المادة الصلبة الحبيبية عبارة عن مجموعة من الجزيئات، مثل الثلج أو الرمل أو الأرز أو الفحم. على الرغم من سهولة تفسير شكل المواد الصلبة الحبيبية، إلا أن سلوكها معقد ويختلف عن سلوك السوائل والغازات. يعد القياس الدقيق لكمية المواد الصلبة في الخزانات أو الصوامع أمرًا بالغ الأهمية لإدارة المنتجات ومراقبة إدارة المستودعات ونقلها.
نوع المستشعر
مثل قياس مستوى السائل، تنقسم معدات قياس مستوى المواد الصلبة أيضًا إلى فئتين: عدم الاتصال والاتصال. في هذه الفئات، يمكن تقسيم المعدات إلى مستوى النقطة ومراقبة المستوى المستمر. تقدم هذه المقالة المبادئ الكامنة وراء هذه الأجهزة وبعض التطبيقات.
قياس مستوى المواد الصلبة ليس نظيفًا ودقيقًا مثل قياس مستوى السائل. يمكن تحويل خصائص وزن السوائل إلى وزن مستوى السائل باستخدام جهاز ضغط ثابت؛ يمكن أن تخضع المواد الصلبة لتغييرات كبيرة في نفس الدفعة. تتمتع السوائل أيضًا بخصائص التسوية الذاتية ويمكن أن توفر سطحًا موحدًا لأجهزة القياس دون اختلاط أو أي تداخل آخر. وهذا أحد التحديات التي يواجهها قياس مستوى المواد الصلبة.

يمكن للمواد الصلبة عمومًا أن توفر فقط أسطحًا غير مستوية لأجهزة القياس ويتم تحميلها أو استقرارها بشكل غير متساوٍ في الحاويات التي يتم تخزينها فيها. يشكل العثور على سطح أفقي يعكس الإشارات تحديًا معينًا للمواد الصلبة.
معدات عدم الاتصال المستخدمة لقياس الحالة الصلبة، مماثلة لمعدات عدم الاتصال المستخدمة لقياس مستوى السائل، هي المعدات الأكثر شيوعًا، بما في ذلك الموجات فوق الصوتية والرادار والليزر. تتمتع أجهزة الموجات فوق الصوتية بميزة التكلفة المنخفضة، ولدينا فهم واضح جدًا لأنماط سلوكها. لسوء الحظ، في بعض الأحيان يمكن أن يؤدي ذلك إلى سوء الاستخدام، مما يؤدي إلى نتائج غير متناسقة. الشيء نفسه ينطبق على معدات الرادار.
من الصعب بشكل عام أن تستقر المواد الصلبة في سطح موحد وأفقي. السيناريو الأكثر شيوعًا هو أن يتم نقل المواد الصلبة إلى خزان المياه أو الصومعة من خلال ناقل، والذي يصب المواد الصلبة في موضع ما، مكونًا مخروطًا تحدده "زاوية السكون" للمادة الصلبة. عندما يتم تجاوز الزاوية، هناك تسوية جماعية أو انفصال. إذا كان جهاز عدم الاتصال يراقب الجزء العلوي من المخروط، فإن هذا الانفصال سوف يسبب تغييرا مفاجئا في مستوى المادة. عادة، عندما يتم ترتيب المعدات بالقرب من منطقة التسليم، يكون من الصعب قياس مستوى المادة الفعلي، وأي انفصال سيؤدي إلى تغيير مفاجئ في مستوى المادة مرة أخرى.
صعوبات قياس الحالة الصلبة
المشكلة هي انعكاس الأسطح المائلة. تعتمد أجهزة الموجات فوق الصوتية ورادار الموجات الموجهة (GWR) والليزر على انعكاس الإشارة على سطح المادة التي تم اختبارها. سطح السائل موحد ويوفر سطحًا عاكسًا جيدًا لانعكاس الإشارة. يختلف الاتساق وحجم الجسيمات وبالطبع زاوية سكون المواد الصلبة. زاوية السكون هي الزاوية التي تستقر عندها المادة الصلبة بشكل طبيعي عند نقلها بمعدل تدفق موحد وثابت. كل مادة صلبة لها زاوية سكون فريدة. ويمكن استخدام ذلك في تطبيق قياس النقاط المادية.
يمكن تركيب مستشعر جهاز قياس عدم الاتصال بزاوية سكون لتحديد متى يصل المخروط الصلب إلى نقطة التحكم، مثل إنذار المستوى العالي. قياس المستوى المستمر ليس بالأمر السهل. سيؤدي عدم وجود سطح موحد إلى منع الانعكاس المتماسك من العودة إلى جهاز الإرسال، كما أن حجم الجسيمات المتغير سوف ينتج عنه تأثيرات تشتت، وكلاهما يمكن أن يؤدي إلى إشارات غير موثوقة. يعد الليزر جهازًا أكثر موثوقية لقياس نقاط المواد وأكثر دقة في تحديد وجود المواد الصلبة في نقاط التحكم.

إذا كان تركيب الليزر على حاوية الجهاز غير عملي، فيمكن تثبيته على كتف الجهاز. على سبيل المثال، عند تطبيق حمأة التحميل على الشاحنات، من غير العملي تركيب أجهزة مراقبة مستوى السائل على الشاحنات بسبب معالجة المواد ومعدات النقل.
يمكن أن يؤثر الغبار والتمدد الصلب والأحمال غير المتساوية في الحاويات على المعدات غير المتصلة. يرجى تذكر أن الغبار يمكن أن يحترق. قبل تنفيذ إجراءات السلامة، غالبًا ما كانت تحدث انفجارات لغبار الفحم وصوامع الحبوب. ويجب مراعاة هذه الميزة عند تصميم النظام. بالإضافة إلى الوقود والأكسجين والإشعال اللازم لاحتراق الوقود، يجب تشتيت الغبار وحصره في حاويات مغلقة حتى يصبح قابلاً للاحتراق. قد يتداخل التشتت مع تشغيل معدات مستوى المواد غير المتصلة.
ينبغي تصميم أغلفة المعدات المناسبة في النظام لتوفير الحماية المناسبة. عندما "تتكتل" مادة صلبة وتنفصل عن بقية مادة الحشو في الصومعة لتشكل جسمًا منفصلاً، يحدث تمدد المادة الصلبة، مثل تراكم المادة الصلبة على جانب واحد من الصومعة. وقد يؤدي ذلك إلى عدم القدرة على التلامس مع المستوى أو عدم قدرة المستوى على التلامس مع المادة. الإجراء العلاجي الشائع هو استخدام الاهتزاز أو الهواء "لتسييل" المادة الصلبة لضمان التوزيع الموحد. لأسباب مختلفة، قد يحدث تحميل غير متساو. في بعض الحالات، يمكن أن تساعد خبرة تصميم النظام وموظفي التشغيل، جنبًا إلى جنب مع التحفيز الميكانيكي، في تخفيف هذه المشكلة.
جهاز قياس الاتصال المستخدم لهذا التطبيق فريد من نوعه لقياس الحالة الصلبة. تعتمد هذه الأجهزة على الاتصال المباشر أو الوزن مع المادة. يختلف حجم المواد الصلبة وكثافتها ومحتوى الرطوبة ووزنها. يمكن استخدام هذه الميزات لاكتشاف مستويات المواد أو استنتاجها. جهاز الكشف عن مستوى المادة ذو النقطة المشتركة هو مستشعر من نوع الزنبرك المهتز أو الشوكة الرنانة. طريقة القياس الشائعة الأخرى هي استخدام أنظمة الوزن والكابلات. الجهاز ميكانيكي ويحتوي على حساس خط منزلق يمكنه متابعة الآلية الميكانيكية للتحرك للأسفل نحو الأرض. تُستخدم مقاييس الضغط لتعديل الحاويات أو الصوامع الموجودة للإشارة إلى الحمولة الصلبة داخل الحاوية.