ما هو جهاز إرسال المستوى بالرادار غير التلامسي؟
جهاز إرسال المستوى بالرادار غير التلامسي جهاز قياس مستمر يُركّب على الوصلة العلوية للخزان ويرسل إشارة ميكروويف عبر هوائي دون أي تلامس فيزيائي مع المنتج. تنعكس الإشارة عن سطح المنتج وتعود إلى الهوائي، فيحوّل الجهاز المعلومة المقابلة لزمن الذهاب والإياب إلى مسافة، ثم يحوّل المسافة إلى مستوى أو فراغ فوق السائل (Ullage) أو حجم.
ولأن القياس يعتمد على موجة كهرومغناطيسية تنتقل في الهواء أو في جو الخزان، فإن كثافة المنتج ولزوجته ودرجة حرارته وضغطه ودرجة حموضته pH لا تؤثر في النتيجة. كما يقلّل غياب الأجزاء المتحركة والتركيب العلوي من احتياجات الصيانة ومن خطر التسرب. ولهذا يُختار جهاز إرسال المستوى بالرادار غير التلامسي في مجال واسع من التطبيقات، من الكيماويات المسببة للتآكل إلى المنتجات اللزجة، ومن أحواض التجميع المكشوفة إلى الصوامع المحمّلة بالغبار.
الأجهزة المعروضة في هذه الصفحة رادارات FMCW ثنائية الأسلاك تعمل في فئة 80 GHz. ويولّد التردد المرتفع حزمة ضيقة من هوائي صغير، فيصبح القياس المستقر ممكنًا على وصلات عملية تمتد من القلاووظ مقاس ¾ بوصة إلى الشفاه مقاس 6 بوصات، ورغم وجود إنشاءات داخلية مثل الأنابيب والسلالم وملفات التسخين. أما حين يكون ثابت العزل الكهربائي للمنتج منخفضًا جدًا، أو حين يلزم قياس السطح البيني بين سائلين، أو حين يجري القياس داخل حجرة ضيقة، فينبغي النظر بدلًا من ذلك في أجهزة إرسال المستوى بالرادار الموجَّه.
كيف يعمل رادار FMCW عند 80 GHz
بدلًا من إرسال نبضات، يستخدم رادار FMCW إشارة مستمرة يتغير ترددها خطيًا مع الزمن، ويحسب المسافة انطلاقًا من فرق في التردد لا من فرق في الزمن. ويمكن تلخيص سلسلة القياس في خمس مراحل:
1. المسح الترددي: يولّد جهاز الإرسال إشارة ميكروويف مستمرة يُمسح ترددها بسرعة عبر نطاق 77–81 GHz، ويرسلها عبر الهوائي نحو سطح المنتج. وتبلغ قدرة الخرج القصوى +5 dBm (3.2 mW).
2. الانعكاس عن السطح: تنعكس الإشارة عند الحد الفاصل الناشئ عن الفرق في ثابت العزل الكهربائي بين جو الخزان والمنتج، ثم تعود إلى الهوائي. وتتوقف قوة الانعكاس على ثابت العزل الكهربائي للمنتج وعلى حالة السطح.
3. قياس فرق التردد: عندما تصل الإشارة المنعكسة إلى الهوائي، يكون جهاز الإرسال قد أصبح يبثّ عند تردد مختلف. وفرق التردد بين الإشارة المرسلة والمستقبَلة يتناسب مع زمن ذهاب الإشارة وإيابها، ومن ثم مع المسافة إلى السطح.
4. بناء منحنى الصدى: يحوّل التحليل الطيفي فروق التردد إلى منحنى صدى. ويتتبع البرنامج جميع أصداء سطح المنتج والإنشاءات الداخلية وقاع الخزان، ويفصل صدى السطح الحقيقي عن الانعكاسات المشوِّشة.
5. حساب المستوى والخرج: يُحسب المستوى بطرح مسافة السطح من الارتفاع المرجعي، ويمكن عند الحاجة اشتقاق الحجم من هندسة الخزان. ثم تُنقل النتيجة إلى نظام التحكم كإشارة 4–20 mA ثنائية الأسلاك مع بيانات HART الرقمية المركّبة عليها.
أثر التردد المرتفع في زاوية الحزمة
عند قطر هوائي معين، تضيق الحزمة كلما ارتفع التردد. ففي فئة 80 GHz تبلغ زاوية الحزمة 8° في هوائي مانع التسرب للعملية وفي الهوائي العدسي للهواء الطلق، و9° في الهوائي العدسي مقاس 1–1½ بوصة، و12° في الهوائي العدسي مقاس ¾ بوصة. ويبلغ عرض الحزمة ذات الزاوية 8° نحو 1.4 m على مسافة 10 m ونحو 4.2 m على مسافة 30 m. والحزمة الضيقة تقلّل الانعكاسات القادمة من جدار الخزان ومن الإنشاءات الداخلية، وتيسّر القياس عبر الفوهات الصغيرة.
تتبّع الصدى ورفض الانعكاسات المشوِّشة
تتابع خوارزميات معالجة الصدى المتقدمة باستمرار الأصداء الثابتة الصادرة عن العوائق داخل الخزان، وتميّزها عن سطح المنتج المتحرك. ويوفّر هذا النهج قياسًا موثوقًا في الخزانات الصغيرة وفي الأوعية سريعة التعبئة أيضًا. ويبلغ معدل تغيّر المستوى الأقصى 40 mm/s افتراضيًا، ويمكن رفعه إلى 200 mm/s بحسب التطبيق.
خصائص القياس في المواد الصلبة
سطح المواد الصلبة السائبة ليس مستويًا: إذ تشكّل المادة مخروطًا وفق زاوية استقرارها الطبيعية، وقد تتكوّن سحب غبار أثناء التعبئة. وعادةً ما يكون ثابت العزل الكهربائي للمواد الصلبة منخفضًا (في حدود 1.2 للمساحيق الخفيفة، و1.35 للحبيبات البلاستيكية، و1.5 للإسمنت والرمل ومسحوق الجير والحبوب، و1.7 لرقائق الخشب وكريات الخشب). ولذلك يتراوح نطاق القياس القابل للتحقيق في المواد الصلبة بين 10 و30 m تبعًا لنوع الهوائي والمنتج؛ كما يؤثر في النطاق قطر الصومعة والعوائق الداخلية والتكثّف والترسبات على الهوائي.
ولأن رادار FMCW يبثّ إشارته باستمرار لكن بقدرة منخفضة، فهو يوفّر قياسًا موفّرًا للطاقة يمكن تشغيله من حلقة التيار ثنائية الأسلاك. ويجب اختيار ضبط التردد بما يوافق أنظمة الطيف الراديوي في البلد الذي سيُشغَّل فيه الجهاز.
الميزات الرئيسية
· فئتا دقة: في الظروف المرجعية، دقة ±2 mm في الفئة القياسية و±1 mm في فئة الدقة العالية، مع قابلية تكرار ±0.5 mm.
· ثلاثة أنواع من الهوائيات: هوائي عدسي للوصلات الصغيرة، وهوائي مانع تسرب للعملية أجزاؤه الملامسة من PTFE بالكامل، وهوائي عدسي بخيار تثبيت على حامل للخزانات غير المضغوطة وللهواء الطلق.
· قياس حتى 30 m في السوائل والمواد الصلبة: نطاق قياس أقصى 30 m في السوائل (15 m مع الهوائي العدسي الملولب مقاس ¾ بوصة)، و10–30 m في المواد الصلبة حسب المنتج والهوائي.
· وصول لاسلكي عبر Bluetooth: يتيح خيار Bluetooth، الذي يُورَّد مع الشاشة الرسومية، التهيئة والصيانة لاسلكيًا من مسافة 15 m على الأقل مع خط رؤية مباشر.
· شاشة رسومية متعددة اللغات: تقدّم شاشة LCD الرسومية بثلاثة أسطر قوائم بـ 14 لغة، وتعرض المتغيرات المختارة وتنبيهات التشخيص برموز صيانة متوافقة مع NAMUR.
· اختبار الإثبات دون رفع المستوى: بإضافة صدى سطح افتراضي إلى إشارة الرادار، يمكن اختبار خرج جهاز الإرسال وحدود الإنذار والتهيئة دون إيقاف العملية أو تغيير المستوى.
· تحقق من الجهاز قابل للجدولة: يمكن عند الحاجة جدولة تحقق تلقائي يفحص سلامة جهاز الإرسال دون مقاطعة العملية، وينتج تقريرًا بنتيجة ناجح/راسب.
· التسجيل والتشخيص: تُحفظ في ذاكرة الجهاز سجلات المستوى ومنحنى الصدى لثلاثة أيام سابقة مع آخر 50 تنبيهًا؛ وتُعطى إنذارات مبكرة عن الترسبات على الهوائي وعن الأوضاع غير الاعتيادية للسطح.
· عدة أجهزة على خزان واحد: يمكن لعدة أجهزة إرسال مركّبة على الخزان نفسه أن تعمل دون تداخل بينها، ما يبسّط ترتيبات القياس المزدوجة.
· شطف الهوائي بالهواء: حيث تُتوقع ترسبات كثيفة، يمكن تنظيف الهوائي عبر وصلة هواء؛ وتُعرض حلقات وصلة الشطف كملحقات لهوائيات مانع التسرب للعملية.
المواصفات الفنية
القيم أدناه بيانات فنية نموذجية لجهاز إرسال المستوى بالرادار غير التلامسي بتقنية FMCW عند 80 GHz المعروض في هذه الصفحة. وتختلف حدود الضغط والحرارة باختلاف نوع الهوائي واختيار الشفة، كما يختلف نطاق القياس باختلاف المنتج وظروف التركيب؛ ويجب تأكيد القيم النهائية في مرحلة المشروع.
المعامل | البيانات الفنية |
مبدأ القياس | الموجة المستمرة المعدّلة الترددية (FMCW)، دون تلامس |
نطاق التردد | 77–81 GHz (76–77 GHz في بلدان معينة) |
قدرة الخرج القصوى | +5 dBm (3.2 mW) |
الدقة المرجعية | فئة الدقة العالية ±1 mm · الفئة القياسية ±2 mm (15–25 °C، هدف من صفيحة معدنية ثابتة، هوائي مانع التسرب للعملية) |
قابلية التكرار | ±0.5 mm |
أثر درجة الحرارة المحيطة | ±1 mm / 10 K |
أقصى نطاق قياس | 30 m (15 m مع الهوائي العدسي الملولب مقاس ¾ بوصة)؛ 10–30 m في المواد الصلبة حسب المنتج |
معدل التحديث | 1 Hz على الأقل (بتغذية 15 Vdc عند 4 mA) |
أقصى معدل لتغيّر المستوى | 40 mm/s افتراضيًا، قابل للضبط حتى 200 mm/s |
أنواع الهوائيات وزاوية الحزمة | هوائي مانع التسرب للعملية 8° · الهوائي العدسي ¾ بوصة 12°، و1–1½ بوصة 9° · الهوائي العدسي للهواء الطلق 8° |
ضغط العملية | هوائي مانع التسرب والهوائي العدسي: –1…25 bar · الهوائي العدسي للهواء الطلق: –1…0.5 bar |
حرارة العملية | هوائي مانع التسرب والهوائي العدسي: –60…200 °C · الهوائي العدسي للهواء الطلق: –20…80 °C (–40…80 °C في التطبيقات المكشوفة) |
الحرارة المحيطة وحرارة التخزين | –40…80 °C (قد تتقيد بحسب حرارة العملية) |
المواد المعرضة لجو الخزان | PTFE؛ وصلة ملولبة 316/316L (EN 1.4404) في الهوائي العدسي؛ ألومنيوم مؤكسد أنوديًا وحلقة دائرية FKM في الهوائي العدسي للهواء الطلق |
التوصيل بالعملية | قلاووظ NPT أو BSPP (G) مقاس ¾ و1 و1½ بوصة؛ شفاه 2–6 بوصات / DN50–DN150 / 50A–150A (ASME B16.5 Class 150/300، EN 1092-1 PN16/PN40، JIS 10K/20K) |
الخرج | 4–20 mA ثنائي الأسلاك، اتصال HART رقمي (يدعم التوصيل المتعدد Multidrop)؛ Bluetooth اختياري |
التغذية الكهربائية | 35 Vdc و22.5 mA كحد أقصى عند الأطراف (30 Vdc كحد أقصى في التركيبات الآمنة جوهريًا)؛ استهلاك داخلي للقدرة أقل من 0.8 W |
درجة الحماية | هوائي مانع التسرب والهوائي العدسي: IP66/67/68، NEMA 4X · الهوائي العدسي للهواء الطلق: IP65، NEMA 4X |
زمن بدء التشغيل | أقل من 60 s |
قيم الدقة معطاة وفق IEC 60770-1، باستثناء الإزاحة الثابتة المرتبطة بالتركيب. وفي المنطقة القريبة وعلى المسافات القريبة من صدى قوي لقاع الخزان، يتوقف الأداء الفعلي على المنتج وعلى ظروف التطبيق.
المزايا الرئيسية
· قياس دون تلامس مع المنتج: لأن الهوائي لا يلامس المنتج، تقلّ حالات الاتساخ والتآكل والحاجة إلى التنظيف مع المنتجات اللاصقة أو اللزجة أو المسببة للتآكل.
· استقلال عن متغيرات العملية: لا تؤثر تغيّرات الكثافة واللزوجة والحرارة والضغط وpH في القياس، ولا يلزم إعادة معايرة عند تغيير المنتج.
· الوصلات الصغيرة والخزانات المزدحمة: تتيح الحزمة الضيقة القياس عبر وصلات ملولبة مقاس ¾ بوصة، وتقلّل الأصداء المشوِّشة في الخزانات ذات الإنشاءات الداخلية.
· عمر خدمة طويل في الأوساط المسببة للتآكل: الهوائي الذي تكون أجزاؤه الملامسة من PTFE بالكامل يناسب الأوساط المسببة للتآكل والتطبيقات ذات الغبار والتكثّف الكثيف.
· تشغيل تجريبي آمن وسريع: التهيئة عبر Bluetooth دون دخول المنطقة الخطرة، والإرشاد المصوّر، وواجهة برمجية سهلة الاستخدام، كلها تختصر زمن التشغيل التجريبي.
· فترات أطول بين اختبارات الإثبات: تتيح اختبارات الإثبات عن بُعد والتحقق التلقائي توثيق وظائف السلامة دون مقاطعة العملية.
· تصميم ثنائي الأسلاك موفّر للطاقة: يعمل جهاز الإرسال من حلقة التيار باستهلاك داخلي للقدرة أقل من 0.8 W في التشغيل الاعتيادي، فلا حاجة إلى كابل تغذية منفصل.
· صيانة تنبؤية: تساعد التنبيهات المتعلقة بالترسبات على الهوائي وبجودة الإشارة على تخطيط الصيانة قبل وقوع العطل.
مجالات التطبيق
تُستخدم أجهزة إرسال المستوى بالرادار غير التلامسي في مجال واسع من العمليات لقياس مستوى السوائل والمعلّقات والمواد الصلبة السائبة باستمرار. ونلخّص أدناه أنواع التطبيقات الرئيسية.
خزانات التخزين
تُستخدم لمراقبة صحة التعبئة ومستويات المخزون. وحيث تتطلب المواقع متعددة الخزانات إدارة للمخزون وقياسًا على مستوى النظام، ينبغي تقييم أجهزة الإرسال جنبًا إلى جنب مع أنظمة قياس الخزانات.
خزانات الخلط والعمليات
في خزانات الخلط تفصل خوارزميات تتبّع الصدى الانعكاسات الصادرة عن الإنشاءات الداخلية عن سطح المنتج الحقيقي، وتساعد على إبقاء العملية تحت مراقبة مستمرة؛ وفي أوعية العمليات المضغوطة يمكن استخدام هوائي مانع التسرب والهوائي العدسي حتى 25 bar.
الأوساط المسببة للتآكل وشديدة التكثّف
للخزانات التي تُخزَّن فيها الكيماويات المسببة للتآكل أو تُعالَج، يُفضَّل هوائي مانع التسرب للعملية الذي تكون أجزاؤه الملامسة من PTFE بالكامل؛ والهوائي نفسه يمثل ميزة أيضًا في الأجواء ذات التكثّف والغبار الكثيفين.
التطبيقات في الهواء الطلق
يُقاس المستوى في أحواض التجميع والبرك والقنوات المفتوحة رغم صعوبة ظروف السطح والطقس. ويمكن استخدام الهوائي العدسي للهواء الطلق القابل للتثبيت على حامل ضمن نطاق حرارة –40…80 °C في التطبيقات المكشوفة.
صوامع المواد الصلبة السائبة
مع المواد الصلبة مثل الإسمنت والرمل ومسحوق الجير والحبيبات البلاستيكية والحبوب والنخالة ورقائق الخشب وكريات الخشب، لا يتأثر القياس بالغبار ولا بانخفاض الانعكاسية. وللمواد الصلبة يوصى بتركيب الجهاز على مسافة من جدار الخزان تعادل ثلثي نصف قطر الصومعة.
تطبيقات السلامة
يمكن استخدام جهاز الإرسال المعتمد لـ SIL 2 في وظائف سلامة تشمل منع التشغيل على الجاف ومنع الفيضان ومراقبة نطاق المستوى؛ ويمكن تنفيذ اختبارات الإثبات دون رفع المستوى.
كيف تختار جهاز إرسال المستوى بالرادار
يتوقف نجاح القياس بالرادار غير التلامسي على اختيار نوع الهوائي والتوصيل بالعملية وموضع التركيب المناسب للتطبيق. وللتقييم الفني نوصي بجمع المعلومات التالية:
ظروف العملية والمنتج
· المنتج المراد قياسه: سائل أو معلّق أو مادة صلبة؛ وللمواد الصلبة شكل الحبيبات (مسحوق، حبيبات، كريات) وثابت العزل الكهربائي التقريبي
· نطاق القياس المطلوب وفئة الدقة (القياسية ±2 mm أو الدقة العالية ±1 mm)
· حرارة العملية وضغطها (–60…200 °C و–1…25 bar لهوائي مانع التسرب والهوائي العدسي)
· خطر الرغوة والاضطراب والتكثّف والترسبات على الهوائي؛ والحاجة إلى الشطف بالهواء عند اللزوم
· أقصى معدل للتعبئة والتفريغ (40 mm/s افتراضيًا، وحتى 200 mm/s)
الهوائي والتوصيل بالعملية
· مقاس الفوهة أو الوصلة القائمة: هوائي عدسي للوصلات الملولبة ¾–1½ بوصة، وهوائي مانع التسرب للعملية للشفاه 2–6 بوصات
· توافق المواد الملامسة: أجزاء ملامسة من PTFE بالكامل، أو هوائي عدسي بجسم 316/316L
· الهوائي العدسي للهواء الطلق المثبت على حامل للتطبيقات غير المضغوطة أو المكشوفة
· معيار الشفة وتصنيف الضغط (ASME Class 150/300، EN 1092-1 PN16/PN40، JIS 10K/20K)
موضع التركيب والفوهة
· لا يُركّب الجهاز في مركز الخزان، ولا فوق تيار التعبئة أو قريبًا منه، ولا على غطاء فتحة الرجل، ولا فوق باب فتحة جانبية مباشرة
· المسافة إلى جدار الخزان 200 mm على الأقل؛ والمسافة الموصى بها نصف نصف قطر الخزان للسوائل وثلثا نصف القطر للمواد الصلبة
· يُركّب الجهاز رأسيًا بميل لا يتجاوز 3°
· يجب أن يكون داخل الفوهة أملس؛ ويُقيَّد ارتفاع الفوهة بحسب قطرها (مثلًا لفوهة مقاس 2 بوصة: 200 mm مع الهوائي العدسي و500 mm مع هوائي مانع التسرب للعملية)
· في الخزانات المصنوعة من مواد غير معدنية، يجب إبقاء الأجسام الواقعة خارج جدار الخزان مباشرةً بعيدًا عن الحزمة
الكهرباء والاتصال والسلامة
· جهد التغذية ومقاومة الحلقة (250 Ω على الأقل لاتصال HART)
· اتجاه الإنذار ومستوياته (معيار المصنع أو NAMUR NE 43)
· متطلبات Bluetooth والشاشة الرسومية واللغة
· تصنيف المنطقة الخطرة ونوع الحماية المطلوب
· متطلب SIL وطريقة اختبار الإثبات والحاجة إلى تقارير التحقق
في التطبيقات التي تكثر فيها الرغوة وقد يبقى فيها صدى السطح ضعيفًا، أو في الأوعية التي تحتاج إلى مؤشر مرئي محلي، ينبغي مقارنة تقنيات قياس أخرى أيضًا. وتنفّذ TLY Enerji هذا التقييم معكم استنادًا إلى بيانات العملية.
السلامة الوظيفية واعتمادات المناطق الخطرة والاعتمادات الراديوية
نلخّص أدناه أهم الشهادات والاعتمادات والمعايير المتاحة لجهاز إرسال المستوى بالرادار غير التلامسي. ويتوقف نطاق الاعتماد على التهيئة المختارة.
المعيار / الاعتماد | النطاق والوصف |
IEC 61508 – السلامة الوظيفية | عنصر من النوع B في نمطي الطلب المنخفض والمرتفع؛ وسلامة عشوائية للأجهزة بمستوى SIL 2 عند HFT=0 وSIL 3 عند HFT=1، مع قدرة منهجية SIL 3. ويتوفر خيار شهادة سلامة ببيانات FMEDA. |
ATEX وIECEx | أنواع حماية مقاومة للانفجار ومقاومة لاشتعال الغبار وآمنة جوهريًا، إضافة إلى خيارات نوع الحماية للاستخدام في المنطقة 2؛ واعتمادات وطنية لأمريكا الشمالية والبرازيل والصين واليابان وكوريا والهند والاتحاد الاقتصادي الأوراسي (EAC). |
NAMUR | تصميم مختبر وفق نوع NAMUR؛ توصية التوافق الكهرومغناطيسي NE 21، ومستويات الإنذار والتشبع NE 43، والتشخيص الميداني الموحّد NE 107. |
الاعتمادات الراديوية | معيارا رادار سبر المستوى ETSI EN 302 372 (الخزانات المغلقة) وETSI EN 302 729 (الهواء الطلق) ضمن توجيه المعدات الراديوية 2014/53/EU، وEN 300 328 لـ Bluetooth؛ إضافة إلى الاعتمادات الراديوية الأمريكية FCC والكندية. |
التوافق الكهرومغناطيسي ومعدات الضغط والحماية من الصواعق | المعياران EN 61326-1 وEN 61326-2-3 ضمن توجيه التوافق الكهرومغناطيسي 2014/30/EU؛ والمطابقة للمادة 4.3 من توجيه معدات الضغط (PED) 2014/68/EU؛ وحماية داخلية من الصواعق بمستوى 2 kV وفق IEC 61000-4-5. |
تحمّل الاهتزاز | 2 g في نطاق 10–1000 Hz وفق IEC 61298-3 (باستثناء خيار حامل التركيب). |
NACE ووثائق المواد | توصية المواد وفق NACE MR0103/ISO 17945 وNACE MR0175/ISO 15156، وشهادة تتبّع المواد EN 10204 3.1، وشهادات الاختبار الهيدروستاتيكي والفحص بالسائل النافذ وتحديد المواد الإيجابي. |
اعتمادات النوع البحرية ومنع الفيضان | اعتمادات نوع من American Bureau of Shipping وDNV وLloyd's Register وBureau Veritas (الغلاف الألومنيوم في الأماكن المغلقة فقط مثل غرف الماكينات والمضخات)؛ وخيار اعتماد منع الفيضان وفق قانون الموارد المائية الألماني (WHG). |
درجة الحماية | IP66/67/68 (45 دقيقة على عمق 3 m) وNEMA 4X للإصدارات ذات هوائي مانع التسرب والهوائي العدسي؛ وIP65 وNEMA 4X للهوائي العدسي للهواء الطلق. |
علامات الشهادات وفئات الحرارة وشروط دليل السلامة يقيّمها الفريق الهندسي في TLY Enerji في مرحلة المشروع مع شهادات المنتج ذات الصلة.
حلول TLY Enerji لقياس المستوى بالرادار
تتعامل TLY Enerji مع قياس المستوى بالرادار بوصفه جزءًا من الخزان نفسه. يقيّم فريقنا الهندسي نوع المنتج وسلوكه من حيث ثابت العزل الكهربائي، وهندسة الخزان، وأبعاد الفوهة، والإنشاءات الداخلية، ونقاط التعبئة، وخطر الرغوة والتكثّف، ثم يحدد نوع الهوائي والتوصيل بالعملية وموضع التركيب. وسواء تعلّق الأمر بقياس المواد الصلبة في صومعة أو بحوض تجميع مكشوف أو بخزان كيماويات مسببة للتآكل، نعرض التهيئة المناسبة مع الأسباب الهندسية التي تستند إليها.
كما ندعم عملاءنا في تقييم متطلبات المناطق الخطرة وSIL، وإعداد وثائق المشروع، والتكامل مع أنظمة PLC وDCS وSCADA عبر HART، والتهيئة في الموقع عبر Bluetooth، وفحص منحنى الصدى أثناء التشغيل التجريبي، وتخطيط إجراءات اختبار الإثبات. وهدفنا أن يكون القياس الراداري مصدر بيانات قابلًا للتحقق وبصيانة يمكن التنبؤ بها منذ اليوم الأول.
الأسئلة الشائعة
كيف يعمل جهاز إرسال المستوى بالرادار؟
يرسل جهاز إرسال المستوى بالرادار غير التلامسي إشارة ميكروويف من هوائيه نحو سطح المنتج، ويستقبل الإشارة المنعكسة عن السطح. وبتقنية FMCW يُمسح تردد الإشارة باستمرار، ويكون فرق التردد بين الإشارة المرسلة والمستقبَلة متناسبًا مع المسافة إلى السطح. ويطرح الجهاز هذه المسافة من الارتفاع المرجعي ليحسب المستوى، ثم ينقله إلى نظام التحكم كإشارة 4–20 mA مع HART.
ماذا يضيف تردد 80 GHz إلى قياس المستوى؟
يتيح التردد المرتفع الحصول على حزمة ضيقة من هوائيات صغيرة. وفي الأجهزة المعروضة في هذه الصفحة تتراوح زاوية الحزمة بين 8° و12° بحسب الهوائي. والحزمة الضيقة تقلّل الأصداء المشوِّشة الصادرة عن جدار الخزان وعن الإنشاءات الداخلية مثل السلالم والأنابيب وملفات التسخين، وتتيح القياس عبر وصلات ملولبة صغيرة مثل مقاس ¾ بوصة. كما يبقى القياس مركّزًا على السطح في الخزانات الطويلة الضيقة.
كيف تختار بين الرادار غير التلامسي والرادار الموجَّه؟
يكون الرادار غير التلامسي عادةً الخيار الأول حين لا يُرغب في ملامسة المنتج، ومع المنتجات اللاصقة أو المسببة للتآكل، وفي الخزانات التي يصعب فيها تركيب مسبار لارتفاعها، وفي الصوامع. أما الرادار الموجَّه فقد يكون أنسب حين يلزم قياس السطح البيني بين سائلين، أو حين يكون ثابت العزل الكهربائي منخفضًا جدًا، أو حين يجري القياس داخل حجرة جانبية ضيقة، أو في وجود رغوة كثيفة. ويجب أن يستند الاختيار النهائي إلى بيانات المنتج والخزان.
هل يقيس رادار المستوى المواد الصلبة في الصوامع؟
نعم. يستطيع الجهاز قياس المواد الصلبة السائبة مثل الإسمنت والرمل ومسحوق الجير والحبيبات البلاستيكية والحبوب وكريات الخشب دون أن يتأثر بالغبار أو بانخفاض الانعكاسية. ويتوقف نطاق القياس على الهوائي والمنتج: فمع هوائي مانع التسرب للعملية يوصى بالقياس حتى 20 m للمساحيق الخفيفة وحتى 30 m للحبيبات والمساحيق الثقيلة. كما ينبغي مراعاة قطر الصومعة وزاوية الاستقرار الطبيعية والعوائق الداخلية والترسبات على الهوائي.
هل تؤثر الرغوة والتكثّف والترسبات على الهوائي في القياس؟
قد يؤدي الاضطراب الشديد والرغوة والتكثّف، مقترنةً بمنتجات ضعيفة الانعكاس، إلى تقليص نطاق القياس. وفي التطبيقات ذات التكثّف والغبار الكثيفين يُفضَّل هوائي مانع التسرب للعملية الذي تكون أجزاؤه الملامسة من PTFE بالكامل. وإذا كانت الترسبات السميكة على الهوائي متوقعة، يمكن استخدام وصلة شطف بالهواء، كما تبلّغ وظائف التشخيص عن الترسبات كإنذار مبكر. أما في الأوعية التي يضعف فيها صدى السطح بدرجة كبيرة، فينبغي النظر في تقنيات بديلة.
أي هوائي يُستخدم في الهواء الطلق والخزانات غير المضغوطة؟
يُركّب الهوائي العدسي المصمم للاستخدام في الهواء الطلق وللخزانات عند الضغط الجوي بوصلة ملولبة BSPP مقاس 1½ بوصة أو بحامل تركيب. ويناسب هذا الهوائي ضغطًا من –1 إلى 0.5 bar وحرارة عملية من –20 إلى 80 °C، وينخفض الحد الأدنى إلى –40 °C في التطبيقات المكشوفة. وتبلغ درجة حمايته IP65 وNEMA 4X. ومن تطبيقاته النموذجية أحواض التجميع والبرك والقنوات المفتوحة.
كيف تتم التهيئة عبر Bluetooth؟
يُورَّد خيار Bluetooth مع شاشة LCD الرسومية، ويتيح عادةً الاتصال اللاسلكي بالجهاز من مسافة 15 m على الأقل مع خط رؤية مباشر. وبذلك يمكن تنفيذ التهيئة وفحص منحنى الصدى والصيانة بأدوات تهيئة متوافقة دون فتح غطاء الغلاف أو الاقتراب من المنطقة الخطرة. وقد يتغير المدى القابل للتحقيق بحسب اتجاه الجهاز والعوائق والبيئة الكهرومغناطيسية.
هل يمكن استخدام رادار المستوى في تطبيقات SIL مثل منع الفيضان؟
نعم. الجهاز معتمد وفق IEC 61508 لتطبيقات SIL 2 في البنية أحادية القناة (HFT=0) ولـ SIL 3 في البنية المزدوجة (HFT=1)، وله قدرة منهجية SIL 3. ومن الوظائف النموذجية منع التشغيل على الجاف ومنع الفيضان ومراقبة نطاق المستوى. ويمكن بدء اختبار إثبات يستخدم صدى افتراضيًا عن بُعد من غرفة التحكم، دون رفع المستوى أو إيقاف العملية.
ما الذي يجب مراعاته عند اختيار موضع التركيب على الخزان؟
ضعوا الجهاز في موضع يرى فيه سطح المنتج دون عوائق، بعيدًا عن مركز الخزان وخارج تيار التعبئة. واتركوا 200 mm على الأقل عن جدار الخزان؛ ويوصى بمسافة تعادل نصف نصف قطر الخزان للسوائل وثلثيه للمواد الصلبة. ويجب ألا يتجاوز الميل 3°، وأن يكون داخل الفوهة أملس، وأن يُقيَّد ارتفاع الفوهة بحسب قطرها. ويمكن لعدة أجهزة أن تتشارك خزانًا واحدًا دون تداخل بينها.
