دليل شامل لطرق قياس المستوى: الضغط الساكن، فوق الصوتيات، الرادار، والبصريات

قياس المستوى هو معلمة حاسمة في الصناعات التي تتراوح من معالجة المياه إلى البتروكيماويات. تتطلب العمليات والوسائط والبيئات المختلفة تقنيات استشعار مختلفة. هنا، نقارن أربع طرق شائعة الاستخدام لقياس المستوى — مبادئ عملها، ومزاياها، وقيودها، وسيناريوهات التطبيق المثالية — حتى تتمكن من اتخاذ خيار مستنير.

قياس المستوى بالضغط الساكن (الهيدروستاتيكي)

المبدأ يعتمد على الضغط الهيدروستاتيكي الذي يمارسه عمود السائل:

الضغط عند عمق معين = كثافة السائل × عجلة الجاذبية × ارتفاع السائل.

يقيس جهاز إرسال الضغط الموجود في قاع الخزان هذا الضغط، والذي يتم تحويله بعد ذلك إلى مستوى.

المزايا

• بسيطة وفعالة من حيث التكلفة ومثبتة
• تعمل في أشكال مختلفة من الخزانات
• دقة عالية للسوائل النظيفة

القيود

• يتطلب معرفة كثافة السائل (تغيرات الكثافة تؤثر على الدقة)
• غير مثالي للمواد الصلبة أو المواد اللزجة ذات الكثافة المتغيرة
• يجب أن يكون المستشعر على اتصال بوسط العملية

التطبيقات النموذجية

• خزانات المياه، وخزانات تخزين المواد الكيميائية، وحفر مياه الصرف الصحي

قياس المستوى بالموجات فوق الصوتية

المبدأ يستخدم الموجات الصوتية عالية التردد:

• ينبعث المحول نبضة فوق صوتية نحو سطح السائل.
• يتم قياس وقت عودة الصدى وتحويله إلى مسافة/مستوى.

المزايا

• قياس بدون تلامس
• لا توجد أجزاء متحركة → صيانة منخفضة
• يعمل مع معظم السوائل وبعض المواد الصلبة

القيود

• تتأثر الدقة بالرغوة والأبخرة والغبار والاضطرابات ودرجة الحرارة
• يتطلب مسارًا واضحًا بين المحول والسطح

التطبيقات النموذجية

• خزانات معالجة المياه، وصوامع الحبوب، وأوعية صناعة الأغذية

قياس المستوى بالرادار (الميكروويف)

المبدأ يستخدم الموجات الكهرومغناطيسية (الميكروويف):

• تبث هوائي الرادار نبضات نحو سطح المنتج.
• يتم قياس الإشارات المنعكسة لحساب المستوى.

نوعان رئيسيان: نبضي و FMCW (موجة مستمرة معدلة التردد) رادار.

المزايا

• بدون تلامس، لا يتأثر بدرجة الحرارة أو الضغط أو الأبخرة أو الغبار
• دقة عالية جدًا
• يعمل في ظروف صعبة (البخار، الرغوة، الضغط العالي)

القيود

• ارتفاع التكلفة الأولية
• يتطلب اختيار وتركيب هوائي صحيح

التطبيقات النموذجية

• خزانات تخزين النفط والغاز، والمفاعلات الكيميائية، والغلايات ذات الضغط العالي

قياس المستوى البصري (الليزر أو الفوتوني)

المبدأ نهجان رئيسيان:

• قياس مسافة الليزر: يرسل شعاع ليزر إلى السطح ويقيس وقت الانعكاس.
• مستشعرات النقاط البصرية: تكتشف وجود/غياب السائل باستخدام انكسار الضوء.

المزايا

• استجابة سريعة للغاية
• دقة عالية لتطبيقات معينة
• خيارات بدون تلامس متاحة

القيود

• يمكن أن تكون أنظمة الليزر باهظة الثمن
• تقيس مستشعرات النقاط البصرية فقط عند نقطة مستوى واحدة
• تتأثر الأداء بالشفافية أو اللون أو انعكاس السطح

التطبيقات النموذجية

• قياس الخزانات عالي الدقة، وخطوط التعبئة والتغليف، وسوائل أشباه الموصلات

مقارنة جنبًا إلى جنب

منطق الاختيار

1. سوائل ذات كثافة مستقرة، صديقة للميزانية → الضغط الساكن
2. بدون تلامس للخزانات النظيفة → فوق الصوتية
3. بيئة صناعية متطلبة، أعلى دقة → الرادار
4. كشف سريع ودقيق أو قياس مسافة دقيق → بصري

الخلاصة لا يوجد “مقاس واحد يناسب الجميع” في قياس المستوى. يوازن اختيارك الأفضل ظروف العملية, متطلبات الدقة, قيود التركيب, و الميزانية. يعد فهم كيفية عمل كل تقنية — ونقاط قوتها ومقايضاتها — هو الخطوة الأولى نحو أداء موثوق به وطويل الأمد.