ما هي الاختلافات بين مقياس مستوى الماء بالموجات فوق الصوتية ومقياس مستوى الماء بالرادار؟

يُعدّ مستوى السوائل أحد أهمّ المعايير المستهدفة في مراقبة العمليات الصناعية. وفي القياس المستمر لمستوى السوائل في مختلف الخزانات والصوامع والأحواض وغيرها، يصعب إيجاد أجهزة قياس مستوى السوائل التي تُناسب جميع ظروف العمل نظرًا لتنوّع ظروف الموقع.

تُستخدم أجهزة قياس مستوى السوائل بالرادار والموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في أدوات القياس غير التلامسية. فما الفرق بين جهاز قياس مستوى السوائل بالرادار وجهاز قياس مستوى السوائل بالموجات فوق الصوتية؟ وما مبدأ عمل كل منهما؟ وما مزايا كل منهما؟

أولاً، مقياس مستوى الموجات فوق الصوتية

نسمي عمومًا الموجة الصوتية التي يزيد ترددها عن 20 كيلو هرتز بالموجات فوق الصوتية، والموجة فوق الصوتية هي نوع من الموجات الميكانيكية، أي الاهتزاز الميكانيكي في الوسط المرن في عملية الانتشار، وتتميز بتردد عالٍ، وطول موجي قصير، وظاهرة حيود صغيرة، وتوجيه جيد، ويمكن أن تصبح شعاعًا وانتشارًا اتجاهيًا.

يكون التوهين فوق الصوتي في السوائل والمواد الصلبة ضئيلاً للغاية، لذا فإن قدرة الاختراق قوية، وخاصة في المواد الصلبة المعتمة للضوء، حيث يمكن للموجات فوق الصوتية أن تخترق عشرات الأمتار في الطول، وعند مواجهة الشوائب أو الأسطح البينية يكون لها انعكاس كبير، ويُعد قياس مستوى الموجات فوق الصوتية استخدامًا لهذه الميزة.

في تقنية الكشف بالموجات فوق الصوتية، بغض النظر عن نوع جهاز الموجات فوق الصوتية، من الضروري تحويل الطاقة الكهربائية إلى انبعاث فوق صوتي، ثم استقبالها مرة أخرى كإشارات كهربائية، ويسمى الجهاز الذي يقوم بهذه الوظيفة محول الطاقة فوق الصوتي، والمعروف أيضًا باسم المسبار.

أثناء التشغيل، يُوضع محول الطاقة فوق الصوتي فوق الجسم المراد قياسه، ويُصدر موجة فوق صوتية إلى الأسفل. تخترق هذه الموجة الهواء، وتنعكس عند اصطدامها بسطح الجسم، ثم يستقبلها محول الطاقة ويحولها إلى إشارة كهربائية. بعد الكشف عن هذه الإشارة، يقوم الجزء الإلكتروني بتحويلها إلى إشارة مستوى لعرضها وإخراجها.

ثانيًا، مقياس مستوى الرادار

يعمل مقياس مستوى الرادار بنفس طريقة عمل مقياس مستوى الموجات فوق الصوتية، حيث يستخدم مقياس مستوى الرادار نمط الإرسال والانعكاس والاستقبال. ويكمن الاختلاف في أن قياس مقياس مستوى الموجات فوق الصوتية الرادار يعتمد بشكل أساسي على محول الطاقة فوق الصوتي، بينما يعتمد مقياس مستوى الرادار على رأس التردد العالي والهوائي.

تستخدم أجهزة قياس مستوى السوائل بالموجات فوق الصوتية موجات ميكانيكية، بينما تستخدم أجهزة قياس مستوى السوائل بالرادار موجات كهرومغناطيسية فائقة التردد (من عدة جيجا هرتز إلى عشرات الجيجا هرتز). تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية بسرعة الضوء، ويمكن تحويل زمن انتقالها إلى إشارة مستوى بواسطة مكونات إلكترونية.

ومن أجهزة قياس مستوى الرادار الشائعة الأخرى جهاز قياس مستوى الرادار ذو الموجة الموجهة.

مقياس مستوى الرادار ذو الموجة الموجهة هو مقياس مستوى راداري يعتمد على مبدأ قياس الانعكاس الزمني (TDR). تنتشر النبضة الكهرومغناطيسية لمقياس مستوى الرادار على طول الكابل الفولاذي أو المسبار بسرعة الضوء. عند اصطدامها بسطح الوسط المراد قياسه، ينعكس جزء من النبضة مكونًا صدى، ثم يعود إلى جهاز إطلاق النبضة عبر المسار نفسه. تتناسب المسافة بين جهاز الإرسال وسطح الوسط المراد قياسه طرديًا مع زمن انتشار النبضة، والذي يُحسب خلاله ارتفاع مستوى السائل.

ثالثًا، مزايا وعيوب مقياس مستوى الرادار ومقياس مستوى الموجات فوق الصوتية

1. دقة الموجات فوق الصوتية ليست جيدة مثل دقة الرادار؛

2. نظراً للعلاقة بين التردد وحجم الهوائي، فإن مقياس مستوى الرادار ذو التردد الأعلى يكون أصغر حجماً وأسهل في التركيب؛

3. لأن تردد الرادار أعلى، فإن الطول الموجي أقصر، ويكون هناك انعكاس أفضل على الأسطح الصلبة المائلة؛

4. منطقة القياس العمياء للرادار أصغر من منطقة القياس العمياء للموجات فوق الصوتية؛

5. نظرًا لتردد الرادار الأعلى، تكون زاوية شعاع الرادار صغيرة، وتتركز الطاقة، وتتحسن قدرة الصدى بينما يكون ذلك مفيدًا لتجنب التداخل؛

6. بالمقارنة مع أجهزة قياس المستوى بالموجات فوق الصوتية التي تستخدم الموجات الميكانيكية، فإن الرادار لا يتأثر بشكل أساسي بالفراغ وبخار الماء في الهواء والغبار (باستثناء الجرافيت والسبائك الحديدية وغيرها من الغبار العازل عالي الكفاءة) وتغيرات درجة الحرارة والضغط؛