مبدأ القياس وخصائص وتطبيقات مقياس مستوى الرادار

Rمقياس مستوى الأدارهو جهاز لقياس مستوى السوائل يعمل بدون تلامس، خالٍ من الأجزاء المتحركة، ولا يحتاج إلى صيانة. بعد سنوات من التطبيق والتطوير التقني، يُستخدم هذا الجهاز على نطاق واسع في صناعة البتروكيماويات، ويحظى بتقدير المستخدمين. تُقدم هذه المقالة شرحًا موجزًا ​​لمبدأي القياس المختلفين لجهاز قياس مستوى السوائل بالرادار، وتُحدد حالات الاستخدام المناسبة ومتطلبات التركيب بناءً على خصائصه ومزاياه.

1. مبدأ القياس وخصائص مقياس مستوى الرادار

يستخدم مقياس مستوى الرادار موجات كهرومغناطيسية فائقة التردد لإرسالها إلى سطح السائل في الوعاء المراد قياسه عبر الهوائي. وعندما تصل الموجة الكهرومغناطيسية إلى سطح السائل، تنعكس وتستقبلها نفس الهوائي. ويتم قياس الفرق الزمني بين الموجة المرسلة والصدى، ومن ثم حساب مستوى السائل.

يحتوي مقياس مستوى الرادار على وضعين للتشغيل، يتوافقان مع مبدأين للقياس.

(1) وضع الميكروويف النبضي (PTOF)

هذا النمط هو نظام قياس زمني من أعلى إلى أسفل. يقوم نظام القياس بإرسال نبضة ميكروويف بتردد ثابت وعرض نطاق ثابت بشكل دوري عبر الهوائي، حيث يستقبلها نظام الرادار بعد انعكاسها على سطح المادة المراد قياسها. يستقبل الهوائي نبضة الميكروويف المنعكسة ويرسلها إلى الدائرة الإلكترونية. يقوم المعالج الدقيق بمعالجة الإشارة، وتحديد الصدى الناتج عن نبضة الميكروويف على سطح المادة، وحساب مستوى السائل بناءً على ذلك. يتم تحويل الزمن المتناسب مع مسافة مستوى السائل المقاس إلى إشارة كهربائية.

(2) الموجة المستمرة المعدلة التردد (FMCW)

مصدر الموجات الميكروية في مقياس مستوى الرادار هذا هو مذبذب تحكم يعمل بنطاق X. الموجات الميكروية المنبعثة من الهوائي عبارة عن موجة مستمرة ذات تعديل تردد خطي. عند استقبال الهوائي للصدى، يتغير تردد انبعاث الموجات الميكروية. يتناسب فرق التردد بين الموجة المرسلة والصدى طرديًا مع المسافة بين الهوائي وسطح السائل، ومن ثم يُحسب ارتفاع مستوى السائل.

2. خصائص مقياس مستوى الرادار

(1) يتكون مقياس مستوى الرادار بشكل أساسي من وحدة تحكم إلكترونية وهوائي. لا يحتوي على أجزاء متحركة ولا يتعرض للتآكل الميكانيكي. بالمقارنة مع أجهزة قياس مستوى السوائل التي تحتوي على أجزاء ميكانيكية، يتميز بعمر خدمة أطول، وهو عمليًا لا يحتاج إلى صيانة.

(2) يمكن استخدام مقياس مستوى الرادار لقياس مستوى معظم السوائل. فالموجات الدقيقة التي يصدرها قادرة على اختراق الفراغ، ولا تتطلب وسيط نقل، كما أنها أقل تأثراً بالجو والبخار والضباب المتطاير في الخزان.

(3) يعتمد على القياس بدون تلامس، وهو غير متأثر بالخصائص الفيزيائية مثل مستوى السائل وكثافته وتركيزه في الخزان. يتميز بنطاق قياس واسع ومقاومة عالية للتآكل.

(4) يتميز بسهولة التركيب، وانخفاض معدل الفشل، وسهولة الصيانة، والدقة العالية، والموثوقية العالية.

(5) يعتمد على وضعين للإخراج، رقمي وتناظري، ويمكن تهيئته في وضع ناقل لوحدة واحدة أو وحدات متعددة، مما يسهل توصيله بجهاز الكمبيوتر العلوي للمراقبة.

(6) يتميز الجهاز بمعدل إشعاع منخفض ولا يسبب أي ضرر للبيئة المحيطة أو الأفراد.

3. اختيار وتطبيق مقياس مستوى الرادار

تتعدد أنواع أجهزة قياس مستوى السوائل بالرادار. عند اختيار الجهاز المناسب، يُراعى أولًا تأثير درجة الحرارة والضغط والكثافة واللزوجة وقابلية التآكل للوسط المراد قياسه على أدائه. لذا، من الضروري اختيار الهوائيات وأجهزة القياس الملائمة وفقًا لخصائص الوسط في ظروف التشغيل المحددة. بالنسبة للخزانات صغيرة الحجم أو ذات الشكل المعقد، أو التطبيقات التي تتطلب قياس مستويات سوائل متعددة، يُنصح باستخدام جهاز قياس مستوى السوائل بالرادار ذي الهوائي الموجي الموجه. أما بالنسبة للخزانات ذات بيئات القياس المعقدة، مثل الخزانات المتطايرة أو المسببة للتآكل أو ذات الضغط العالي أو درجة الحرارة العالية، فيُنصح باستخدام جهاز قياس مستوى السوائل بالرادار ذي الهوائي غير التلامسي. ولأن جهاز قياس المستوى لا يلامس الوسط، فإنه يتجنب تأثير الخصائص الفيزيائية والكيميائية للوسط على دقة القياس أو تلف الجهاز نفسه.

بما أن دقة جهاز قياس مستوى الرادار وصيانته اليومية وعمره الافتراضي تؤثر بشكل مباشر على كفاءة الإنتاج والفوائد الاقتصادية للمؤسسة، فإن الجودة الممتازة وخدمة ما بعد البيع المرضية تعتبر أمراً بالغ الأهمية للمستخدمين.

يتم النظر في مبدأ الاختيار بشكل أساسي من الجوانب التالية، ويتم اتباع مواصفات اختيار الأدوات المقابلة:

(1) أداء الجهاز؛ (2) خصائص الوسط؛ (3) ظروف التركيب؛ (4) الظروف البيئية؛ (5) العوامل الاقتصادية.

تؤثر خصائص الوسط السائل المستخدم في قياس مستوى السائل على نطاق القياس. فالسوائل ذات ثابت العزل الكهربائي المنخفض تؤثر بشكل أكبر على مسافة القياس لجهاز قياس مستوى السائل بالرادار، مما يقلل من نطاق القياس؛ بينما السوائل ذات ثابت العزل الكهربائي المرتفع تؤثر بشكل أقل على مسافة القياس، مما يزيد من نطاق القياس.

تتميز أجهزة قياس مستوى الرادار بخصائص أداء فريدة. لذا، ينبغي تحليل النموذج المناسب وتحديده وفقًا لظروف التشغيل المحددة، مثل متطلبات الاستخدام، ودرجة الحرارة، والضغط، وخصائص التآكل للوسط المقاس، وحجم المساحة المستخدمة. على سبيل المثال، يمكن لأنواع مختلفة من الهوائيات تلبية متطلبات قياس متنوعة. يُعد الهوائي المخروطي الأكثر شيوعًا، ويمكن تركيبه على سطح الخزان أو في دليل الموجة لخزان التخزين، وهو مناسب لمواقع القياس ذات المدى الواسع. أما الهوائي المكافئ، فهو مناسب لقياس مستويات السوائل والمواد الصلبة، ويمكن استخدامه للقياسات بعيدة المدى للغاية. بينما يُناسب الهوائي البوقي الصغير الحاويات الصغيرة، ويُناسب الهوائي المسطح مجموعة متنوعة من ظروف التشغيل.

تتعدد أنواع أجهزة قياس مستوى السوائل، ولكل طريقة قياس خصائصها ومزاياها. تُلبي أجهزة قياس مستوى السوائل بالرادار متطلبات قياس محددة، فهي تتميز بأداء مستقر وموثوق، وسهولة وأمان في التشغيل، ومقاومة عالية للتداخل، ونطاق قياس واسع، مما يُتيح دقة قياس عالية. لذا، من المتوقع أن تُستخدم أجهزة قياس مستوى السوائل بالرادار على نطاق واسع في صناعة البتروكيماويات نظرًا لخصائصها ومزاياها.