوعين من الرادار الموجات الكهرومغناطيسية لقياس المستوى، إلا أن ترددات التشغيل وبنية الهوائيات مختلفة.

: يُذكر أن لا يوجد تفوق أو تراجع مطلق بين رادار التردد العالي ورادار التردد المنخفض؛

: تُعتمد أداء القياس الفعلي بشكل أساسي على:

: الجهاز الوسيط + الهوائي + مدى القياس + بنية التركيب + بيئة الموقع.

VIII. ما هي التطبيقات النموذجية لمقياسات مستوى الرادار عالية التردد؟

يمكن استخدام مقياسات مستوى الرادار عالية التردد في مجموعة واسعة من العمليات الصناعية.

تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

خزائن المواد الصلبة

تُستخدم لمراقبة مستوى المواد الحبيبية، والمواد المساحية، والمواد الصلبة في كميات كبيرة بشكل مستمر.

المفاعلات

يُستخدم لقياس مستوى السائل أو مستوى المادة في الخزانات الصناعية.

خزانات التخزين الصغيرة

عند تقييد مساحة التركيب أو إذا كان قطر الخزان صغيرًا نسبيًا، يمكن إجراء القياس باستخدام هوائي أصغر وشعاع قياس مركّز نسبيًا.

البيئات الغبارية

أثناء نقل أو تخزين المواد الصلبة، قد توجد كميات كبيرة من الغبار داخل الخزانة.تُستخدم رادار التردد العالي في ظل هذه الظروف التشغيلية حسب النموذج المحدد.

السفن التي تحتوي على بخار الماء أو تكاثف الماء؛

يمكن لبنى الهوائيات المناسبة وتصاميم الحماية أن تقلل من بعض التأثيرات الناتجة عن بخار الماء أو التلوث.

IX. ما هي المعلمات التي يجب تأكيدها عند اختيار مقياس مستوى باستخدام رادار التردد العالي؟

الأسئلة الشائعة

Q1: ما هي التردد التشغيلي النموذجي لجهاز قياس مستوى الرادار عالي التردد؟

بعض منتجات الرادار عالي التردد تعمل عند ترددات 24 جيجاهرتز، أو 25 جيجاهرتز، أو 26 جيجاهرتز. يختلف التردد التشغيلي المحدد حسب الطراز، ويجب التأكد منه وفقًا لورقة بيانات المنتج.

Q2: لماذا يُعد رادار تردد 26 غيغاهرتز مناسبًا لخزانات التخزين الصغيرة؟

يُمكّن تردد التشغيل الأعلى استخدام تصميم هوائي أكثر تكاملًا، ويمكنه إنتاج شعاع مُركَّز نسبيًا؛ وبالتالي، في العبوات ذات القطر الصغير، يكون من السهل تجنب جدران الخزان والهياكل الداخلية.

Q3: هل يمكن لرادار التردد العالي قياس المواد الصلبة؟

نعم.يمكن استخدام مقياسات مستوى الرادار عالية التردد لقياس المستوى بشكل مستمر للمواد الحبيبية، والمواد المساحية، وغيرها من المواد الصلبة الكتلية.

Q4: ما طول موجة رادار بتردد 26 غيغاهرتز؟

: يبلغ طول موجة رادار بتردد 26 غيغاهرتز حوالي 11 مم.

Q5: هل يؤثر الغبار على سطح الهوائي على عملية القياس؟

: ربما.يمكن أن يؤثر الغبار الكثيف أو بخار الماء أو التلوث المتراكم على سطح الهوائي على عملية إرسال واستقبال إشارات الرادار بشكل طبيعي؛ لذا، يجب إجراء الفحص والصيانة وفقًا لظروف الموقع.

Q6: هل يُعد رادار التردد العالي دائمًا أكثر دقة من رادار التردد المنخفض؟

لا يمكن تحديد دقة القياس وحدها بناءً على التردد التشغيلي فقط؛ إذ يؤثر التردد على خصائص الحزمة وتصميم الهوائي، لكن دقة القياس الفعلية تعتمد أيضًا على النموذج المحدد، والوسط، ونطاق القياس، وظروف التركيب، وقدرة معالجة الإشارة.

– ملخص؛

– مقياسات مستوى رادار عالية التردد تستخدم نبضات موجات ميكروويف عالية التردد لقياس المستوى دون اتصال.تعمل بعض المنتجات في نطاقات ترددية مثل 24 غيغاهرتز، أو 25 غيغاهرتز، أو 26 غيغاهرتز.

تتمثل خصائصها الرئيسية في:

حجم هوائي أصغر، واتجاهية جيدة، وشعاع مركّز نسبيًا، وملاءمة لخزائن المواد الصلبة، وبراميل التخزين الصغيرة، وظروف تشغيل معينة تتسم بالغبار أو عُرضة للتَّكثُّف. أما

، فرغم أن التردد التشغيلي الأعلى لا يعني أن الجهاز سيؤدي أداءً أفضل في جميع ظروف الموقع، إلا أن ذلك ليس ضروريًا.

بالنسبة إلى المشاريع الفعلية، يجب استمرار اختيار نموذج مقياس مستوى الرادار المناسب بناءً على تقييم شامل لعوامل مثل:

النوع المتوسط، ومدى القياس، ومقاييس السفينة، والغبار، ورطوبة الماء، والتجمّد، والهياكل الداخلية، وطريقة التركيب.