مقدمة

في مجال التحكم في العمليات الصناعية، يلعب القياس الدقيق للمستوى دورًا حاسمًا في ضمان السلامة التشغيلية وكفاءة العمليات وجودة المنتج. وسواء أكانت مراقبة مستويات السوائل في صهاريج التخزين أو المفاعلات أو أنظمة معالجة المياه، فإن اختيار مقياس المستوى المناسب يؤثر بشكل مباشر على موثوقية النظام وتكاليف الصيانة.

ومع ذلك، تمثل البيئات الصناعية المختلفة تحديات مثل ارتفاع درجة الحرارة أو التآكل أو الرغوة أو البخار أو تقلبات الضغط. قد يؤدي الحل غير المناسب لقياس المستوى إلى قراءات خاطئة أو مخاطر التدفق الزائد أو التوقف غير المخطط له.

تشرح هذه المقالة ما هو مقياس المستوى، وكيفية عمله، والأنواع الرئيسية المستخدمة في التطبيقات الصناعية، والعوامل الرئيسية التي يجب على المهندسين مراعاتها عند اختيار حل قياس مستوى مناسب.

ما هو مقياس المستوى؟

مقياس المستوى هو أداة تستخدم لقياس ارتفاع أو حجم السائل أو الطين أو المواد السائبة داخل حاوية أو خزان أو وعاء. وهو يوفر معلومات مستمرة أو معلومات على مستوى النقطة لدعم أنظمة المراقبة والتحكم والسلامة في العمليات الصناعية.

في التطبيقات العملية، غالبًا ما يُستخدم مصطلح “مقياس المستوى” مع جهاز استشعار المستوى وجهاز إرسال المستوى. يكتشف جهاز استشعار المستوى إشارة المستوى المادي، بينما يقوم جهاز إرسال المستوى بتحويل هذه الإشارة إلى خرج موحد، مثل 4-20 مللي أمبير أو اتصال رقمي، للتكامل مع أنظمة التحكم.

تُستخدم مقاييس المستوى على نطاق واسع في مختلف الصناعات بما في ذلك معالجة المياه والمعالجة الكيميائية والنفط والغاز والأغذية والمشروبات وتوليد الطاقة.

كيف يعمل مقياس المستوى؟

تعمل مقاييس المستوى بناءً على مبادئ قياس فيزيائية مختلفة اعتمادًا على التطبيق وخصائص الوسط. وتشمل طرق قياس المستوى الشائعة ما يلي:

• مبدأ الرادار: يقيس زمن تحليق الموجات الكهرومغناطيسية المنعكسة من سطح المادة.

• مبدأ الموجات فوق الصوتية: يستخدم الموجات الصوتية للكشف عن المسافة بين المستشعر وسطح السائل.

• مبدأ الضغط الهيدروستاتيكي: يحسب المستوى بناءً على الضغط الذي يمارسه عمود السائل.

• مبدأ التوصيلية أو السعة: يكتشف تغيرات المستوى من خلال الخواص الكهربائية للوسط.

يوفر كل مبدأ عمل مزايا وقيود محددة، مما يجعله مناسبًا لظروف تشغيل معينة.

أنواع مقاييس المستوى

تتطلب التطبيقات الصناعية المختلفة أنواعًا مختلفة من مقاييس المستوى. فيما يلي الحلول الأكثر استخدامًا في قياس المستوى الصناعي.

مقياس مستوى الرادار

تستخدم مقاييس المستوى الرادارية موجات كهرومغناطيسية عالية التردد لقياس المسافة إلى سطح المادة دون ملامسة مباشرة. وهي مقاومة للغاية لتداخل درجات الحرارة والضغط والبخار والغبار، مما يجعلها مناسبة للبيئات الصناعية الصعبة والخزانات الكبيرة.

مستشعر المستوى بالموجات فوق الصوتية

تقيس مجسات المستوى بالموجات فوق الصوتية المستوى عن طريق إرسال الموجات الصوتية وتحليل الصدى المنعكس. تُستخدم عادةً في خزانات المياه والقنوات المفتوحة حيث تكون الظروف مستقرة نسبيًا وتكون كفاءة التكلفة مهمة.

جهاز إرسال المستوى الهيدروستاتيكي

تحدد أجهزة إرسال المستوى الهيدروستاتيكي مستوى السائل عن طريق قياس الضغط على عمق ثابت. وتعد هذه الطريقة مناسبة بشكل خاص لخزانات المياه والآبار والخزانات تحت الأرض حيثما كانت بساطة التركيب والموثوقية مطلوبة.

مقياس مستوى العوامة

تعتمد مقاييس المستوى العائم على الطفو لتتبع مستوى السائل. وهي بسيطة وميكانيكية وموثوقة للسوائل النظيفة، ولكنها أقل ملاءمة للبيئات ذات درجات الحرارة العالية أو الضغط العالي أو التآكل.

مستشعرات المستوى السعوية والإلكترودية

تكتشف هذه الحساسات تغيرات المستوى بناءً على التغيرات في السعة الكهربائية أو التوصيلية. وهي تستخدم عادةً للسوائل الموصلة والكشف عن مستوى النقطة في المنشآت المدمجة.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على دقة قياس المستوى

لا يعتمد القياس الدقيق للمستوى على الأداة نفسها فحسب، بل يعتمد أيضًا على ظروف التطبيق. وتشمل العوامل المهمة ما يلي:

• الخواص المتوسطة مثل الكثافة أو اللزوجة أو الرغوة أو التآكل

• درجة حرارة التشغيل والضغط

• هندسة الخزان وهياكله الداخلية

• موضع التركيب وطريقة التركيب

• دقة القياس المطلوبة ووقت الاستجابة

يعد فهم هذه العوامل أمرًا ضروريًا لاختيار مقياس المستوى الأكثر موثوقية لتطبيق معين.

التطبيقات الصناعية النموذجية

تُستخدم مقاييس المستوى في مجموعة كبيرة من القطاعات الصناعية:

• معالجة المياه ومياه الصرف الصحي لمراقبة مستوى الخزان والخزانات

• المعالجة الكيميائية للتحكم في المفاعل وخزان التخزين

• صناعة النفط والغاز لقياس تخزين الوقود والنفط الخام

• صناعة الأغذية والمشروبات لمراقبة مستوى الخزان الصحي

• منشآت الطاقة والطاقة لمياه التبريد وسوائل المعالجة

لكل صناعة متطلبات فريدة من نوعها تؤثر على اختيار تقنية قياس المستوى.

التحديات الشائعة في قياس المستوى

غالبًا ما تمثل البيئات الصناعية تحديات يمكن أن تؤثر على أداء قياس المستوى:

• الرغوة أو البخار أو التكثيف الذي يتداخل مع إرسال الإشارة

• تراكم أو طلاء على أسطح المستشعرات

• تذبذب الإشارة الناجم عن الاضطراب أو التحريك

• التآكل بسبب الوسائط العدوانية

تتطلب معالجة هذه التحديات اختيار مبادئ القياس والمواد وطرق التركيب المناسبة.

وجهة نظر الشركة المصنعة: اختيار مقياس المستوى المناسب

من من منظور الشركة المصنعة، فإن أفضل مقياس مستوى ليس بالضرورة هو الأكثر تقدمًا أو الأغلى ثمناً، ولكنه الحل الذي يتوافق بشكل أفضل مع ظروف التشغيل الفعلية.

على سبيل المثال، تعد مقاييس مستوى الرادار غير المتصلة مثالية للبيئات ذات درجات الحرارة العالية أو البيئات المسببة للتآكل، في حين أن أجهزة إرسال المستوى الهيدروستاتيكي قد تقدم حلاً أكثر اقتصادا وموثوقية لتطبيقات المياه النظيفة. في كثير من الحالات، تعمل المعلمات المخصصة مثل طول المجس أو مادة المبيت أو إشارة الخرج أو توصيل العملية على تحسين الأداء على المدى الطويل بشكل كبير.

يسمح العمل مباشرةً مع الشركة المصنعة لمقاييس المستوى للمهندسين بتحسين حل القياس بناءً على متطلبات التطبيق الحقيقية بدلاً من الاعتماد على المواصفات العامة.

الخاتمة

أجهزة قياس المستوى هي أدوات أساسية للعمليات الصناعية الآمنة والفعالة. يساعد فهم مبادئ قياس المستوى المختلفة وتحديات التطبيق وعوامل الاختيار المهندسين على اختيار الحل الأنسب لأنظمتهم.

من خلال اختيار مقياس المستوى المناسب والعمل مع الشركات المصنعة ذات الخبرة، يمكن للمستخدمين الصناعيين تحقيق أداء قياس مستقر، وخفض تكاليف الصيانة، وتحسين التحكم في العمليات عبر مجموعة واسعة من التطبيقات.