دليل نقاط الاختيار لأجهزة قياس المستوى

أجهزة قياس المستوى هي أجهزة أتمتة صناعية تقيس مستوى وارتفاع تحميل المواد السائلة والمسحوقة.

يُطلق على قياس الكتل والجسيمات والمساحيق وغيرها من المواد الصلبة، مثل ارتفاع التراكم أو موضع سطح الجهاز، اسم مقياس مستوى المواد. أما قياس مستوى السوائل في الخزانات والأبراج وغيرها من الحاويات، مثل ارتفاع السائل أو موضع سطح السائل، فيُطلق عليه اسم مقياس مستوى السائل. ويُعرف قياس مستوى السوائل في الحاويات التي تحتوي على سائلين غير قابلين للذوبان، أو بين سائلين ومواد صلبة، عند موضع سطح التماس، باسم مقياس سطح التماس. إذن، كيف نختار مقياس المستوى المناسب؟ سنتناول اليوم بعض المسائل المتعلقة باختيار أجهزة قياس المستوى، لنفهمها معًا!

المبادئ العامة

1) يجب أن يكون لديه فهم شامل لظروف العملية، وطبيعة الوسط المقاس، ومتطلبات نظام القياس والتحكم، من أجل إجراء تقييم كامل للأداء التقني للجهاز وآثاره الاقتصادية، بحيث يمكنه أن يلعب دورًا مناسبًا في ضمان استقرار الإنتاج، وتحسين جودة المنتج، وزيادة الفوائد الاقتصادية.

٢) يجب استخدام أجهزة قياس الضغط التفاضلي، وأجهزة قياس العوامة لقياس مستوى السائل والسطح البيني. في حال عدم استيفاء المتطلبات، يمكن استخدام أجهزة قياس السعة، أو المقاومة (التلامس الكهربائي)، أو الموجات الصوتية. يجب أن يعتمد اختيار أجهزة قياس سطح المادة على حجم جزيئات المادة، وزاوية استقرارها، وموصلية المادة، وبنية الصومعة، ومتطلبات القياس.

3) يجب أن يستند اختيار شكل ومادة الجهاز إلى خصائص الوسط المراد قياسه. وتشمل الاعتبارات الرئيسية الضغط، ودرجة الحرارة، والتآكل، والتوصيل الكهربائي؛ ووجود ظواهر البلمرة، واللزوجة، والترسيب، والتبلور، والطبقة الرقيقة، والتغويز، والتقشر، وغيرها؛ والكثافة وتغيراتها؛ ومحتوى السائل من المواد العالقة؛ ودرجة اضطراب سطح السائل؛ وحجم جسيمات المواد الصلبة.

4) يجب تحديد وضع العرض ووظيفة الجهاز وفقًا لمتطلبات تشغيل العملية وتكوين النظام. عند وجود متطلبات لنقل الإشارة، يمكن اختيار وظيفة إخراج إشارة تناظرية أو وظيفة إخراج إشارة رقمية للجهاز.

5) يجب أن يستند نطاق الجهاز إلى الحاجة الفعلية لعرض نطاق عناصر العملية أو نطاق التغيير الفعلي المراد تحديده. بالإضافة إلى القياس الحجمي لأجهزة قياس المستوى، ينبغي أن يكون المستوى الطبيعي ضمن نطاق الجهاز بنسبة 50% تقريبًا.

6) يجب اختيار دقة الأجهزة وفقًا لمتطلبات العملية، ولكن بالنسبة للقياس الحجمي لأجهزة قياس المستوى، يجب أن يكون مستوى الدقة أعلى من 0.5.

7) بالنسبة للغازات والأبخرة والغبار القابل للاشتعال، وغيرها من المناطق الخطرة القابلة للانفجار في أجهزة قياس المستوى الإلكترونية، يجب تحديد ذلك وفقًا لفئة الأماكن الخطرة ودرجة خطورة الوسط المقاس، واختيار الهيكل المناسب المقاوم للانفجار أو اتخاذ تدابير وقائية أخرى.

8) بالنسبة للغازات المسببة للتآكل والغبار الخطير وغيرها من الأماكن التي تحتوي على أجهزة قياس المستوى الإلكترونية، يجب استخدامها وفقًا للظروف البيئية، واختيار نوع الحماية المناسب للغلاف.

اختيار أدوات قياس مستوى السائل والسطح البيني

1. جهاز قياس الضغط التفاضلي

يُفضّل استخدام أجهزة قياس الضغط التفاضلي للقياس المستمر لمستوى السائل. ويمكن استخدامها لقياس مستوى السائل عند نقطة التماس، ولكن يجب أن يكون مستوى السائل الكلي دائمًا أعلى من مستوى منفذ الضغط العلوي. أما في حالة القياسات عالية الدقة، والتي تتطلب نظامًا أكثر تعقيدًا ودقة، ويصعب تحقيق ذلك باستخدام أجهزة القياس التناظرية التقليدية، فيمكن استخدام أجهزة قياس الضغط التفاضلي الذكية، والتي تصل دقتها إلى أكثر من 0.2. ونظرًا للتغيرات الكبيرة في كثافة السائل أثناء ظروف التشغيل العادية، فإن أجهزة قياس الضغط التفاضلي غير مناسبة. يُنصح باستخدام أجهزة قياس الضغط التفاضلي ذات الحافة المسطحة للسوائل المسببة للتآكل، والسوائل البلورية، والسوائل اللزجة، والسوائل سريعة التبخر، والسوائل التي تحتوي على مواد صلبة معلقة. أما السوائل عالية التبلور، والسوائل عالية اللزوجة، والسوائل المتجلتنة، والسوائل المترسبة، فيُفضل استخدام أجهزة قياس الضغط التفاضلي ذات الحافة. عند تجاوز مستوى السائل المقاس، وفي حال وجود كمية كبيرة من المكثفات والترسبات في الطور الغازي، أو عند الحاجة إلى عزل السائل ذي درجة الحرارة العالية عن جهاز الإرسال، أو عند الحاجة إلى تنقية رأس القياس بدقة عند استبدال السائل المقاس، يُمكن اختيار جهاز قياس الضغط التفاضلي ذي الشفة المزدوجة. أما في حالة السوائل المسببة للتآكل، أو السوائل اللزجة، أو السوائل البلورية، أو السوائل المنصهرة، أو السوائل المترسبة، أو في حال صعوبة استخدام أجهزة قياس الضغط التفاضلي ذات الشفة لقياس مستوى السائل، فيُمكن استخدام طريقة النفخ أو الشطف، مع مقاييس الضغط العادية، أو محولات الضغط، أو محولات الضغط التفاضلي. في درجة حرارة الغرفة، قد يتكثف الطور الغازي، أو يتبخر الطور السائل، أو قد يكون الهدف من فصل الطور الغازي عن السائل هو فصله. عندما يصعب استخدام أجهزة قياس الضغط التفاضلي ذات الحافة، ويحتاج الأمر إلى استخدام أجهزة قياس الضغط التفاضلي العادية، يجب تركيبها وفقًا للظروف الخاصة، على التوالي، باستخدام العازل، والفاصل، ومحول البخار، ووعاء الموازنة، ومكونات أخرى، أو قياس الحفاظ على حرارة خط الأنابيب، مع مراعاة الحرارة. عند قياس مستوى السائل في مغرفة الغلاية باستخدام جهاز قياس الضغط التفاضلي، يجب استخدام وعاء موازنة مزدوج الحجرات معوض حراريًا. يجب مراعاة نطاق قياس الضغط التفاضلي للهجرة الموجبة والسالبة عند اختيار الجهاز .

2. أداة قياس من نوع العوامة

بالنسبة لنطاق القياس ضمن 2000 مم، وكثافة نوعية تتراوح بين 0.5 و1.5 لقياس مستوى السائل بشكل مستمر، وكذلك بالنسبة لنطاق القياس ضمن 1200 مم، وفرق الكثافة النوعية بين 0.1 و0.5 لقياس مستوى السائل بشكل مستمر، يُنصح باستخدام أجهزة قياس من نوع العوامة. يجب استخدام أجهزة قياس من نوع العوامة مع الأجسام المفرغة من الهواء والتي يسهل تبخر السائل فيها. يُفضل استخدام أجهزة قياس العوامة الهوائية للإشارة إلى مستوى السائل أو ضبطه في الموقع. يجب استخدام أجهزة قياس العوامة مع السوائل النظيفة. عند اختيار أجهزة قياس العوامة، عندما تكون متطلبات الدقة عالية، ويتطلب نقل الإشارة عن بُعد، يُنصح باختيار نوع توازن القوة؛ أما عندما تكون متطلبات الدقة منخفضة، ويتطلب الأمر الإشارة إلى مستوى السائل أو ضبطه في الموقع، فيمكن استخدام نوع توازن الإزاحة. لقياس مستوى السائل في خزانات التخزين المفتوحة، يُنصح باستخدام العوامة الداخلية. بالنسبة للسوائل غير المتبلورة أو اللزجة عند درجة حرارة التشغيل، ولكنها قد تتبلور أو تصبح لزجة عند درجة حرارة المحيط، يُنصح باستخدام العوامة الداخلية. أما بالنسبة لمعدات المعالجة التي لا تسمح بالتوقف، فيُفضل استخدام العوامة الخارجية بدلاً من الداخلية. وبالنسبة للسوائل عالية اللزوجة أو المتبلورة أو ذات درجات الحرارة العالية، يُنصح بعدم استخدام العوامة الخارجية. عند وجود اضطراب كبير في السائل داخل الحاوية، يجب تركيب جهاز قياس العوامة الداخلية مع غلاف أملس لمنع تأثير هذا الاضطراب. أما بالنسبة لأجهزة قياس العوامة الكهربائية، فيُفضل إضافة مخمدات لإشارة الخرج الخاصة بها في حال قياس تقلبات مستوى السائل بشكل متكرر.

3. أدوات قياس من نوع العوامة

للقياس المستمر والقياس الحجمي لمستوى السائل النظيف في الخزانات الكبيرة، وكذلك لقياس مستوى السائل النظيف والفاصل بين السوائل في جميع أنواع الخزانات، يُنصح باستخدام أجهزة قياس عائمة. لا يُنصح باستخدام هذه الأجهزة مع السوائل الملوثة أو المتجمدة في درجات الحرارة المحيطة. كما لا يُنصح باستخدامها في القياس المستمر للسوائل اللزجة أو القياس متعدد النقاط. عند استخدام أجهزة القياس العائمة لقياس الفاصل بين السوائل، يجب أن تكون الكثافة النوعية للسائلين ثابتة، وألا يقل الفرق بينهما عن 0.2. يجب تزويد أجهزة قياس مستوى السائل العائمة الداخلية المستخدمة في خزانات التخزين الكبيرة بآليات توجيه لمنع انجراف العوامة، كما يجب إضافة غلاف أملس لمنع تأثر العوامات باضطراب مستوى السائل. في حالة القياس المستمر لمستوى السائل أو حجمه في خزانات التخزين الكبيرة، سواءً كان خزانًا واحدًا أو عدة خزانات تتطلب دقة قياس عالية، يُفضل استخدام مقياس مستوى السائل الكهروضوئي. يمكن استخدام مقياس مستوى السائل ذي العوامة الفولاذية وفقًا للمتطلبات العامة لدقة قياس مستوى السائل في خزان تخزين واحد. أما في حالة القياس المستمر عالي الدقة لمستوى السائل، والسطح الفاصل، والحجم، والجودة في خزان تخزين واحد أو عدة خزانات، فينبغي اختيار نظام قياس الخزانات المناسب. في حالة قياس مستوى السائل في خزانات التخزين المفتوحة، أو خزانات تخزين السوائل المفتوحة، أو قياس مستوى السوائل الخطرة أو المسببة للتآكل، يُنصح باستخدام مقياس مستوى السائل ذي العوامة المغناطيسية. أما في حالة قياس مستوى السوائل اللزجة، فيُفضل استخدام وحدة تحكم مستوى السائل ذات العوامة الرافعة.

4. أجهزة القياس الصوتي

نظرًا لصعوبة قياس مستوى السوائل في السوائل المسببة للتآكل، والسوائل عالية اللزوجة، والسوائل السامة، وغيرها من السوائل التي تتطلب قياسًا مستمرًا باستخدام أجهزة قياس المستوى العادية، يُنصح باستخدام أجهزة القياس الصوتية. يجب تحديد طرازات وأنواع أجهزة القياس الصوتية وفقًا لخصائص الوسط المقاس وعوامل أخرى. يجب استخدام أجهزة القياس الصوتية لعكس ونشر الموجات الصوتية في قياس مستوى السوائل داخل الحاويات، ولا يُنصح باستخدامها مع الحاويات المفرغة من الهواء. كما لا يُنصح باستخدامها مع السوائل التي تحتوي على فقاعات غازية أو جزيئات صلبة. في حال وجود عوائق داخلية تؤثر على انتشار الموجات الصوتية داخل الحاوية، يُنصح بعدم استخدام أجهزة القياس الصوتية. في حالة القياس المستمر لمستوى السوائل باستخدام أجهزة القياس الصوتية، إذا كانت تغيرات درجة حرارة السائل المقاس أو تركيبه كبيرة، فيجب مراعاة تعويض تغيرات سرعة انتشار الموجات الصوتية لتحسين دقة القياس. يجب أن يكون الكابل الواصل بين الكاشف والمحول كابلًا محميًا، أو يُنصح باستخدام وسائل مضادة للتداخل الكهرومغناطيسي.

5. أجهزة القياس القائمة على الليزر

لقياس مستوى السائل بشكل مستمر في الأوعية ذات الهياكل المعقدة أو التي تحتوي على عوائق ميكانيكية، وكذلك الأوعية التي يصعب تركيبها بالطرق التقليدية، يُنصح باستخدام أجهزة قياس ليزرية. أما بالنسبة للسوائل الشفافة تمامًا التي لا تعكس الضوء، فلا يمكن استخدام هذه الأجهزة.

اختيار أدوات قياس سطح المواد

1. جهاز قياس سعوي　　

بالنسبة للمواد الحبيبية والمسحوقة، مثل الفحم، ومونومر البلاستيك، والأسمدة، والرمل، وغيرها من المواد، يُفضل استخدام أجهزة قياس السعة لقياس السطح بشكل مستمر أو باستخدام رؤوس القياس. يجب أن يكون كابل تمديد الكاشف محميًا، أو يُنصح باستخدام وسائل مقاومة للتداخل الكهرومغناطيسي.

2. جهاز قياس صوتي

لقياس مستوى المواد الحبيبية في الصوامع الصغيرة أو في حالة اهتزازها، حيث لا يتجاوز حجم الجسيمات في القادوس 10 مم، يمكن استخدام مقياس مستوى الشوكة الرنانة. أما لقياس مستوى المواد المسحوقة التي لا يتجاوز حجم جسيماتها 5 مم، فيُفضل استخدام مقياس مستوى الموجات فوق الصوتية المانع للصوت. وللقياس المستمر لسطح ومستوى المواد المسحوقة الدقيقة، يُنصح باستخدام مقياس مستوى الموجات فوق الصوتية العاكس. يُمنع استخدام مقياس مستوى الموجات فوق الصوتية العاكس لقياس مستوى المواد في الصوامع أو القواديس المملوءة بالغبار، كما يُمنع استخدامه لقياس مستوى المواد ذات الأسطح غير المستوية.

3. أجهزة القياس المقاومة (التلامس الكهربائي)　　

للحصول على قياسات ذات موصلية جيدة أو ضعيفة، ولكن مع وجود مواد حبيبية أو مسحوقية مثل الفحم والكوك وغيرها، يُنصح باستخدام جهاز قياس المقاومة. يجب أن تتوافق قيم مقاومة القطب الكهربائي مع مواصفات المنتج لضمان موثوقية وحساسية القياس.

4. جهاز قياس من نوع الليزر

لقياس مساحة سطح المواد للأوعية ذات الهياكل المعقدة أو التي تحتوي على عوائق ميكانيكية، وكذلك الأوعية التي يصعب تركيبها بالطرق التقليدية، يُنصح باستخدام أجهزة قياس ليزرية. أما بالنسبة للمواد غير العاكسة والشفافة تمامًا، فلا يمكن استخدام هذه الأجهزة.

5. أداة قياس دوارة

عندما يكون ضغط التحميل منخفضًا، ولا يوجد ضغط نابض في الصومعة أو القادوس، وعند قياس المواد الحبيبية والمسحوقية ذات كثافة 0.2 أو أكثر باستخدام أداة قياس سطحية من نوع المثقاب، يمكن اختيار أداة قياس دوارة. يجب اختيار حجم الدوار وفقًا لكثافة المادة. ولتجنب تأثير عطل في الأداة على الدوار، يجب تركيب لوحة حماية فوقه.

6. جهاز قياس من نوع الحجاب الحاجز

لقياس مستوى المواد الحبيبية أو المسحوقة في الصوامع أو القواديس باستخدام أداة قياس من نوع المثقاب، يمكن اختيار أداة قياس غشائية. ونظرًا لتأثر عمل الغشاء بضغط المسحوق وتماسكه، فإنه لا يُناسب التطبيقات التي تتطلب دقة عالية.

7. جهاز قياس الميكروويف

في حالات درجات الحرارة العالية، والالتصاق، والتآكل، وسمية الكتل الكبيرة، والمواد الحبيبية، والقياس المستمر لمستوى سطح المادة، يُنصح باستخدام أجهزة قياس الميكروويف. وهي غير مناسبة لقياس مستوى السطح غير المستوي.

8. أداة قياس من نوع المطرقة الثقيلة

لقياس مستوى المواد في الصوامع الكبيرة، ومستودعات التخزين، والحاويات المفتوحة أو المغلقة الخالية من الضغط، مع مراعاة التغيرات الواسعة في مستوى المواد، وكثافة المواد الحبيبية والمسحوقة على سطحها، يُنصح باستخدام جهاز قياس مطرقي ثقيل. يجب اختيار شكل المطرقة وفقًا لحجم المادة وجفافها ورطوبتها وعوامل أخرى. لقياس مستوى المواد في الصوامع والحاويات التي تشهد انتشارًا كثيفًا للغبار، يُفضل استخدام جهاز قياس مطرقي ثقيل مزود بجهاز نفخ.