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從射頻導(dǎo)納的概念和原理看其如何正確選型
2020-12-22
隨著射頻物位檢測技術(shù)的發(fā)展，電容式產(chǎn)品逐步發(fā)展為導(dǎo)納式產(chǎn)品，能夠在不同工況下用于測量容器內(nèi)介質(zhì)的料位。但從與用戶的溝通中，不少用戶對于射頻導(dǎo)納及射頻導(dǎo)納料位開關(guān)的原理仍然知之甚少，更不知如何正確選型。為此，本文就結(jié)合射頻導(dǎo)納的概念及射頻導(dǎo)納料位開關(guān)的原理，談?wù)勆漕l導(dǎo)納料位開關(guān)如何正確選型。
一、射頻導(dǎo)納的概念和原理
射頻導(dǎo)納技術(shù)主要通過檢測物質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率實(shí)現(xiàn)液位檢測的。當(dāng)被測介質(zhì)的電導(dǎo)率較大時(shí)，電容式產(chǎn)品會由于被測介質(zhì)粘附在傳感器上而產(chǎn)生誤差。但導(dǎo)納式產(chǎn)品通過同時(shí)檢測電容和電阻可以消除這種誤差。
導(dǎo)納作為一個(gè)物理概念是阻抗的倒數(shù)，由于實(shí)際過程中很少有電感，所以該導(dǎo)納實(shí)際上就是電容與電阻。為了準(zhǔn)確地進(jìn)行物位測量，還需要適當(dāng)?shù)念l率范圍為15～400kHz的射頻(RF)信號。人們常把這種測量物位的技術(shù)稱為射頻導(dǎo)納。
了解射頻導(dǎo)納的概念后，對于射頻導(dǎo)納料位開關(guān)的原理也就比較容易理解了。射頻導(dǎo)納料位開關(guān)是通過探頭感知其與儲罐體間電抗（容抗和阻抗）的變化實(shí)現(xiàn)物位測量和控制的。其內(nèi)部電子單元，由探頭測量極與空載罐體間的電抗共同構(gòu)成平衡電橋電路并產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定振蕩信號。當(dāng)被測介質(zhì)覆蓋探頭測量極時(shí)，會引起探頭測量極與罐體間的電抗變化，導(dǎo)致電橋電路不平衡而停止產(chǎn)生振蕩信號，后級電路檢測到這一變化從而輸出報(bào)警信號。該振蕩信號作為射頻信號施加在探頭測量極的同時(shí)，還經(jīng)過1:1的電壓跟隨器后送往探頭的保護(hù)極，測量極與保護(hù)極的射頻信號具有等電位、同相位、同頻率又互相隔離。當(dāng)探頭有掛料時(shí)，測量極與保護(hù)極之間因?yàn)闆]有電勢差而形成電氣隔離確保保護(hù)極的信號變化不影響檢測，使探頭測量極上電抗的變化只能由探頭測量極與罐體間的物料決定，從而使探頭上的掛料不會影響正常檢測。
二、射頻導(dǎo)納料位開關(guān)的正確選型
由于實(shí)際工況各不相同，所以，射頻導(dǎo)納料位開關(guān)的選型是否正確直接影響到期與現(xiàn)場工況的匹配度和測量的準(zhǔn)確性。一般地，用戶在采購射頻導(dǎo)納料位開關(guān)時(shí)，需要注意以下幾個(gè)方面：
1．了解測量介質(zhì)的屬性
根據(jù)介質(zhì)的不同屬性，選擇合適的射頻導(dǎo)納料位開關(guān)：
1）射頻導(dǎo)納物位開關(guān)僅能用于介電常數(shù)≥1.6的物位測量，所以測量介質(zhì)應(yīng)具有一定的介電常數(shù)。
2）射頻導(dǎo)納物位開關(guān)為接觸性測量，故被測物料不能過大，以免射頻導(dǎo)納探頭被砸彎損壞，所以其不適合用于密度和顆粒較大介質(zhì)的測量。
3）在測量非導(dǎo)電性介質(zhì)時(shí)，應(yīng)盡量選用帶有絕緣層的探頭，以防介質(zhì)中混進(jìn)腐蝕性物質(zhì)，腐蝕測量探頭。對于絕緣式探頭，應(yīng)考慮介質(zhì)的溫度與壓力影響。但溫度與壓力有一個(gè)對應(yīng)的曲線范圍，不在曲線范圍內(nèi)工作則介質(zhì)會破壞絕緣層，使介質(zhì)通過絕緣層滲透到探桿處結(jié)晶，影響測量結(jié)果。另外，在直徑較大的非導(dǎo)電介質(zhì)容器中，為提高測量的靈敏度和準(zhǔn)確度，可選用帶輔助電極的探頭，或者將射頻導(dǎo)納料位開關(guān)盡量安裝在容器的邊緣。
4）如果物料的黏度較高時(shí)，物料在探桿與接地管參考電極之間的流動(dòng)速度會受到限制，使得管中物位不能真正代表罐中的實(shí)際物位，此時(shí)在選用射頻導(dǎo)納料位開關(guān)時(shí)應(yīng)慎重。
2．插入深度和保護(hù)極長度
射頻導(dǎo)納料位開關(guān)是點(diǎn)位接觸式測量，在安裝位置確定的情況下，需要根據(jù)罐體的情況選擇合適的插入深度及保護(hù)極長度。插入深度是儀表能否精準(zhǔn)測量物位的關(guān)鍵，一般以探頭能完全接觸到物料為宜，插入深度的長短也取決于儀表是否會受物料沖擊的影響、損壞等等。
應(yīng)用現(xiàn)場如果是較為惡劣的工況，譬如在應(yīng)用于類似電廠輸灰系統(tǒng)的灰斗時(shí)，為減少物料沖擊造成的探頭損壞，在選型時(shí)，應(yīng)選擇購買加裝有不銹鋼保護(hù)套管的射頻導(dǎo)納料位開關(guān)。這種儀表的保護(hù)極長度一般須深入料倉內(nèi)部50mm以上。計(jì)為Cape-11P防護(hù)型射頻導(dǎo)納料位開關(guān)的保護(hù)極長度一般為300mm和590mm兩種，在客戶工況有特殊要求時(shí)，也可根據(jù)用戶的需求進(jìn)行定制。
3．過程溫度及壓力
不同的工況，對溫度的要求也不一樣，所以在選擇射頻導(dǎo)納料位開關(guān)時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場溫度的具體要求進(jìn)行選擇就顯得頗為必要。如果儀表的環(huán)境溫度較高，就應(yīng)選擇與該溫度相適應(yīng)的射頻導(dǎo)納料位開關(guān)。
1）受探頭材料限制，在溫度大于260℃時(shí)，應(yīng)選用超高溫型射頻導(dǎo)納物位開關(guān)，計(jì)為超高溫型射頻導(dǎo)納料位開關(guān)，耐溫高達(dá)400℃，能夠在大部分工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用。
2）受探頭制造工藝的限制，探頭的耐壓一般在2MPa以內(nèi)，所以，射頻導(dǎo)納料位開關(guān)一般在常壓或者微壓環(huán)境下應(yīng)用。
4．過程連接
過程連接一般分為螺紋、法蘭、卡箍三種，是將儀表安裝在罐體、管道等設(shè)備上的關(guān)鍵部件。在選擇過程連接時(shí)，一般應(yīng)從現(xiàn)場需求來選擇和定制合適尺寸、厚度和材料的過程連接。
5．防護(hù)功能
在應(yīng)用現(xiàn)場環(huán)境為粉塵或濕度較大的工況時(shí)，應(yīng)選擇具有較高防護(hù)等級的射頻導(dǎo)納料位開關(guān)，以免因密封不佳使儀表的性能和使用壽命受到影響。計(jì)為射頻導(dǎo)納料位開關(guān)的防護(hù)等級為IP66，具有較高的密封性，能夠在粉塵和濕度較大的場合下使用。
以上就是“從射頻導(dǎo)納的概念和原理看其如何正確選型”的相關(guān)介紹，如欲了解更多物位開關(guān)（料位開關(guān)、液位開關(guān)）、物位計(jì)（料位計(jì)、液位計(jì)）等物位測量儀表方面的知識，歡迎關(guān)注微信公眾號：Jiweimeter。
一、射頻導(dǎo)納的概念和原理
射頻導(dǎo)納技術(shù)主要通過檢測物質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率實(shí)現(xiàn)液位檢測的。當(dāng)被測介質(zhì)的電導(dǎo)率較大時(shí)，電容式產(chǎn)品會由于被測介質(zhì)粘附在傳感器上而產(chǎn)生誤差。但導(dǎo)納式產(chǎn)品通過同時(shí)檢測電容和電阻可以消除這種誤差。
導(dǎo)納作為一個(gè)物理概念是阻抗的倒數(shù)，由于實(shí)際過程中很少有電感，所以該導(dǎo)納實(shí)際上就是電容與電阻。為了準(zhǔn)確地進(jìn)行物位測量，還需要適當(dāng)?shù)念l率范圍為15～400kHz的射頻(RF)信號。人們常把這種測量物位的技術(shù)稱為射頻導(dǎo)納。
了解射頻導(dǎo)納的概念后，對于射頻導(dǎo)納料位開關(guān)的原理也就比較容易理解了。射頻導(dǎo)納料位開關(guān)是通過探頭感知其與儲罐體間電抗（容抗和阻抗）的變化實(shí)現(xiàn)物位測量和控制的。其內(nèi)部電子單元，由探頭測量極與空載罐體間的電抗共同構(gòu)成平衡電橋電路并產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定振蕩信號。當(dāng)被測介質(zhì)覆蓋探頭測量極時(shí)，會引起探頭測量極與罐體間的電抗變化，導(dǎo)致電橋電路不平衡而停止產(chǎn)生振蕩信號，后級電路檢測到這一變化從而輸出報(bào)警信號。該振蕩信號作為射頻信號施加在探頭測量極的同時(shí)，還經(jīng)過1:1的電壓跟隨器后送往探頭的保護(hù)極，測量極與保護(hù)極的射頻信號具有等電位、同相位、同頻率又互相隔離。當(dāng)探頭有掛料時(shí)，測量極與保護(hù)極之間因?yàn)闆]有電勢差而形成電氣隔離確保保護(hù)極的信號變化不影響檢測，使探頭測量極上電抗的變化只能由探頭測量極與罐體間的物料決定，從而使探頭上的掛料不會影響正常檢測。
二、射頻導(dǎo)納料位開關(guān)的正確選型
由于實(shí)際工況各不相同，所以，射頻導(dǎo)納料位開關(guān)的選型是否正確直接影響到期與現(xiàn)場工況的匹配度和測量的準(zhǔn)確性。一般地，用戶在采購射頻導(dǎo)納料位開關(guān)時(shí)，需要注意以下幾個(gè)方面：
1．了解測量介質(zhì)的屬性
根據(jù)介質(zhì)的不同屬性，選擇合適的射頻導(dǎo)納料位開關(guān)：
1）射頻導(dǎo)納物位開關(guān)僅能用于介電常數(shù)≥1.6的物位測量，所以測量介質(zhì)應(yīng)具有一定的介電常數(shù)。
2）射頻導(dǎo)納物位開關(guān)為接觸性測量，故被測物料不能過大，以免射頻導(dǎo)納探頭被砸彎損壞，所以其不適合用于密度和顆粒較大介質(zhì)的測量。
3）在測量非導(dǎo)電性介質(zhì)時(shí)，應(yīng)盡量選用帶有絕緣層的探頭，以防介質(zhì)中混進(jìn)腐蝕性物質(zhì)，腐蝕測量探頭。對于絕緣式探頭，應(yīng)考慮介質(zhì)的溫度與壓力影響。但溫度與壓力有一個(gè)對應(yīng)的曲線范圍，不在曲線范圍內(nèi)工作則介質(zhì)會破壞絕緣層，使介質(zhì)通過絕緣層滲透到探桿處結(jié)晶，影響測量結(jié)果。另外，在直徑較大的非導(dǎo)電介質(zhì)容器中，為提高測量的靈敏度和準(zhǔn)確度，可選用帶輔助電極的探頭，或者將射頻導(dǎo)納料位開關(guān)盡量安裝在容器的邊緣。
4）如果物料的黏度較高時(shí)，物料在探桿與接地管參考電極之間的流動(dòng)速度會受到限制，使得管中物位不能真正代表罐中的實(shí)際物位，此時(shí)在選用射頻導(dǎo)納料位開關(guān)時(shí)應(yīng)慎重。
2．插入深度和保護(hù)極長度
射頻導(dǎo)納料位開關(guān)是點(diǎn)位接觸式測量，在安裝位置確定的情況下，需要根據(jù)罐體的情況選擇合適的插入深度及保護(hù)極長度。插入深度是儀表能否精準(zhǔn)測量物位的關(guān)鍵，一般以探頭能完全接觸到物料為宜，插入深度的長短也取決于儀表是否會受物料沖擊的影響、損壞等等。
應(yīng)用現(xiàn)場如果是較為惡劣的工況，譬如在應(yīng)用于類似電廠輸灰系統(tǒng)的灰斗時(shí)，為減少物料沖擊造成的探頭損壞，在選型時(shí)，應(yīng)選擇購買加裝有不銹鋼保護(hù)套管的射頻導(dǎo)納料位開關(guān)。這種儀表的保護(hù)極長度一般須深入料倉內(nèi)部50mm以上。計(jì)為Cape-11P防護(hù)型射頻導(dǎo)納料位開關(guān)的保護(hù)極長度一般為300mm和590mm兩種，在客戶工況有特殊要求時(shí)，也可根據(jù)用戶的需求進(jìn)行定制。
3．過程溫度及壓力
不同的工況，對溫度的要求也不一樣，所以在選擇射頻導(dǎo)納料位開關(guān)時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場溫度的具體要求進(jìn)行選擇就顯得頗為必要。如果儀表的環(huán)境溫度較高，就應(yīng)選擇與該溫度相適應(yīng)的射頻導(dǎo)納料位開關(guān)。
1）受探頭材料限制，在溫度大于260℃時(shí)，應(yīng)選用超高溫型射頻導(dǎo)納物位開關(guān)，計(jì)為超高溫型射頻導(dǎo)納料位開關(guān)，耐溫高達(dá)400℃，能夠在大部分工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用。
2）受探頭制造工藝的限制，探頭的耐壓一般在2MPa以內(nèi)，所以，射頻導(dǎo)納料位開關(guān)一般在常壓或者微壓環(huán)境下應(yīng)用。
4．過程連接
過程連接一般分為螺紋、法蘭、卡箍三種，是將儀表安裝在罐體、管道等設(shè)備上的關(guān)鍵部件。在選擇過程連接時(shí)，一般應(yīng)從現(xiàn)場需求來選擇和定制合適尺寸、厚度和材料的過程連接。
5．防護(hù)功能
在應(yīng)用現(xiàn)場環(huán)境為粉塵或濕度較大的工況時(shí)，應(yīng)選擇具有較高防護(hù)等級的射頻導(dǎo)納料位開關(guān)，以免因密封不佳使儀表的性能和使用壽命受到影響。計(jì)為射頻導(dǎo)納料位開關(guān)的防護(hù)等級為IP66，具有較高的密封性，能夠在粉塵和濕度較大的場合下使用。
以上就是“從射頻導(dǎo)納的概念和原理看其如何正確選型”的相關(guān)介紹，如欲了解更多物位開關(guān)（料位開關(guān)、液位開關(guān)）、物位計(jì)（料位計(jì)、液位計(jì)）等物位測量儀表方面的知識，歡迎關(guān)注微信公眾號：Jiweimeter。
（深圳計(jì)為自動(dòng)化技術(shù)有限公司市場部2020年12月22日發(fā)布）
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