أجهزة قياس مستوى الرادار هي أدوات قياس تعتمد على مبدأ زمن-الرحلة-. بفضل مزاياها المتمثلة في-قياس عدم التلامس، وإمكانات مكافحة التداخل القوية-، والدقة العالية، والصيانة المنخفضة، والعمر الطويل، أصبحت تدريجيًا المعدات المفضلة في العديد من سيناريوهات قياس مستوى السائل.
تأتي أجهزة قياس مستوى الرادار بترددات مثل 6 جيجا هرتز و26 جيجا هرتز و80 جيجا هرتز و120 جيجا هرتز. بشكل عام، يمكن أيضًا تقسيم أجهزة قياس مستوى الرادار إلى أنواع الترددات العالية-والترددات المنخفضة-. 26أجهزة قياس مستوى الرادار G و80G هما نوعان شائعان. تكمن الاختلافات الرئيسية بين أجهزة قياس مستوى الرادار 26G و80G في تردد التشكيل والطول الموجي ودقة القياس والدقة والمنطقة العمياء. بشكل عام، تعد أجهزة قياس مستوى الرادار ذات التردد العالي أكثر تكلفة.
تردد التعديل والطول الموجي
تشير الموجات الدقيقة إلى نطاق الموجات الكهرومغناطيسية بترددات تتراوح من 300 ميجا هرتز إلى 300 جيجا هرتز، مع أطوال موجية مقابلة من 1 ملم إلى 1 متر. يتضمن الطيف الكهرومغناطيسي ثلاثة نطاقات: موجات الديسيمتر (نطاق التردد 300 ميجا هرتز - 3 جيجا هرتز)، موجات السنتيمتر (نطاق التردد 3 ~ 30 جيجا هرتز)، والموجات المليمترية (نطاق التردد 30 ~ 300 جيجا هرتز).
العلاقة بين الطول الموجي والتردد (c=αf، حيث c هي سرعة الضوء) هي كما يلي:
أجهزة قياس مستوى الرادار 26G:
يتراوح تردد التعديل عمومًا بين 24 و26 جيجا هرتز، ويبلغ طول الموجة حوالي 11.5 ملم، وينتمي إلى نطاق موجة السنتيمتر.
أجهزة قياس مستوى الرادار 80G:
يتراوح تردد التعديل بشكل عام بين 78 و82 جيجا هرتز، ويبلغ الطول الموجي حوالي 3.75 ملم، وينتمي إلى نطاق الموجة المليمترية.
دقة القياس والقرار
بشكل عام، كلما ارتفع تردد الرادار (أقصر الطول الموجي)، زادت دقة الوضوح المكانية.
مقياس مستوى الرادار 26G:
ينتمي هذا إلى الرادار النبضي (PTOF). مبدأ عمل الرادار النبضي مشابه لـ "الكشف بالسونار": تقوم وحدة الإرسال بإصدار إشارات نبضية عالية التردد - بشكل دوري مع فترات قصيرة للغاية (عادة على مستوى النانو ثانية). بعد أن تصل النبضة إلى سطح الوسط وتنعكس، تسجل وحدة الاستقبال الفارق الزمني (Δt) بين الإرسال والاستقبال، ثم تحسب مستوى السائل باستخدام صيغة "المسافة=(سرعة الضوء × Δt) / 2". تصميم دائرتها بسيط نسبيًا وتكلفة منخفضة، ولكنها محدودة بعرض النبضة، ولها منطقة عمياء من مسافة قريبة (عادة 0.3-1 م)، ولها دقة نطاق منخفضة (عمومًا ±5 مم). إنها مناسبة للسيناريوهات ذات نطاق قياس واسع ومتطلبات دقة منخفضة.
مقياس مستوى الرادار 80G:
ينتمي هذا إلى -رادار الموجة المستمرة المعدل (FMCW). فهو ينقل إشارة موجية مستمرة بتردد يتغير خطيًا مع مرور الوقت، وتردد الإرسال له علاقة موجة مسننة أو ثلاثية مع الزمن. عند استقبال إشارة الصدى، يتغير تردد الإرسال. يتم حساب مستوى السائل عن طريق قياس فرق التردد (Δf) بين الموجات المرسلة والمرتددة، باستخدام الخاصية التي تقول "Δf يتناسب مع المسافة". نظرًا لأنه يستخدم إشارات موجية مستمرة، فإن رادار FMCW يحتوي على منطقة عمياء صغيرة، ودقة نطاق تبلغ ±1 مم، وقدرات أقوى ضد التداخل-، مما يميز الصدى بشكل فعال عن السطح السائل والعوائق القريبة. ومع ذلك، فإن دوائرها معقدة وتكلفتها مرتفعة نسبيًا، مما يجعلها مناسبة لسيناريوهات القياس-عالية الدقة أو قصيرة المدى-.
زاوية الشعاع
من المزايا المهمة للموجات الدقيقة-عالية التردد هي زاوية شعاعها الصغيرة للغاية. 80يمتلك الرادار غيغاهرتز عادةً زاوية شعاع تبلغ 3 درجات -5 درجات فقط، بينما تصل زاوية شعاع الرادار 26 جيجا هرتز إلى 10 درجات -15 درجة . في الأماكن الضيقة أو الظروف المعقدة ذات العوائق، يمكن لرادار 80 جيجا هرتز التركيز بشكل أفضل على سطح السائل، مما يقلل التداخل من جدران الحاوية أو الهياكل الداخلية الأخرى. هذه الخاصية تجعلها تؤدي أداءً جيدًا بشكل استثنائي في صهاريج التخزين الصغيرة أو عند تركيبها بالقرب من جدار الخزان.
نوع الهوائي
يستخدم رادار 80 جيجا هرتز عادةً هوائي مصفوفة مستوية. بالمقارنة مع الهوائي على شكل بوق- الشائع استخدامه في رادار 26 جيجا هرتز، فهو يتمتع بمقاومة أقوى لعوامل التداخل مثل الغبار والبخار والتكثيف، ويمكنه الحفاظ على التشغيل المستقر حتى في ظل الظروف القاسية. على سبيل المثال، في الظروف المضطربة، يمكن أن تحدث دوامات ورغوة ورذاذ وحتى واجهات زائفة على سطح السائل، مما يضع متطلبات عالية للغاية على القدرة المضادة للتداخل-وتركيز الإشارة لمعدات القياس. 80جيجاهرتز ذات التردد العالي-الرادار، مع الطول الموجي القصير والشعاع الضيق وخصائص اختراق الإشارة القوية، جنبًا إلى جنب مع تكنولوجيا معالجة الإشارات المتقدمة، أصبح الحل الرئيسي لقياس مستوى السائل في الخزانات المضطربة.
كيفية الاختيار بين 80 جيجا هرتز و 26 جيجا هرتز؟
الحالات التي يفضل فيها قياس مستوى الرادار 80 جيجا هرتز:
العمليات المعقدة: يحتوي الخزان على عوائق مثل المحرضات وملفات التسخين والسلالم.
الحاويات المصغرة: المفاعلات، صهاريج التخزين الصغيرة، أوعية المعالجة (قطرها أقل من 1 متر).
خصائص الوسائط المعقدة: السوائل/المواد الصلبة المعرضة للرغوة، أو التبخر المؤدي إلى التكثيف، أو ذات ثوابت العزل الكهربائي المنخفضة.
مطلوب-قياس عالي الدقة: يستخدم لتسوية التجارة، والتجميع الدقيق، وما إلى ذلك.
شروط التثبيت المحدودة: عدم كفاية طول الأنبوب القصير، أو عدم الرغبة/عدم القدرة على تثبيت الأدلة الموجية.
قياس المواد الصلبة، وخاصة الجسيمات والمساحيق ذات العزل الكهربائي المنخفض.
الحالات التي يفضل فيها استخدام مقياس مستوى الرادار بتردد 26 جيجا هرتز:
صهاريج تخزين قياسية كبيرة: مثل الخزانات، وصهاريج تخزين النفط الخام، ومسابح الصرف الصحي وغيرها، ذات هياكل داخلية بسيطة.
ميزانية محدودة التكلفة وظروف تشغيل بسيطة دون تحديات خاصة.
قياس السوائل الشائعة (الماء، الزيت، الأحماض، القلويات، إلخ) والملاط ذو ثوابت العزل الكهربائي العالية.
ملخص
بشكل عام، أصبحت أجهزة قياس مستوى الرادار بتردد 80 جيجا هرتز، مع قدرتها الفائقة على التركيز وأدائها المضاد للتداخل-، هي الاختيار المفضل لعدد متزايد من التطبيقات، خاصة في الصناعات العملية وظروف التشغيل المعقدة. إنها تقلل من إجمالي تكلفة دورة الحياة من خلال التثبيت الأكثر ذكاءً والقياس الأكثر استقرارًا. وفي الوقت نفسه، لا تزال أجهزة قياس مستوى الرادار بتردد 26 جيجا هرتز، باعتبارها تقنية ناضجة وموثوقة، تحافظ على صلاحيتها القوية في العديد من تطبيقات قياس المستوى القياسية والبسيطة نظرًا لمزاياها الاقتصادية.
ليست بالضرورة أن تكون أجهزة قياس مستوى الرادار أفضل كلما ارتفع التردد، كما أنها ليست بالضرورة أسوأ كلما انخفض التردد. عند الاختيار، ينبغي النظر في عوامل مثل تعقيد ظروف العمل، ومتطلبات الدقة، وظروف التثبيت، وخصائص الوسائط، وميزانية المشروع بشكل شامل. الخيار الأنسب هو الخيار المناسب لظروف عملك.
