استخدامات مستشعر مستوى الرادار: التطبيقات ومبدأ العمل

ما الغرض من استخدام مستشعر مستوى راداري؟ تطبيقاته، ومبدأ عمله، ودليل اختياره.

يُستخدم مستشعر مستوى راداري بشكل أساسي فيقياس مستمر لمستوى السوائل، أو مستوى المواد الصلبة الكتلية، أو مستوى الماءويتم تركيب هذا المستشعر فوق خزان أو خزان مياه أو قناة أو أسطوانة تخزين، حيث يقيس المسافة بين المستشعر وسطح المادة، ثم تُحوَّل هذه المسافة إلى قيمة تمثل المستوى الفعلي أو المساحة الفارغة المتبقية.

نظرًا لأن رادار عدم التلامس لا يحتاج عادةً إلى البقاء مغمورًا في وسط العملية، فإنه يُستخدم على نطاق واسع في معالجة المياه، وخزانات المواد الكيميائية، وتخزين النفط، وتطبيقات المعلقات، وأبراج تخزين المساحيق والمواد الحبيبية، فضلًا عن مراقبة مستوى المياه في التطبيقات الهيدروجيولوجية.

1. ما الذي يقيسه مستشعر مستوى راداري فعليًا؟

يقيس مستشعر مستوى راداري مباشرةً المسافةبين المستشعر وسطح المادة.ثم يستخدم الجهاز مرجع التركيب أو أبعاد الوعاء لحساب مستوى السائل، أو مستوى المواد الصلبة المُخزَّنة، أو فراغ السعة.

مستوى السائل

الماء، ومياه الصرف الصحي، والزيوت، والأحماض، والقواعد القلوية، والمذيبات، وسائر السوائل الصناعية.

: مستوى المخفوق؛

: مخلفات مختارة، ومخفوق معادن، ووسائط عملية تحتوي على مواد صلبة معلقة؛

: مستوى المواد الصلبة السائبة؛

: المساحيق، والحبيبات، والذرات، والأسمنت، والمعادن، والمواد الكيميائية الخام؛

: مستوى الماء؛

: الخزانات، والأنهار، والقنوات، والخزانات، وغيرها من تطبيقات مراقبة الخصائص الهيدرولوجية.

: المستوى = ارتفاع المرجع − المسافة من المستشعر إلى سطح المادة

: ٢. كيف يعمل مستشعر مستوى راداري؟

يُرسِل مستشعر رادار غير تلامسي موجات كهرومغناطيسية نحو سطح العملية، ثم تنعكس هذه الموجات عن سطح سائل أو صلب، قبل أن تُستقبل مجددًا بواسطة الهوائي.

يُحسب الجهاز المسافة إما من خلال تحليل زمن انتقال الإشارة، أو —في رادار من نوع FMCW — من خلال تحليل الفرق في التردد بين الإشارة المرسلة والإشارة العكسية المستلمة.

لا يعتمد الرادار على سرعة الصوت في الهواء، مما يسمح له بالعمل في الفراغ، ويُعدّ في العادة خيارًا أكثر ملاءمةً من القياس بالموجات فوق الصوتية في التطبيقات التي تشهد تباينًا أكبر في درجات الحرارة، أو وجود بخار أو غبار. ومع ذلك، تبقى الحدود الفعلية للعمل مرتبطةً بنوع الرادار المختار، وطراز الهوائي، وظروف العملية.

3. ما هي أنواع الوسائط التي يمكن لأجهزة قياس مستوى الرادار قياسها؟يمكن استخدام رادار

في مجموعة واسعة من الوسائط، على الرغم من أن تطبيقاتًا مختلفة قد تتطلب ترددات رادار مختلفة، وتصاميم هوائيات مختلفة، ووصلات عملية مختلفة.

– 4. أين تُستخدم مستشعرات قياس المستوى الراديوية بشكل شائع؟

– معالجة المياه ومياه الصرف الصحي

مراقبة مستمرة لمستويات السوائل في خزانات المياه، وأحواض مياه الصرف الصحي، وخزانات إضافة المواد الكيميائية، وخزانات مياه العمليات الصناعية.

– معالجة المواد الكيميائية

خزانات الأحماض والقلويات، وخزانات المذيبات، والمفاعلات، وأوعية العمليات.

: الزيوت وتخزينها؛

: المراقبة المستمرة لخزانات الزيوت والوقود والسوائل الأخرى.

أبارك صلبة:

– قياس مستوى الأسمنت، والمعادن، والحبوب، والكرات، ومساحيق المواد الكيميائية.

– المراقبة الهيدرولوجية.

– قياس مستوى المياه دون تلامس في الأنهار، والخزانات، والقنوات، والأجسام المائية المفتوحة.

– 5. ما هي ظروف العمليات التي تُعدّ مناسبة بشكل خاص لاستخدام الرادار؟

يُعدّ من أبرز مزايا الرادار قابليته الواسعة للتطبيق في مختلف الظروف العملية؛ إذ يمكن استخدام الرادار، وفقًا لنوع النموذج المستخدم، في بيئات جوية، وبيئات مُضغوطة، وبيئات فراغية، وبيئات ذات درجات حرارة عالية، وبيئات غنية بالبخار، وبيئات مُتربة، وبيئات مُتآكلة.

لا ينبغي أن يبقى المستشعر مغمورًا في الوسط.

وجود غبار أو مواد صلبة كُتلية.

وجود بخار أو تباين في درجة الحرارة.

يعمل الوعاء تحت ظروف فراغ أو ضغط.

يكون وسط العملية قابلاً للتآكل.

يلزم إجراء قياس مستمر لمستوى على مدى واسع.

ما زالت العمليات المعقدة تتطلب اختيارًا مخصصًا لكل تطبيق على حدة؛ فمثلاً، تتطلب السوائل المُهالكة استخدام هوائي ومواد ختم مناسبة، بينما تتطلب التطبيقات التي تعمل في درجات حرارة عالية أو تحت ضغط عالٍ تقييمات عملية ملائمة، أما في البيئات الغبارية أو تلك التي يكثر فيها تكوّن التكثيف، فإن ذلك يستدعي تصميم هوائي وتركيبًا مناسبًا.

6. ما الذي لا يقيسه مستشعر مستوى راداري مباشرةً؟

: يُصمم مستشعر مستوى الرادار القياسي في المقام الأول لقياس المسافةومستوى السائلولا يقوم هذا المستشعر عادةً بقياس سرعة التدفق أو معدل التدفق أو درجة الحرارة أو الضغط أو التركيز أو معايير جودة المياه بشكل مباشر.

على سبيل المثال، يمكن لمستشعر راداري لمستوى المياه أن يقيس مستوى المياه في نهر أو قناة. وإذا تطلّب الأمر أيضًا معرفة سرعة سطح المياه، فإن ذلك يستدعي عادةً استخدام مستشعر راداري مخصص لقياس السرعة. ويُعدّ قياس مستوى المياه، وسرعة التيار، وبيانات مقطع عرضي للقناة أو النهر، من المتطلبات الأساسية لحساب معدل التدفق.

وبالمثل، فإن الخزانات الصناعية التي تتطلب مراقبة درجة الحرارة أو الضغط أو الكثافة أو أي متغيرات عملية أخرى، تحتاج إلى مستشعرات مخصصة إضافية أو إلى نظام قياس متعدد المعايير.

7. ما الفرق بين رادار غير تلامسي ورادار الموجة الموجهة؟

يتضمن قياس مستوى السوائل باستخدام الرادار بشكل أساسي نوعين: رادار غير تلامسي ورادار الموجات الموجهة. ويُعد رادار غير التلامس وسيلةً لإرسال موجات كهرومغناطيسية عبر الفضاء الحر داخل السفينة، وهو مناسب للاستخدام في معظم تطبيقات خزانات التخزين، وقياس مستوى المياه، وكذلك في تطبيقات المواد الصلبة السائبة.

يُوجِّه رادار الموجات الموجهة نبضات الرادار عبر قضيب معدني أو كابل أو مجس محوري يدخل وسط العملية. كما يمكن لأجهزة رادار الموجات الموجهة المختارة قياس السطح الفاصل بين سائلين غير قابلين للامتزاج.

بالنسبة لمعظم تطبيقات السوائل والمواد الصلبة الكتلية التقليدية، يمكن اختيار رادار غير تلامسي وفقًا لنطاق الكشف، وزاوية الشعاع، وظروف العملية. كما يمكن اعتماد رادار الموجات الموجهة في حالات محددة من تطبيقات القياس، مثل الواجهات، أو غرف التجاوز، أو القياسات الموجهة باستخدام مجس.

8. لماذا تُعد خصائص وسط العملية أمراً بالغ الأهمية؟

يجب أن يُولِّد إشارة الرادار انعكاساً كافياً من سطح المادة، وذلك لضمان إمكانية كشف مستوى المادة بشكلٍ مستقر.تؤثر خصائص العازل للوسيط في العملية على شدة الصدى.

تُنتج السوائل ذات ثابت عازل منخفض عادةً انعكاسات سطحية أضعف، مما يجعل جودة الإشارة أكثر أهمية عند المسافات الطويلة أو عند انخفاض مستوى السائل. كما يمكن أن يؤثر الرغوة، والتكثف، والغبار، وزاوية سطح المادة، وتراكم الهوائي، على الإشارة المرتدة.

ولذلك، فإن مجرد ذكر عبارة «أحتاج إلى قياس مستوى السائل» لا يكفي عادةً لاختيار الجهاز بدقة؛ بل يجب أيضًا توفير معلومات حول وسط العملية وظروف التركيب.

9.ما المعلومات المطلوبة لاختيار مستشعر مستوى راداري؟

على الأقل، يجب توفيروسيط العملية، وأقصى مسافة قياس، ودرجة حرارة العملية، وضغط العملية، وهندسة الوعاء (). تؤثر هذه المعاملات تأثيرًا مباشرًا في اختيار تردد الرادار، والهوائي، ونطاق القياس، ووصلة العملية.

الأسئلة الشائعة

س1: ما الغرض من مستشعر مستوى الرادار؟

ج1: يُستخدم هذا المستشعر بشكل أساسي في قياس مستمر لمستوى السوائل، أو مستوى المياه، أو مستوى المواد الصلبة الكتلية، وذلك من خلال قياس المسافة بين المستشعر وسطح المادة.

س2: هل يمكن لمستشعر مستوى باستخدام الرادار قياس مستوى الماء؟

أ2: نعم. يُستخدم الرادار على نطاق واسع في مراقبة خزانات المياه، والخزانات، وأحواض مياه الصرف الصحي، والأنهار، وغيرها من تطبيقات مراقبة مستوى المياه.

سؤال 3: هل يمكن لمستشعر رادار لقياس مستوى المادة أن يقيس المواد المسحوقة؟

أ: نعم. يُستخدم رادار ذي تردد عالٍ وقوس ضيق على نطاق واسع في أسوار تخزين المواد المسحوقة والمواد الحبيبية. ويجب أخذ عوامل مثل تركيز الغبار، والمسافة، وزاوية سطح المادة، وخصائص الانعكاس في الاعتبار عند اختيار هذا النوع من المستشعرات.

سؤال 4: هل يمكن لمستشعر رادار لقياس مستوى الماء أيضًا أن يقيس السرعة؟

A4: يُستخدم مستشعر رادار قياسي لمستوى الماء لقياس مستوى السائل بشكل أساسي، في حين يتطلب قياس سرعة سطح السائل عادةً مستشعر رادار مخصصًا للسرعة.

Q5: هل يمكن للمستشعر الراداري قياس السوائل المُهالكة؟

A5: نعم، شريطة استخدام هوائي مقاوم للتآكل وتكوين ختم مخصص للعمليات الصناعية. ويجب التحقق من نوع السائل وتركيزه ودرجة حرارته وضغطه لضمان توافق المادة مع المستشعر.

Q6: هل يمكن لمستشعر مستوى راداري قياس معدل التدفق مباشرةً؟

A6: يقيس مستشعر مستوى راداري قياسي مستوى السائل مباشرةً. أما تدفق القنوات المفتوحة أو الأنهار، فهو عادةً يتطلب معلومات عن المستوى وسرعة التدفق وقطع العرض.

س7: ما الفرق بين قياس مستوى باستخدام رادار وميكانيزم رادار الموجة الموجهة؟

ج: يُرسِل رادار غير تلامسي موجات كهرومغناطيسية عبر الفضاء الحر، في حين يوجه رادار الموجة الموجهة نبضات الرادار عبر قضيب أو كابل أو مجس محوري يدخل وسط العملية.

س8: هل يمكن لمستشعر مستوى بالرادار أن يتصل بجهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC)؟

ج: نعم.اعتمادًا على النموذج المستخدم، يمكن استخدام واجهات مثل 4-20mA و HART و RS485 Modbus RTU للاندماج مع وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)، وأنظمة التحكم الموزعة (DCS)، ووحدات التحكم في العمليات (RTU s)، وأنظمة جمع البيانات.

خاتمة.

يتمثل الهدف الرئيسي من مستشعر مستوى الرادار في إجراء قياسٍ مستمر لمستوى السوائل، أو المواد الصلبة الكتلية، أو مستوى الماء. ويستخدم هذا المستشعر موجات كهرومغناطيسية لتحديد المسافة بين المستشعر وسطح المادة، ويُستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل معالجة المياه، وخزانات المواد الكيميائية، وتخزين النفط، والمحاليل اللزجة، والمراقبة الهيدروجيولوجية، بالإضافة إلى أسطوانات تخزين المساحيق أو المواد الحبيبية.

يُستخدم الرادار في المقام الأول لقياس المسافة ومستوى السطح، ولا يحل محل مستشعرات مخصصة لقياس السرعة أو التدفق أو درجة الحرارة أو الضغط بشكل مباشر. وينبغي عند اختيار الرادار أن يُؤخذ في الاعتبار نوع وسط العملية، وأقصى مسافة قياس، ودرجة حرارة الوسط، وضغطه، ووجود رغوة أو بخار أو غبار، ودرجة تآكله، إضافةً إلى هندسة الوعاء، وذلك لتحديد التردد المناسب، ونوع الهوائي، ونوع توصيل العملية.

METRAVON يمكن تهيئة مستشعرات الرادار لتشمل نطاقات قياس مختلفة، ووصلات عملية، وواجهات صناعية مثل 4-20mA و RS485 Modbus RTU لقياس المستويات بشكل مستمر في خزانات التخزين، وأنظمة مراقبة المياه، وأبراج تخزين المواد الصلبة.