الفرق بين مستشعر مستوى الماء ومقياس مستوى الماء

1. مقدمة في قياس مستوى الماء

يُعدّ قياس مستوى الماء بواسطة مستشعرات مستوى الماء أمرًا بالغ الأهمية لتطبيقاته المتعددة. سواءً أكان ذلك في رصد الفيضانات، حيث يُستخدم قياس المستوى لتقدير شدتها وتوفير إنذارات مبكرة، أو في دراسات الأراضي الرطبة حيث يُعدّ عمق الماء عاملاً حاسمًا في تحليل خصائص النظام البيئي، أو في قياسات مستوى سطح البحر العالمي لفهم تنبؤات المد والجزر والخصائص الهيدروغرافية فهمًا دقيقًا. يُعدّ قياس مستوى الماء أمرًا بالغ الأهمية في كل جانب يتعلق بالماء.

في العديد من المصانع، تُستخدم عدة أجهزة استشعار لمستوى الماء، ويتم مقارنتها بالقيمة الطبيعية لضمان التشغيل السلس. وتستخدم محطات تحلية المياه أجهزة استشعار مستوى الماء للحفاظ على إمداد ثابت من المياه النقية للمنطقة.

بنهاية هذا المقال، سيكون لديك فهم واضح لكيفية عمل أجهزة استشعار مستوى الماء، وأنواعها المختلفة، وتطبيقاتها، والاختلافات الرئيسية بين مقاييس مستوى الماء وأجهزة الاستشعار.

2. مستشعر مستوى الماء

مستشعر مستوى الماء هو أداة تقيس مستوى الماء في السوائل والمواد الصلبة المميعة داخل الخزانات والأنظمة. تُصنف مستشعرات مستوى الماء بشكل أساسي إلى فئتين: مستشعرات التلامس ومستشعرات عدم التلامس. تقيس مستشعرات التلامس مستوى الماء عن طريق استشعاره من خلال مجسات موصلة ملامسة للماء. أما مستشعرات عدم التلامس، فتشمل مستشعرات الموجات فوق الصوتية والأشعة تحت الحمراء والرادار، والتي لا تتطلب ملامسة الماء. صُممت مستشعرات مستوى الماء، سواءً كانت تلامسية أو غير تلامسية، لتوفير قياس مستمر ضمن نطاق محدد.

2.1. كيف تعمل أجهزة استشعار مستوى الماء؟

2.1.1. أجهزة إرسال مستوى السائل الغاطسة

يقيس هذا النوع من حساسات مستوى الماء الضغط الهيدروستاتيكي عبر غشاء المجس. يُوضع المجس عادةً في قاع الخزان المراد قياس مستواه. الغشاء مصنوع من مادة خزفية.

2.1.2. أجهزة إرسال مستوى الرادار

تُعرف هذه الأنواع أيضاً باسم المستشعرات البصرية، وتعتمد على إرسال موجات كهرومغناطيسية إلى الماء وحساب الزمن الذي تستغرقه هذه الموجات للوصول إلى سطح الماء والانعكاس، وهو ما يُستخدم لقياس المسافة وبالتالي مستوى الماء. وتُعدّ هذه المستشعرات مثالية للاستخدام في البيئات المتغيرة التي تشهد تغيرات في درجة الحرارة والحالة.

2.1.3. أجهزة إرسال مستوى السائل بالموجات فوق الصوتية

تُرسل أجهزة استشعار مستوى الماء بالموجات فوق الصوتية نبضة صوتية فوق صوتية، وتقيس الزمن الذي تستغرقه هذه النبضة للانتقال من المستشعر إلى سطح الماء والعودة إلى جهاز الاستقبال. وتُعدّ أجهزة إرسال مستوى الماء بالموجات فوق الصوتية عمومًا أقل تكلفة من أجهزة إرسال مستوى الماء بالرادار. ومع ذلك، فهي مناسبة فقط للظروف النظيفة وغير القاسية، إذ تتأثر الموجات فوق الصوتية بخصائص الوسط الذي تنتقل فيه.

2.1.4. استشعار السعة

يتكون الجهاز من قطبين كهربائيين. يوضع أحدهما على جانب من مستوى الماء، بينما يوضع القطب الآخر إما على السطح السفلي للخزان المعدني أو على أي قطب آخر في قاع الخزان غير المعدني. كلما ارتفع مستوى الماء، زادت السعة الكهربائية بين القطبين. ويتم معايرة قيمة المستوى بناءً على الفرق في قيمة السعة الكهربائية.

2.1.5. مفتاح عائم سائل

هو مفتاح يفتح أو يغلق وفقًا لمستوى الماء المحدد. عند هذا المستوى، يُطلق إشارةً تُفعّل إما إنذارًا أو تُشغّل أي جهاز أو نظام وفقًا للشروط المحددة. ويُحدد فنيو الأجهزة مسبقًا المستويات التي يُغلق عندها المفتاح ويرسل الإشارات.

2.2 . مزايا أجهزة استشعار مستوى الماء

تتمتع أجهزة استشعار مستوى الماء بعدة مزايا مقارنة بمقياس المستوى، والتي سيتم وصفها أدناه.

• الدقة: توفر أجهزة استشعار مستوى السائل قياسات دقيقة لمستويات المياه مقارنةً بالمقاييس اليدوية أو بالعين المجردة. حتى في العديد من الأنظمة الصغيرة، يتم استخدام أجهزة استشعار المستوى نظرًا لدقتها.

• نطاق جهد تغذية واسع: تدعم العديد من أجهزة الاستشعار، مثل أجهزة الرادار، نطاقًا واسعًا من جهود التغذية (مثل 12 فولت تيار مستمر، 24 فولت تيار مستمر، 220 فولت تيار متردد)، مما يعزز تنوع استخدامها. غالبًا ما تعمل أجهزة الاستشعار الغاطسة ضمن نطاق 10-30 فولت.

• انخفاض تكاليف الصيانة والتشغيل: تتميز أجهزة استشعار مستوى الماء بانخفاض تكاليف صيانتها وتشغيلها، مما يطيل عمرها الافتراضي ويساهم في توفير التكاليف. ولا تستخدم هذه الأجهزة أي سوائل إضافية، على عكس بعض أجهزة القياس، مما يقلل من الهدر.

• غير موصلة للكهرباء: لا تعتمد هذه المستشعرات على التوصيل الكهربائي. من عيوب الطرق المعتمدة على التوصيل الكهربائي أنها تتطلب سائلاً موصلاً لقياس المستوى. علاوة على ذلك، يزداد احتمال التعرض لصدمة كهربائية، وهو ما لا يحدث مع مستشعرات مستوى الماء.

• استهلاك منخفض للطاقة : يستهلك هذا النوع من الحساسات طاقة أقل بكثير من العديد من المكونات الكهربائية الأخرى، حيث يتميز باستهلاك ضئيل للطاقة. فعلى سبيل المثال، يبلغ أعلى مستوى لاستهلاك الطاقة في حساس مستوى الماء بالموجات فوق الصوتية حوالي 3 فولت.

• المتانة: تتميز أجهزة استشعار مستوى الماء بمتانتها العالية ونادراً ما تتطلب صيانة أو استبدالاً، مما يزيد من عمرها الافتراضي ويقلل من تكاليف الصيانة ووقتها. متينة وسهلة الصيانة.

2.3 . تطبيقات أجهزة استشعار مستوى الماء

تُستخدم أعداد كبيرة من أجهزة الاستشعار في جميع أنحاء العالم، ولها تطبيقات واسعة النطاق. بعض هذه التطبيقات موصوفة أدناه.

2.3.1. خزان التخزين

تشير أجهزة استشعار مستوى المياه إلى سعة خزانات التخزين، مما يسمح بالكشف الفوري عن أي تغييرات في المستوى وتحديد التسريبات، الأمر الذي يؤدي إلى مخزون مستدام من المياه.

2.3.2. الرصد البيئي:

يُعدّ قياس مستويات المياه في المحيطات والأنهار أمراً بالغ الأهمية لكلٍّ من البحوث الهيدرولوجية والسلامة البيئية. علاوة على ذلك، تُساعد التغيرات في مستويات المياه على التنبؤ بالفيضانات أو نقص المياه، مما يُتيح الوقاية من المخاطر والتخفيف من آثارها في الوقت المناسب.

2.3.3. معالجة مياه الصرف الصحي والري:

يُمكّن قياس مستوى الماء في محطات معالجة مياه الصرف الصحي المشغلين من اكتشاف أي خلل، مثل التسريبات أو الانسدادات أو الاستخدام المفرط للمياه، مما يوفر صورة واضحة عن فعالية عملية المعالجة. وفي أنظمة الري، تُقدّم أجهزة استشعار مستوى الماء تقديرًا لسعة النظام للمنطقة، وهو أمر ضروري لاستدامة الري.

3. مقياس المستوى

مقياس مستوى الماء هو جهاز ميكانيكي أو بصري يقيس مستوى الماء. توجد ثلاثة أنواع رئيسية من مقاييس مستوى الماء، وهي: مقياس مستوى الماء الأنبوبي، ومقياس مستوى الماء السائل، ونافذة الرؤية.

3.1 . كيف تعمل أجهزة قياس مستوى السوائل؟

• مقياس مستوى الماء الأنبوبي: هو عبارة عن أنبوب متصل بقاع وأعلى الخزان المراد قياس مستوى الماء فيه. يحتوي الأنبوب على علامات مُعايرة بالسنتيمترات (سم) أو المليمترات (مم).

• زجاج الرؤية: زجاج الرؤية صغير الحجم ولا يحتوي على علامات. يُستخدم زجاج الرؤية عادةً لقياس مستوى الزيت في محامل المضخات أو المحركات.

• مقياس مستوى الماء العائم: هو جهاز يستخدم عوامة تتحرك مع مستوى الماء بفعل قوة الطفو. تُستخدم هذه المقاييس عادةً عندما لا تكون هناك حاجة إلى مراقبة مستمرة لمستوى الماء أو تشغيل تلقائي للمعدات. كما تُستخدم أيضًا للتحقق من صحة عمل أجهزة الاستشعار غير التلامسية في حال حدوث أي عطل فيها.

3.2 . ما الذي يجب استخدامه: جهاز استشعار أم مقياس؟

تُعد أجهزة استشعار مستوى الماء مثالية عندما:

• يُعد العرض المستمر في الوقت الفعلي على شاشة واجهة المستخدم الرسومية ضروريًا للمراقبة الفعالة.
• تتطلب أنظمة التشغيل التلقائي والإنذار تهيئة.
• تتطلب الإجراءات الآلية قياسات دقيقة للغاية.

تُعد مقاييس مستوى الماء مناسبة لما يلي:

• تُعد القياسات اليدوية محدودة في تطبيقها.
• تستخدم الصناعات التحويلية على نطاق واسع المقاييس الأنبوبية لتكملة أجهزة استشعار مستوى المياه المختلفة.
• الحالات التي تتطلب البساطة، وانخفاض التكلفة، وعدم وجود عمليات تشغيل تلقائية.

3.3 . كيفية استخدام أجهزة استشعار ومقاييس مستوى الماء

في مستشعر مستوى الماء الغاطس، توضع مجسات قياس مستوى الماء في نقاط مختلفة داخل الخزان المراد مراقبة مستواه، وهو أمر بالغ الأهمية للحصول على قراءة دقيقة. عند امتلاء الخزان، يرسل غمر المجسات تباعًا إشارة كهربائية إلى جهاز الإرسال، مما يدل على ارتفاع مستوى الماء. يمكن استخدام هذا النظام أيضًا مع مصادر المياه المفتوحة، مثل الأنهار والبحيرات. كما تُستخدم مستويات الفيضانات بطريقة مشابهة لمستشعرات مستوى الماء الغاطسة.

4. الاختلافات الرئيسية وإمكانية الوصول إلى البيانات

أفضل ما يميز مستشعر مستوى الماء هو قدرته على المراقبة الآنية وتحليل البيانات. في أجهزة القياس اليدوية، كان على مشغل المصنع تنظيم جداول القراءات باستمرار للاحتفاظ بسجل لها. أما مستشعرات مستوى الماء المتطورة اليوم، فتتمتع بأنظمة نقل وتحليل بيانات ممتازة، لا توفر تحديثات آنية لمستوى الماء فحسب، بل تتيح أيضًا خيارات للتدخل التلقائي في حال كان المستوى حرجًا. يقوم المحول بتحويل المسافة أو الضغط الفعلي الذي يقيسه مستشعر مستوى الماء إلى إشارة إلكترونية، ثم يقوم المتحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) بمعالجتها.

علاوة على ذلك، تحتفظ أجهزة الاستشعار بسجل تاريخي لمستويات المياه خلال فترة زمنية محددة. تُعدّ بيانات هذا السجل بالغة الأهمية لاتخاذ القرارات، إذ تُمكّن المستخدمين من تحليل أنماط تغير مستوى المياه. إليكم جدولًا يوضح الفرق بين جهاز استشعار مستوى المياه ومقياس المستوى:

5. ملخص

توفر أجهزة استشعار مستوى الماء بيانات دقيقة ومستمرة وفورية للمراقبة والأتمتة في تطبيقات متنوعة، بدءًا من المصانع الصناعية وصولًا إلى الدراسات البيئية. وتتميز هذه الأجهزة بانخفاض تكاليف صيانتها ومتانتها العالية. في المقابل، تُعد مقاييس المستوى أجهزةً أبسط، ميكانيكية أو بصرية، تُستخدم أساسًا للقياسات اليدوية أو للتحقق من صحة أجهزة الاستشعار، وهي مناسبة في الحالات التي لا تتطلب أي تدخل. توفر أجهزة الاستشعار إمكانية وصول فائقة إلى البيانات وتحليلًا دقيقًا للاتجاهات. فيما يلي خصائصها الرئيسية:

• الدقة والموثوقية: بفضل مبادئ عملها، توفر أجهزة استشعار مستوى الماء قياسات دقيقة وموثوقة باستمرار. ومن بينها، تُعتبر أجهزة الاستشعار الهيدروستاتيكية الأكثر دقة.
• المتانة وطول العمر: يساهم تصميمها القوي وسهولة تركيبها في متانتها التي تدوم طويلاً.
• الحد الأدنى من الصيانة: تتميز أجهزة استشعار مستوى المياه الحديثة بمتطلبات صيانة منخفضة، مما يؤدي إلى تقليل وقت التوقف وزيادة فعالية التكلفة.
• ملاءمة البيئة القاسية: تم تصميم أجهزة استشعار مستوى المياه الحالية لتحمل الظروف الصعبة، بما في ذلك درجات الحرارة والضغوط العالية.

إذا كنت تبحث عن أجهزة استشعار متطورة وفعالة ودقيقة لقياس مستوى الماء، فضع في اعتبارك مجموعة أجهزة استشعار ريكا. تشمل هذه المجموعة أجهزة استشعار غاطسة، ورادارية، وفوق صوتية، وأنواعًا أخرى من أجهزة استشعار مستوى الماء، وهي مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات، مثل محطات معالجة مياه الصرف الصحي، والمعالجة الكيميائية، وأنظمة الري، وغيرها. تفضل بزيارة قسم أجهزة استشعار مستوى الماء من ريكا للاطلاع على المجموعة الكاملة.

الأسئلة الشائعة (FAQs)

1. هل يمكن استخدام مستشعر مستوى الماء لقياس مستويات الماء المرتفعة والمنخفضة؟

نعم، يمكن لأجهزة استشعار مستوى الماء المستمر قياس كل من مستويات الماء المرتفعة والمنخفضة. وتأتي هذه الأجهزة بنطاقات كشف مختلفة، ويجب أن تقع مستويات الماء المرتفعة والمنخفضة ضمن نطاق الكشف المحدد من قبل الشركة المصنعة.

2. ما مدى دقة أجهزة استشعار مستوى الماء؟

تتفاوت دقة أجهزة استشعار مستوى الماء. إذ تصل دقة أجهزة الاستشعار الغاطسة إلى 0.1% من النطاق الكامل. أما أجهزة استشعار الرادار، فتصل دقتها إلى ±3 مم. بينما توفر أجهزة الاستشعار فوق الصوتية، مثل RIKA RKL-03، نطاق دقة يتراوح بين 0.5% و1% بدقة ±3 مم أو 0.1% من النطاق الكامل.

3. هل يمكن استخدام أجهزة استشعار مستوى الماء في البيئات الخطرة؟

نعم، يمكن لأجهزة استشعار مستوى الماء الحاصلة على شهادات ATEX أو IECEx منع الاشتعال في الأجواء الخطرة. وتُستخدم هذه الأجهزة عادةً في منشآت المعالجة الكيميائية حيث يكون التعامل مع المواد الخطرة أمراً لا مفر منه.

4. هل يمكن أتمتة أجهزة قياس مستوى المياه للمراقبة عن بعد؟

لا، لا يمكن إعداد مقياس مستوى الماء التقليدي للمراقبة عن بُعد. للمراقبة عن بُعد، تُعدّ مستشعرات مستوى الماء القادرة على توفير مخرجات تناظرية أو رقمية أساسية. تتضمن مقاييس مستوى الماء عادةً دمجها مع أنظمة تعتمد على المستشعرات أو استخدام تقنية رؤية الحاسوب "لقراءة" المقياس بصريًا ونقل تلك المعلومات.

5. ما هو العمر الافتراضي لمقياس مستوى الماء؟

يبلغ العمر الافتراضي لأجهزة قياس مستوى الماء من 5 إلى 10 سنوات، وتتطلب مراقبة مباشرة للتحقق من مستويات الماء. أما أجهزة استشعار مستوى الماء، فيبلغ عمرها الافتراضي من 4 إلى 5 سنوات، لكنها توفر مراقبة عن بُعد، وقياسًا مستمرًا، ونظام إنذار، ومزايا أخرى كثيرة.