مبدأ وتطبيق العديد من أجهزة قياس مستوى الرادار الشائعة

يُستخدم مقياس مستوى الرادار، باعتباره منتجًا شائعًا لأجهزة قياس المستوى، لقياس مستوى السوائل والمواد اللزجة والجسيمات في مختلف الحاويات أو الأنابيب المعدنية وغير المعدنية. وفقًا لطريقة عمل مقياس مستوى الرادار يوجد نوعان من أجهزة قياس مستوى الرادار: النوع التلامسي والنوع غير التلامسي. بالمقارنة مع النوع التلامسي، يُعدّ النوع غير التلامسي أسرع أجهزة القياس تطورًا في السنوات الأخيرة. يتميز بسهولة التركيب، وقلة الصيانة، ومرونة الاستخدام، وعدم تأثره بالغبار أو درجة الحرارة أو غيرها من العوامل في المستودع. وبحسب شكل موجة الميكروويف، يُقسم النوع غير التلامسي إلى نوعين: جهاز قياس مستوى الرادار النبضي وجهاز قياس مستوى الرادار ذي الموجة المستمرة FM. أما النوع التلامسي، فيشمل بشكل أساسي جهاز قياس مستوى الرادار ذي الموجة الموجهة. سنتناول هنا مبادئ عمل هذين النوعين وتطبيقاتهما بالاقتران مع أجهزة قياس مستوى الرادار الشائعة.

1- مبدأ عمل العديد من أجهزة قياس مستوى الرادار الشائعة

1. مقياس مستوى الرادار ذو الموجة الموجهة

يرسل رادار الموجات الموجهة نبضات ميكروويف عالية التردد تنتشر على طول مكونات الكشف (كابلات فولاذية أو أنابيب فولاذية). عند اصطدامها بالوسط المراد قياسه، ينعكس جزء من طاقة النبضة نتيجة للتغير المفاجئ في ثابت العزل الكهربائي. تتناسب الفترة الزمنية بين النبضة المرسلة والنبضة المنعكسة طرديًا مع مسافة الوسط المراد قياسه. ويمكن حساب قيمة المستوى الفعلية من خلال زمن إرسال النبضة واستقبالها المسجل بواسطة الرادار. مصنع أجهزة قياس مستوى الرادار .

2. مقياس مستوى الرادار النبضي

يُرسل مقياس مستوى الرادار النبضي نبضات ميكروويف بسرعة الضوء (في الهواء). بعد ملامسة سطح الوسط المراد قياسه (يجب أن يكون ثابت العزل الكهربائي للوسط أكبر من ثابت العزل الكهربائي لوسط الانتشار)، ينعكس جزء من الميكروويف (تعتمد كمية الانعكاس على استواء/ثابت العزل الكهربائي لسطح المادة) ويستقبله الهوائي نفسه. كلما زادت كمية (معدل) الانعكاس من الوسط، زادت قوة الإشارة، وتحسنت دقة القياس؛ وكلما قلت كمية (معدل) الانعكاس، ضعفت الإشارة، وازدادت سهولة التشويش عليها. من خلال تحديد الفاصل الزمني Δt بدقة بين النبضة المرسلة والنبضة المستقبلة، يمكن حساب المسافة D من الهوائي إلى سطح الوسط المراد قياسه.

3. مقياس مستوى الرادار ذو الموجة المستمرة FM

يستخدم رادار FMCW ترددًا أساسيًا للقياس (تردد الموجة الحاملة) يبلغ 24 جيجاهرتز، وعرض نطاق ضبط يبلغ 2 جيجاهرتز، ويبلغ زمن المسح الكلي 7 مللي ثانية. يتم إكمال مسح خطي. بعد إرسال الإشارة، يتم استقبال إشارة الصدى بعد تأخير زمني محدد. يتناسب فرق التوقيت الناتج في المسح الخطي طرديًا مع مسافة مستوى السائل. نظرًا لوجود العديد من الموجات المنعكسة، يتم تحويل جميع أزمنة الصدى إلى طيف ترددي ذي طاقة محددة باستخدام تحويل فورييه السريع (FFT)، وتُعد إشارات طيف الفيديو الأعلى والأكثر انحدارًا إشارات مفيدة.

2- استخدام العديد من أجهزة قياس مستوى الرادار الشائعة

يتميز مقياس مستوى الرادار بدقة قياسه، وأدائه المستقر، وموثوقيته العالية، وسهولة صيانته، ونطاق استخدامه الواسع، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في قطاعات متنوعة تشمل الطاقة، والصلب، والمعادن، والإسمنت، والبتروكيماويات، وصناعة الورق، والأغذية، وغيرها. كما أنه ملائم للبيئات التي تشهد تغيرات كبيرة في الغبار، ودرجة الحرارة، والضغط، ووجود الغازات الخاملة والبخار. مع ذلك، ونظرًا لاختلاف مبادئ عمل مقاييس مستوى الرادار، فإن ظروف استخدامها تختلف اختلافًا كبيرًا. وفيما يلي تفاصيل أدائها:

1. يمكن استخدام مقياس مستوى الرادار النبضي بشكل عام في معظم التطبيقات، ويستخدم عادة لقياس مستوى السائل في الخزانات الأسطوانية في حدود 35 مترًا.

2. بالنسبة للخزانات الكروية أو خزانات السوائل المزودة بوظيفة الخلط، الموجة الموجهة مورد أجهزة قياس مستوى السائل يُستخدم عادةً لقياس مستوى السائل.

3. عند قياس مستوى الوسائط في الحاويات أو خزانات التخزين ذات المدى الكبير والغبار الكثيف، يجب استخدام مقياس مستوى الرادار ذي الموجة المستمرة FM ذي الطاقة العالية والقدرة القوية على مقاومة التداخل، وإلا فقد لا تكون نتائج القياس دقيقة بما فيه الكفاية.