تركيب مقياس المستوى بالموجات فوق الصوتية وتشغيله

١. لماذا يُعد تركيب مقياس المستوى بالموجات فوق الصوتية أمرًا مهمًا؟ يمكن استخدام مقياسات المستوى بالموجات فوق الصوتية من طراز

لقياس مستوى سوائل ووسائط العمليات المختلفة، مثل المياه الملوثة، والسوائل الحمضية والقلوية، والراتنجات، والبارافين، والسوائل المُخلَّطة. كما تُستخدم هذه المُقاسات على نطاق واسع في قطاعات صناعية مثل قطاعات النفط، والصناعات الكيميائية، وتصنيع الطاقة، وصناعة المعادن، ومعالجة المياه.

يُصدر جهاز قياس المستوى بالترددات فوق الصوتية موجات فوق صوتية من مسباره نحو سطح السائل، ثم يستقبل الإشارة المنعكسة من سطح السائل لحساب المسافة.

لذلك، حتى عند اختيار نموذج الجهاز الصحيح، قد تؤدي موضع التركيب غير المناسب إلى:

• انعكاسات غير مستقرة؛

• قراءات مستوى السائل المتقلبة؛

• فشل في اكتشاف سطح السائل؛

• قيم عرض غير طبيعية؛

• تداخل ناتج عن جدران الخزان أو الهياكل الداخلية.

أثناء عملية التركيب، يُعدّ أولوية قصوى ضمان توفر مسار انتشار أشعة فوق صوتية يكون أوضح وأكثر استقرارًا قدر الإمكان.

2. ما هي المبادئ التي يجب اتباعها عند تحديد موقع تركيب مقياس مستوى باستخدام تقنية الأشعة فوق الصوتية؟

2.1.تجنب المداخل والمناطق التي تشهد تقلبات حادة في سطح السائل –

عند تركيب المجس، يُنصح بتجنب المداخل، والمخارج، والمقاعد التي يشهد فيها سطح السائل تقلبات كبيرة قدر الإمكان.

إذا ضربت شعاع الموجات فوق الصوتية مباشرةً تدفق المادة الداخلة، فقد يُخطئ الجهاز في اعتبار الانعكاسات الناتجة عن التدفق الداخل على أنها انعكاسات تُعبّر عن مستوى السائل.

في الوقت نفسه، قد تُغيّر الموجات القوية أو الدوامات أو التحريك المستمر اتجاه الانعكاس بشكل مستمر، مما يؤدي إلى قراءات غير مستقرة لمستوى السائل.

لذلك، من الأفضل الحفاظ على مساحة سطح السائل التي تكون مستقرة نسبيًا أسفل المجس.

2.2.يجب أن يكون سطح إرسال المستشعر مُوجَّهًا بشكل صحيح نحو سطح السائل.

بالنسبة لسطح سائل أفقي عادي، ينبغي عادةً أن يكون سطح إرسال المستشعر موازيًا لسطح السائل قدر الإمكان، بحيث تنتقل موجات الصدى فوق الصوتي نحو سطح السائل بشكل عمودي تقريبًا.

إذا كان المستشعر مائلًا بشكل ملحوظ، فقد لا تعود موجات الصدى فوق الصوتي المنعكسة إلى المستشعر بشكل فعّال.

– خاصة عند استخدامها على مسافات قياس طويلة، قد يؤدي حتى انحراف صغير في زاوية التركيب إلى تأثير ملحوظ.

2.3. يجب أن يكون أدنى مستوى السائل ضمن نطاق قياس الجهاز.

لا يجوز أن تتجاوز المسافة بين المجس وأدنى مستوى السائل النطاق الفعّال للقياس الخاص بجهاز قياس المستوى بالترددات فوق الصوتية المُختارة.

على سبيل المثال، إذا كان المسافة القصوى الفعلية لقياس 8 متر، فلا يُستحسن اختيار جهاز يبلغ مدى قياسه الفعّال أقل من 8 متر.

يجب أيضًا تحديد هامش هندسي معقول أثناء اختيار النموذج، بدلاً من اختيار منتج بناءً فقط على المسافة القصوى النظرية.

2.4.لا يُسمح بدخول أعلى مستوى سائل إلى منطقة العُمى الخاصة بالجهاز

فأجهزة قياس المستوى بالصدى فوق الصوتي تمتلك عادةً منطقة قريبة من المجس حيث لا يمكن إجراء قياسات عادية، وتُعرف هذه المنطقة بـ"المنطقة العمياء".

إذا دخل أعلى مستوى سائل إلى منطقة العُمى، فقد يعجز الجهاز عن تحديد سطح السائل الفعلي بدقة.

لذلك، يجب الامتثال للمتطلب التالي أثناء عملية التثبيت:

المسافة من المجس إلى أعلى مستوى سائل > المنطقة المغلقة المحددة للجهاز

يجب التحقق من المنطقة المغلقة المحددة في ورقة البيانات أو الدليل الخاص بالنموذج المقابل.

لا يُستخدم مسافة ثابتة واحدة كمعيار عالمي لجميع أجهزة قياس المستويات بالترددات فوق الصوتية.

3.ما هو المسافة المطلوبة بين مسبار الموجات فوق الصوتية وجدار الخزان؟

إذا تم تركيب المسبار بمسافة قريبة جدًا من جدار الخزان، فقد تُلامس شعاع الموجات فوق الصوتية:

• جدران الخزان ذات السطح الخشن؛

• خيوط اللحام؛

• هياكل الدعم؛

• أجزاء بارزة؛

• مكونات داخلية أخرى؛

جميع هذه العوامل قد تُنتج صدىً مُعطلًا.

كنقطة بداية عملية:

في حالة جدران بركة أو خزان غير متجانسة، يُنصح بحفظ مسافة تزيد عن 0.3 متر بين المجس والجدار.

يمكن استخدام هذه القيمة كمرجع عملي لبعض المواقع، إلا أن مسافة التثبيت الفعلية يجب أيضًا أخذها بعين الاعتبار:

• زاوية شعاع المستشعر؛

• مسافة القياس؛

• قطر الحاوية؛

• بنية جدار الخزان؛

• تعليمات خاصة بالطراز المحدد؛

كلما كانت نطاق القياس أوسع، زادت مساحة تغطية الشعاع عادةً عند الطرف البعيد.لذلك، لا يُعتبر النظر فقط إلى المسافة عند قمة الخزان كافيًا.

4. ما الذي يجب فعله إذا دخل مستوى السائل الأعلى إلى المنطقة المغلقة؟

إذا كان مساحة التركيب محدودة ولا يمكن للمسطرة الحفاظ على مسافة كافية من أعلى مستوى السائل، فيمكن النظر في استخدام أنبوب تمديد أو أنبوب تركيب وفقًا لمتطلبات الجهاز المعني.

قد يتضمن الترتيب النموذجي لأنبوب التمديد ما يلي:

• قطر أنبوب التوسعة يزيد عن 120 مم؛

• طول يبلغ حوالي 0.35–0.50 متر؛

• التركيب الرأسي؛

• الجدار الداخلي ناعم؛

• لا ينبغي أن يكون مُفتوحات الخزان أصغر من القطر الداخلي لأنبوب التوسعة.

تتمثل خيار آخر في تمديد أنبوبه داخل الخزان، مع ضمان إمكانية اتصال مستمر بين مستويات السائل داخل الأنبوب وخارجه.

تُستند هذه الأبعاد إلى خبرة محددة في عملية التركيب، ولا ينبغي استخدامها مباشرةً كمُعايير تصميم عامة لجميع الطرازات.

ويرجع ذلك إلى أن أنبوب التمديد نفسه قد يُولّد انعكاسات فوق صوتية.

لذلك، قبل استخدام أنبوب تمديد، يجب التحقق من الأمور التالية:

• قطر الأنبوب المسموح به؛

• أقصى طول للأنبوب؛

• أبعاد المجس؛

• ما إذا كان الجدار الداخلي ناعمًا؛

• ما إذا كانت هناك أطراف أو تآكلات عند مدخل الأنبوب؛

• ما إذا كان الأنبوب متوافقًا مع خصائص العارضة الخاصة بالجهاز المحدد؛

5.أي معلمات الأداة يجب تأكيدها مجددًا قبل التركيب؟

قبل التركيب، يجب إعادة فحص ظروف الموقع للتأكد من أن هذه الظروف تتوافق مع متطلبات النموذج المُختار.

تشمل العوامل الرئيسية ما يلي:

ضغط العملية

تأكيد أن ضغط الحاوية لا يتجاوز النطاق المسموح به لجهاز القياس.

درجة حرارة العملية؛

تأكيد أن درجة حرارة الوسط ودرجة حرارة البيئة تقعان ضمن النطاق المسموح به لجهاز القياس.

الخصائص الكيميائية للوسط

بالنسبة للوسيطات الحمضية أو القلوية أو مياه الصرف أو الوسائط المُتَآكلة الأخرى، يجب التأكد من أن جهاز الاستشعار ومواد التلامس مع العملية متوافقة كيميائيًا.

المتطلبات الكهربائية:

يجب قطع التيار الكهربائي قبل إجراء التوصيلات الكهربائية.

إذا تم استخدام مقياس مستوى فوق صوتي مقاوم للانفجار، فيجب إجراء التوصيلات الكهربائية والختم والتركيب وفقًا للمتطلبات المقابلة للمقاومة للانفجار.

6.ما الذي يجب أخذه بعين الاعتبار عند تركيب مقياس مستوى بالترددات فوق الصوتية في البيئات الخارجية؟

6.1. تجنّب التعرّض لضوء الشمس المباشر لفترة طويلة

عند تركيب مقياس مستوى بالترددات فوق الصوتية في البيئة الخارجية وعرضه للإشعاع الشمسي القوي لفترة طويلة، قد ترتفع درجة حرارة غلاف الجهاز والمكونات الإلكترونية.

في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة والتي تتعرّض فيها المعدات للضوء الشمسي القوي، يمكن تركيب مظلّة أو غطاء وقائي وفقًا لظروف الموقع.

لا يُسمح لدرع الحماية الشمسية أن تعيق عملية إرسال واستقبال الموجات فوق الصوتية بشكل طبيعي بواسطة المجس.

6.2. يجب تأمين الكابلات والقنوات الحماية بشكل مناسب ضد التسرب المائي.

يُعد مياه الأمطار والترسيب مشكلتين شائعتين في التثبيتات الخارجية.

إذا لم تُغلق قناة الكابل أو نقطة دخوله بشكل صحيح، فقد تنتقل الماء على طول الكابل وتدخل إلى الجهاز.

لذلك، يجب الانتباه إلى ما يلي:

• تثبيت غمد الكابل بثبات؛

• إغلاق اتصالات القنوات بشكل صحيح؛

• تجنب مسار الكابل الذي يسمح بتدفق المياه من الأعلى مباشرة إلى الجهاز؛

• توفير حلقة تسرب.

تُعدّ الطريقة التالية بسيطةً لكنها ذات أهمية:

يجب أن ينحني الكابل أولًا نحو الأسفل قبل دخوله الجهاز، ثم يرتفع تدريجيًا نحو نقطة دخول الكابل.

ويُمكن هذا التصميم من السماح للماء المطري أو تكثف البخار بالتحكم في تساقطه نزولًا على طول الكابل، بدلًا من تدفقه مباشرةً إلى غلاف الجهاز.

6.3.يجب أخذ إجراءات حماية إضافية ضد الصواعق بعين الاعتبار في المناطق التي تشهد عواصف صاعقة بشكل متكرر

فحتى لو أن الجهاز يمتلك مستوى معين من الحماية الداخلية ضد التقلبات الكهربائية، فيُستحسن النظر في تطبيق إجراءات حماية خارجية ضد التقلبات الكهربائية أو ضد الصواعق وفقًا لتصميم الكهرباء الخاص بالموقع في المناطق التي تشهد نشاطًا متكررًا للصواعق.

يُعد هذا أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص في الحالات التالية:

• خزانات المياه الخارجية؛

• خزانات التخزين المرتفعة؛

• مسارات الكابلات الطويلة؛

• المناطق المفتوحة؛

حيث تتطلب مشكلات الصواعق أو التقلبات الكهربائية اهتمامًا أكبر.

7. كيف ينبغي تركيب مقياسات المستوى فوق صوتية في بيئات درجات الحرارة العالية والمنخفضة؟

إذا تجاوزت درجة حرارة البيئة المحيطة الموقع النطاق التشغيلي المسموح به للجهاز، فيجب اتخاذ تدابير حماية مناسبة.

على سبيل المثال:

• إضافة تظليل أو عزل حراري في المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة؛

• تجنّب ملامسة أسطح المعدات ذات درجات الحرارة المرتفعة؛

• أخذ العزل الحراري بعين الاعتبار في البيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة؛

• منع تغطية المجس بالجليد بشكل مباشر.

تتفاوت درجات حرارة البيئة والوسط المسموحة لمقاييس المستوى فوق الصوتية حسب الطراز؛ لذا يجب استخدام ورقة البيانات الخاصة بالمنتج المحدد كأساس.

8. ما الذي يجب أخذه في الاعتبار عند التركيب على القنوات أو الخزانات المفتوحة؟

عند التركيب على القنوات أو المسبحات أو أي أوعية مفتوحة أخرى، يُطلب عادةً استخدام دعامة تركيب.

يجب التحقق من النقاط التالية بعناية:

سعة تحمل المِثَل

يجب أن يمتلك المِثَل قوة ميكانيكية كافية؛ وفي حال الاستخدام الخارجي على المدى الطويل، يجب أيضًا أخذ عوامل التآكل وحملات الرياح بعين الاعتبار.

نطاق تغطية شعاع المستشعر

لا يُسمح بوجود جدران بركة، أو عوارض متقاطعة، أو أي عوائق أخرى داخل نطاق تغطية زاوية شعاع الموجات فوق الصوتية.

ارتفاع التركيب

يجب أن يبقى أدنى مستوى سائل ضمن النطاق القياسي الفعّال للجهاز، بينما لا يجوز أن يدخل أعلى مستوى سائل إلى المنطقة المغلقة.

لذلك، لا يمكن تحديد ارتفاع دعامة التركيب فقط بناءً على سهولة التركيب؛ بل يجب أن يستوفي أيضًا متطلبات النطاق القياسي الكامل.

9. كيف ينبغي تركيب جهاز قياس المستوى بالترددات فوق الصوتية على خزان ذو قبة؟

يجب الانتباه بشكل خاص إلى الانعكاسات المتعددة عند قمة الخزان ذو القبة.

إذا تم تركيب مقياس مستوى فوق صوتي مباشرةً في الموضع الذي يُرجّح حدوث انعكاسات مركّزة، فقد تتكوّن انعكاسات معقدة بين السقف المُقوس وسطح السائل.

كنقطة بداية عملية، قد يساعد اختيار موقع بين نصف وثلثي نصف قطر سقف الخزان على تجنب المناطق المعرضة للانعكاسات المتعددة.

يمكن استخدام هذا النسبة كمرجع عملي، إلا أن الموضع الفعلي لا يزال يتطلب تحديدًا وفقًا لما يلي:

• أبعاد الخزان؛

• شكل القبة؛

• زاوية شعاع المجس؛

• العوائق الداخلية؛

المبدأ الأساسي هو:

تجنّب السماح لبنية الخزان بأن تُولِّد صدىً مُعطلًا أقوى من الصدى الفعلي لسطح السائل؛

10. كيف ينبغي تركيب مقياس المستوى فوق صوتي على خزان مخروطي؟

بالنسبة إلى وعاء مخروطي ذات قمة مسطحة، إذا كان من الضروري إجراء قياس حتى القاعدة المخروطية، فإن مركز القمة يُعد عادةً الموضع الذي ينبغي النظر إليه أولاً.

يُمكّن هذا من توجيه المجس مباشرة نحو منطقة القاعدة في الوعاء المخروطي.

ومع ذلك، إذا كان مركز الوعاء يحتوي على:

• أنبوب إدخال؛

• عمود تحريك؛

• هياكل داخلية؛

فينبغي حينها تعديل موقع التركيب.

لذلك، ينبغي اعتبار «التركيب المركزي» خيارًا مُفضّلًا عندما يسمح هيكل المركبة بذلك، وليس شرطًا مطلقًا.

11. الأخطاء الشائعة في تركيب مقياس مستوى بالموجات فوق الصوتية

في التطبيقات الميدانية الفعلية، تُعزى المشكلات الأكثر شيوعًا عادةً ليس إلى عطل في الجهاز، بل إلى تركيب غير صحيح.

تشمل الأخطاء الشائعة ما يلي:

أسئلة شائعة

Q1: ما هو المُلاحظة الأكثر أهمية عند تركيب مقياس مستوى فوق صوتي؟

تأكد أولاً من نطاق القياس والمنطقة العمياء. ثم تحقق من محاذاة المسبار مع سطح السائل ومن عدم دخول فتحة التعبئة أو جدار الخزان أو أي عائق آخر ضمن حزمة الموجات فوق الصوتية.

Q2: هل يجب أن يُثبَّت مقياس المستوى بالأشعة فوق الصوتية دائمًا على مسافة 0.3 متر من جدار الخزان؟

ليس بالضرورة.يمكن استخدام مسافة قدرها 0.3 متر كمرجع عملي في ظروف تركيب معينة، لكن يجب تحديد المسافة الفعلية وفقًا لزاوية الشعاع، ومسافة القياس، ونوع الجهاز المحدد.

Q3: ما الذي يجب فعله إذا دخل أعلى مستوى سائل في المنطقة المغلقة؟

يمكن ضبط ارتفاع تركيب المجس، أو استخدام أنبوب تمديد مناسب إذا سمحت شركة التصنيع بذلك.يجب ألا يتم اختيار أبعاد أنبوب الامتداد بشكل عشوائي، وإلا فقد تنشأ إشارات ارتداد إضافية.

Q4: لماذا لا ينبغي تركيب جهاز قياس مستوى بالموجات فوق الصوتية مباشرة فوق مدخل المادة؟

يمكن لتدفق المادة الداخلة أن يُحدث انعكاسًا أو تشتتًا للموجات فوق الصوتية، مما قد يؤدي إلى خطأ في الجهاز في اعتبار التدفق الداخِل سطح السائل، فيُنتج عن ذلك تغيرات مفاجئة أو قياسات غير دقيقة.

Q5: لماذا يُستحسن استخدام حلقة تسرب الكابل في التركيبات الخارجية؟

يُساعد هذا الحل لمنع تدفق مياه الأمطار أو تكثيفها مباشرةً على طول الكابل نحو مدخل كابل الجهاز؛ ويشكّل إجراءً بسيطاً وفعّالاً للحماية من الماء.

Q6: هل يمكن تركيب مقياس مستوى بالترددات فوق الصوتية مباشرةً في مركز الخزان المُحاط بقبة؟

لا يُنصح بتركيبه في هذا المكان دون إجراء تقييم أولي.قد تُنتج بعض الهياكل ذات الأسقف المُقعرة انعكاسات متعددة؛ لذا ينبغي اختيار موضع أكثر ملاءمة وفقًا لهيكل الخزان وظروف الصدى.

ملخص

– جودة تركيب مقياس مستوى فوق الصوتية تؤثر بشكل مباشر على استقرار القياسات اللاحقة.

الأسباب الأكثر أهمية التي يجب أخذها بعين الاعتبار أثناء التركيب هي:

نطاق القياس، والمنطقة المغلقة، واتجاه المجس، وموقع المدخل، والمسافة من جدار الخزان، والعيوب الموجودة داخل الشعاع، وأنابيب التوسعة، ودرجة الحرارة، وعزل الماء للخارج، وحماية من الصواعق.

بالنسبة إلى القنوات أو الخزانات ذات القبة أو الخزانات المخروطية، يجب تحديد موقع تركيب المجس أيضًا وفقًا لبنية المركبة.

الأبعاد والنسب المذكورة أعلاه نقاط مرجعية عملية وليست حدودًا عامة. يجب تحديد أبعاد التركيب النهائية وفق ورقة البيانات وتعليمات تركيب مقياس المستوى بالموجات فوق الصوتية المختار.