معايير المواصفات لأجهزة قياس مستوى الرادار / أجهزة إرسال المستوى: ثابت العزل الكهربائي، تردد التشغيل، المنطقة الميتة، الصدى، زاوية الشعاع، وأقصى مسافة قياس.

تُمكّن أجهزة قياس مستوى الرادار من قياس المستوى دون تلامس في أي ظروف تشغيلية. يُرسل الجهاز إشارات ميكروية من الأعلى إلى الوسط، ثم تنعكس هذه الإشارات من السطح. وبناءً على الإشارات المُستقبلة، يُحدد الجهاز المسافة إلى الوسط ويحسب مستوى دقيقًا.

سواء كانت متطلبات القياس الخاصة بك تتعلق بالسوائل أو المواد الصلبة أو درجات الحرارة العالية أو المنخفضة أو المواد المسببة للتآكل، فإن أجهزة قياس مستوى الرادار يمكنها تلبية جميع احتياجات التطبيق الخاصة بك.

أثناء التشغيل العملي لأجهزة قياس مستوى الرادار، قد يواجه المستخدمون مصطلحات في دليل التشغيل قد تكون مربكة. ستُرشدك هذه المقالة إلى المصطلحات التقنية الشائعة لتعزيز معرفتك بها.

1. ثابت العزل الكهربائي

ثابت العزل الكهربائي، أو السماحية النسبية، هو كمية لا بعدية يرمز لها بالحرف اليوناني ε. وهو يمثل نسبة السعة في مكثف يستخدم مادة معينة كعازل إلى تلك الموجودة في الفراغ، ويعمل كمقياس لقدرة المادة على الاحتفاظ بالشحنة الكهربائية.

في أجهزة قياس مستوى الرادار، يُعدّ ثابت العزل الكهربائي عاملاً حاسماً في تحديد نوع وخصائص المادة المقاسة. وتختلف ثوابت العزل الكهربائي للمواد المختلفة تبعاً لاختلاف تركيبها الجزيئي وبنيتها. وبشكل عام، تستجيب المواد ذات ثوابت العزل الكهربائي الأعلى للمجالات الكهربائية بشكل أقوى، بينما تستجيب المواد ذات الثوابت الأقل بشكل أضعف.

ثانياً: تردد التشغيل

يشير تردد تشغيل مقياس مستوى الرادار إلى نطاق التردد الذي يبث فيه موجات الرادار. ويمكن تصنيف مقاييس مستوى الرادار إلى مقاييس عالية التردد ومقاييس منخفضة التردد بناءً على تردد إرسالها. يعمل الرادار منخفض التردد ضمن نطاق 100 ميجاهرتز إلى 8 جيجاهرتز، بينما تُصنف الوحدات التي تبث بترددات أعلى من 8 جيجاهرتز وحتى 120 جيجاهرتز على أنها مقاييس مستوى رادار عالية التردد.

في التطبيقات الهندسية العملية، تُستخدم مقاييس مستوى الرادار منخفضة التردد بشكل أساسي لقياس السوائل وفي البيئات التي تتطلب نطاقات قياس صغيرة. أما الرادار عالي التردد، بفضل مزاياه كزيادة الطاقة الناتجة، فيحقق نطاقات قياس أوسع ويُناسب نطاقًا أوسع من ظروف التشغيل. وتُظهر موجات الرادار المنبعثة من مقاييس مستوى الرادار عالية التردد أداءً فائقًا في القياس مقارنةً بالرادار منخفض التردد عند التعامل مع الأسطح غير المنتظمة كالمواد الصلبة والمساحيق والمواد الحبيبية.

يؤثر تردد التشغيل بشكل كبير على أداء وتطبيق أجهزة قياس مستوى الرادار، كما هو موضح أدناه:

قدرة الاختراق: كلما زاد تردد التشغيل، قلت قدرة اختراق موجة الرادار. مع ذلك، تتعرض موجات الرادار عالية التردد لتوهين أكبر عند مرورها عبر السوائل أو المواد الصلبة. ونتيجة لذلك، في بعض الحالات، قد تكون أجهزة إرسال مستوى الرادار منخفضة التردد أكثر ملاءمة لقياس المواد الأكثر كثافة.

دقة القياس: تتميز موجات الرادار عالية التردد بأطوال موجية أقصر، مما يوفر دقة قياس أعلى. في المقابل، قد تكون موجات الرادار منخفضة التردد أكثر عرضة للتداخل، مما قد يؤثر سلبًا على دقة القياس.

ثالثًا: المنطقة العمياء

تشير المنطقة العمياء لمقياس مستوى الرادار إلى المنطقة التي لا يمكن فيها قياس موجات الرادار بدقة، وتقع عادةً بالقرب من هوائي الرادار. تنشأ هذه الظاهرة من البنية الفيزيائية للرادار وخصائص انتشار الإشارة. وتحديدًا، تتجلى في عدم القدرة على اكتشاف الهدف بدقة أو قياس موقع جسم ما ضمن نطاق مسافة معين؛ ولا يمكن ضمان دقة القياس إلا بعد أن يتحرك الجسم خارج هذا النطاق.

قد تنشأ المنطقة العمياء من عوامل متعددة، تشمل الظروف الجغرافية، وخصائص انتشار الموجات الكهرومغناطيسية، وسرعة الهدف، ووحدة الرادار نفسها. تؤثر هذه المنطقة بشكل كبير على دقة قياس أجهزة قياس مستوى الرادار، مما يجعل اختيار المنتجات ذات المنطقة العمياء الأصغر أمرًا بالغ الأهمية أثناء عملية تحديد المواصفات.

أ. ضبط النطاق؛ ب. ضبط الحد الأدنى (نقطة مرجعية 4 مللي أمبير)؛ ج. ضبط الحد الأعلى (نقطة مرجعية 20 مللي أمبير)؛ د. النطاق الميت

تشمل الأسباب الرئيسية لوجود النقاط العمياء ما يلي:

تأثير المجال القريب: في منطقة المجال القريب المجاورة لهوائي الرادار، تختلف خصائص انتشار الإشارة عن تلك الموجودة في منطقة المجال البعيد. وقد يؤدي ذلك إلى توهين الإشارة أو انعكاسات غير واضحة، مما يخلق مناطق عمياء.

تصميم الهوائي: يؤثر تصميم وتكوين هوائي الرادار على تكوين المناطق العمياء. فعلى سبيل المثال، قد تُظهر بعض هياكل الهوائيات حزمة إشعاع أوسع في اتجاهات محددة، مما يؤدي إلى مناطق عمياء أكبر في تلك الاتجاهات.

زاوية الشعاع: تؤثر زاوية شعاع موجات الرادار أيضاً على حجم المنطقة العمياء. فزاوية الشعاع الأضيق عادةً ما تُنتج مناطق عمياء أكبر، حيث تصبح موجات الرادار أكثر عرضةً للتشويش أو التداخل، مما يمنعها من الوصول إلى المناطق المستهدفة.

التداخل البيئي: تؤثر بيئة التركيب والتشغيل بشكل كبير على المناطق العمياء لأجهزة إرسال مستوى الرادار. فعلى سبيل المثال، قد تتسبب الهياكل المعدنية أو العوائق الأخرى في حدوث انعكاسات أو توهين على طول مسار انتشار موجة الرادار، مما يؤدي إلى ظهور مناطق عمياء داخل هذه المناطق.

رابعاً: صدى

يعتمد مبدأ عمل أجهزة قياس مستوى الرادار على تقنية تحديد المدى بالصدى. تنعكس الإشارة الصادرة من جهاز قياس مستوى الرادار عن سطح المادة، مُشكّلةً إشارةً مُستقبلة. يتناسب الفرق الزمني بين الموجتين المُرسلة والمُستقبلة تناسبًا طرديًا مع المسافة بين سطح المادة والهوائي. ومن خلال قياس زمن الانتشار، يُمكن تحديد موقع المادة وارتفاعها.

خامساً: زاوية الشعاع

تُعدّ زاوية الشعاع معيارًا أساسيًا لتقييم اتجاهية ونطاق مسح شعاع الرادار. وتُشير زاوية شعاع مقياس مستوى الرادار، والمعروفة أيضًا بعرض شعاع الهوائي، إلى نطاق زاوية الإشعاع الأساسي للشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من هوائي الرادار. وهي تُحدد التغطية المكانية واتجاهية نظام الرادار.

عندما تكون زاوية الشعاع صغيرة، يكون توجيه الرادار أكثر دقة، مع نطاق استقبال أو إرسال ضيق نسبيًا؛ وعلى العكس من ذلك، عندما تكون زاوية الشعاع كبيرة، يصبح توجيه الرادار أكثر تشتتًا، مع نطاق استقبال أو إرسال أوسع.

من المرجح أن تواجه زاوية الشعاع الأكبر عوائق، مما يؤدي إلى أصداء زائفة.

زاوية شعاع أضيق تعني تداخلاً أقل.

سادساً: النطاق

يشير نطاق مقياس مستوى الرادار إلى أقصى وأدنى مسافة يمكنه خلالها إجراء قياسات فعالة.

المدى البعيد: يشير إلى أقصى مسافة يمكن لجهاز قياس مستوى الرادار قياسها. يعتمد المدى البعيد عادةً على عوامل مثل قوة موجة الرادار وترددها وتصميم الهوائي والظروف البيئية. وبشكل عام، تستطيع أجهزة قياس مستوى الرادار ذات القوة والتردد الأعلى تغطية مسافات أكبر.

المدى القصير: يشير إلى أدنى مسافة يمكن لجهاز قياس مستوى الرادار قياسها. ضمن نطاق تشغيل الجهاز، توجد عادةً منطقة عمياء قصيرة المدى لا يستطيع نظام الرادار فيها تحديد المسافة أو ارتفاع الأجسام بدقة. ويتأثر المدى القصير بعوامل مثل تصميم الهوائي، وزاوية الشعاع، وقدرات معالجة الإشارة لجهاز قياس مستوى الرادار.

يُعدّ تحديد المدى البعيد والقصير أمرًا بالغ الأهمية لتطبيقات أجهزة قياس مستوى السوائل بالرادار. عند اختيار ونشر هذه الأجهزة، من الضروري تحديد معايير مناسبة للمدى البعيد والقصير بناءً على متطلبات التطبيق الفعلية وخصائص السيناريو لضمان قدرة نظام الرادار على تلبية متطلبات القياس والمراقبة بكفاءة.