الهيدروستات أو جهاز استشعار المستوى الهيدروستاتيكي، هو جهاز يُستخدم خصيصًا لرصد مستوى المياه عن طريق قياس الضغط الهيدروستاتيكي، في سائل ثابت على مستوى عمق معين.

مستشعر المستوى الهيدروستاتيكي، هو عبارة عن جهاز الضغط يحتوي على غشاء الضغط الذي يقوم بتنفيس الجانب الداخلي من الحجاب الحاجز إلى الضغط الجوي من خلال أنبوب تنفيس في الكابل، بحيث يكون الجانب الخارجي ملامسًا للسائل ليتمكن من قياس الضغط الساكن للسائل فوق جهاز الإرسال، وينتج هذا الضغط الساكن أساسًا عن وزن السائل الموجود أعلى جهاز الإرسال، ويستخدم لحساب مستوى السائل.

بساطة جهاز استشعار المستوى الهيدروستاتيكي وسهولة استخدامه يجعلانه الأداة المفضلة لقياس مستوى المياه، فهو متخصص في رصد المستوى، ويُعد الأكثر استخدامًا في قياس المياه ومياه الصرف الصحي، واستخدامه البسيط ومدى دقة قياسه وموثوقيتها جعلته واحدًا من أكثر أجهزة القياس استخدامًا.

بغض النظر عما إذا كان في خزان تنفيس أو بحيرة أو نهر أو سفينة، في معظم الحالات يُعلق جهاز القياس بكابل ويُغمر في الماء على المستوى المطلوب قياسه، لن تشكل طبيعة الخزان وهيكلة والمادة المصنوع منها أو احتوائه على عوائق أو حواف أو أشكال غير منتظمة، أي صعوبة أو اضطراب في قياس مستشعر مستوى الهيدروستاتيكي لضغط السائل.

باعتبار أن مستشعر  المستوى الهيدروستاتيكي غالبًا ما يكون متشعر لقياس الضغط، فإنه يُعوض تلقائيًا عن تغيرات الضغط الجوي، لذا فإن مقدار الضغط الذي قاسه المستشعر، هو ضغط السائل الناتج عن الجاذبية النوعية للسائل والمسافة الرأسية التي تفصله عن السطح أو مقدار العمق، لذلك يقيس مستشعر المستوى الهيدروستاتيكي دمستوى السائل بدقة عالية عن طريق حساب المسافة من نقطة القياس إلى مستوى السطح.

كما يُستخدم الهيدروستات في الغلايات البخارية لمنع تضرر المرجل بتحديد مستوى انخفاض الماء، وذلك لأن الغلايات تعمل عن طريق حرق الوقود لإنتاج الطاقة اللازمة لتسخين المياه، التي تتحول إلى بخار لتسير في الأنابيب وترفع من درجة حرارة الغرفة، ولكن في حال قلت كمية المياه مع استمرار تدفق الطاقة الحرارية الناتجة عن حرق الوقود، ستتضرر الغلاية وتتلف، لهذا يقوم الهيدروستات بقياس مستوى المياه في الغلاية لمراقبة انخفاض منسوبه وتلافي الضرر الذي قد يحصل.

يتألف الهيدروستات من خلية محددة تسمى بخلية القياس، وتكون محمية تمامًا بفضل عملية العزل التي يقوم بها الحجاب الحاجز، وغشاء العزل الخلفي، كما أنها ذات حساسية قليلة جدًا للتكثيف والغازات المتطفلة.

يتألف الجهاز أيضًا من خلية السيراميك، وجهاز استشعار السيراميك عبارة عن جهاز استشعار جاف، ويتلقى مستشعر السيراميك القوي الضغط بشكل مباشر ويعزل الحجاب الحاجز عن الضغط، ثم يتم قياس التغيير المعتمد على الضغط في السعة عند أقطاب الركيزة الخزفية وعملية عزل الحجاب الحاجز.

تكتشف خلية القياس أدنى التغييرات في الضغط الهيدروستاتيكي، والتي تزداد أو تنقص اعتمادًا على مستوى التعبئة، ويتم تحويل الضغط المُستَشعر على شكل إشارة كهربائية بواسطة الإلكترونات المدمجة ثم يتم قراءتها بواسطة الجهاز،، وتُستخدم أنواع مختلفة من خلايا القياس اعتمادًا على مبدأ الهيدروستاتيكي.

لا يتأثر قياس المستوى باستخدام أجهزة الهيدروستاتيك ،كما توفر الخلايا مقاومة عالية للحمل الزائد.

أكمل القراءة

مستشعر المستوى الهيدروستاتيكي أو الهيدروستات هو شكل من أشكال أجهزة قياس المستوى، يتم استخدامه بشكل خاص لمراقبة مستوى السوائل عن طريق قياس الضغط الهيدروستاتيكي في سائل ثابت فعليًا عند مستوى غمر محدد مسبقًا، كما يُعرف على أنّه جهاز قياس ضغط مغمور يحتوي على غشاء ضغط، يسمى الحجاب الحاجز، حيث يتم تنفيس الجانب الداخلي لذلك الحجاب  إلى الضغط الجوي عن طريق أنبوب تهوية في الكابل، في حين يكون الجانب الخارجي على اتصال مباشر مع السائل وذلك لقياس ضغط السائل الساكن فوق الجهاز والذي ينتج بشكل أساسي عن وزن السائل الموجود أعلاه.

مبدأ العمل الأساسي لمستشعر المستوى الهيدروستاتيكي هو قياس مستوى الضغط الثابت في السائل، إذ يتم توليد الضغط عند عمق معين بواسطة وزن أو ضغط الوسيط (السائل) نفسه فوق نقطة القياس، يتناسب ذلك الضغط مع كثافة الوسط وتسارع الجاذبية الأرضية المحلي، وفق العلاقة التناسبية التالية:

 P = ρgh 

حيث:

  • P: الضغط.

  • ρ: الكثافة المتوسطة.

  • g: تسارع الجاذبية الأرضية.

  • h: عمق نقطة القياس.

الهيدروستات

لذلك، فإن كمية المادية المقاسة هي في الواقع ضغط، يمكن الحصول على مستوى السائل الفعلي من خلال تحويل الضغط الناتج إلى مستوى بعد معرفة كل من كثافة السائل وتسارع الجاذبية الأرضية وتطبيق العلاقة السابقة. في المجال الصناعي يتم إجراء هذا التحويل عادةً بواسطة أداة معالجة أو من خلال المتحكمات البرمجية مثل PLC.

تقيس مستشعرات المستوى الهيدروستاتيكي السوائل المسببة للتآكل مثل حمض الهيدروكلوريك وبيروكسيد الهيدروجين وما إلى ذلك، كما تقيس مياه الصرف الكيميائية والطلاء الكهربائي، وتستخدم هذه المستشعرات بشكل رئيسي في قياس الوسائط المسببة للتآكل كونها تتمتع بخواص مقاومة للتآكل وبسبب أدائها المستقر.

تستخدم مستشعرات المستوى الهيدروستاتيكي في قياس مستوى السوائل في الخزانات وبعض التطبيقات الأخرى مثل صهاريج التخزين وأوعية المعالجة وخزانات المياه وغيرها، إذ يستخدم الضغط الهيدروستاتيكي لتحديد ارتفاع السائل.

كثرة انتشار استخدام هذه المستشعرات في العديد من التطبيقات تعود إلى بساطة استخدامها والتقنيات الموثوقة والدقيقة التي تستخدمها في القياس، إذ لا يهم ما كان الوسط الذي ستقيس به، إن كان  خزان أو سفينة أو بحيرة أو غيرهم، فإن كل ما تحتاجه هذه الحساسات هو تعليق حساس الجهاز وغمره في السائل إلى العمق المطلوب القياس عنده، أو فقط غمره بالسائل والسماح له بالغرق حتى القاع، إذ لا يهم هيكل الخزان أو طبيعته أو شكله المعقد أو وجود حواف عليه، فالجهاز سيقوم بعمله عن طريق التحسس لضغط السائل عند النقطة المطلوبة وقياسه بغض النظر عن كل تلك الأشياء، إذ سيعمل الجهاز على تعويض التغيرات في الضغط الجوي بشكل تلقائي على الفور، أي أنّ الضغط المقاس عن طريق الحساس يمثل فقط ضغط السائل الناتج عن جاذبية السائل النوعية والمسافة العمودية التي تفصل بين نقطة القياس وسطح السائل.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هو الهيدروستات في الفيزياء؟"؟