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從射頻導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的發展，電容式產品逐步發展為導納式產品，能夠在不同工況下用于測量容器內介質的料位。但從與用戶的溝通中，不少用戶對于射頻導納及射頻導納料位開關的原理仍然知之甚少，更不知如何正確選型。為此，本文就結合射頻導納的概念及射頻導納料位開關的原理，談談射頻導納料位開關如何正確選型。
一、射頻導納的概念和原理
射頻導納技術主要通過檢測物質的介電常數和電導率實現液位檢測的。當被測介質的電導率較大時，電容式產品會由于被測介質粘附在傳感器上而產生誤差。但導納式產品通過同時檢測電容和電阻可以消除這種誤差。
導納作為一個物理概念是阻抗的倒數，由于實際過程中很少有電感，所以該導納實際上就是電容與電阻。為了準確地進行物位測量，還需要適當的頻率范圍為15～400kHz的射頻(RF)信號。人們常把這種測量物位的技術稱為射頻導納。
了解射頻導納的概念后，對于射頻導納料位開關的原理也就比較容易理解了。射頻導納料位開關是通過探頭感知其與儲罐體間電抗（容抗和阻抗）的變化實現物位測量和控制的。其內部電子單元，由探頭測量極與空載罐體間的電抗共同構成平衡電橋電路并產生一個穩定振蕩信號。當被測介質覆蓋探頭測量極時，會引起探頭測量極與罐體間的電抗變化，導致電橋電路不平衡而停止產生振蕩信號，后級電路檢測到這一變化從而輸出報警信號。該振蕩信號作為射頻信號施加在探頭測量極的同時，還經過1:1的電壓跟隨器后送往探頭的保護極，測量極與保護極的射頻信號具有等電位、同相位、同頻率又互相隔離。當探頭有掛料時，測量極與保護極之間因為沒有電勢差而形成電氣隔離確保保護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、射頻導納料位開關的正確選型
由于實際工況各不相同，所以，射頻導納料位開關的選型是否正確直接影響到期與現場工況的匹配度和測量的準確性。一般地，用戶在采購射頻導納料位開關時，需要注意以下幾個方面：
1．了解測量介質的屬性
根據介質的不同屬性，選擇合適的射頻導納料位開關：
1）射頻導納物位開關僅能用于介電常數≥1.6的物位測量，所以測量介質應具有一定的介電常數。
2）射頻導納物位開關為接觸性測量，故被測物料不能過大，以免射頻導納探頭被砸彎損壞，所以其不適合用于密度和顆粒較大介質的測量。
3）在測量非導電性介質時，應盡量選用帶有絕緣層的探頭，以防介質中混進腐蝕性物質，腐蝕測量探頭。對于絕緣式探頭，應考慮介質的溫度與壓力影響。但溫度與壓力有一個對應的曲線范圍，不在曲線范圍內工作則介質會破壞絕緣層，使介質通過絕緣層滲透到探桿處結晶，影響測量結果。另外，在直徑較大的非導電介質容器中，為提高測量的靈敏度和準確度，可選用帶輔助電極的探頭，或者將射頻導納料位開關盡量安裝在容器的邊緣。
4）如果物料的黏度較高時，物料在探桿與接地管參考電極之間的流動速度會受到限制，使得管中物位不能真正代表罐中的實際物位，此時在選用射頻導納料位開關時應慎重。
2．插入深度和保護極長度
射頻導納料位開關是點位接觸式測量，在安裝位置確定的情況下，需要根據罐體的情況選擇合適的插入深度及保護極長度。插入深度是儀表能否精準測量物位的關鍵，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。
應用現場如果是較為惡劣的工況，譬如在應用于類似電廠輸灰系統的灰斗時，為減少物料沖擊造成的探頭損壞，在選型時，應選擇購買加裝有不銹鋼保護套管的射頻導納料位開關。這種儀表的保護極長度一般須深入料倉內部50mm以上。計為Cape-11P防護型射頻導納料位開關的保護極長度一般為300mm和590mm兩種，在客戶工況有特殊要求時，也可根據用戶的需求進行定制。
3．過程溫度及壓力
不同的工況，對溫度的要求也不一樣，所以在選擇射頻導納料位開關時，根據現場溫度的具體要求進行選擇就顯得頗為必要。如果儀表的環境溫度較高，就應選擇與該溫度相適應的射頻導納料位開關。
1）受探頭材料限制，在溫度大于260℃時，應選用超高溫型射頻導納物位開關，計為超高溫型射頻導納料位開關，耐溫高達400℃，能夠在大部分工業環境中應用。
2）受探頭制造工藝的限制，探頭的耐壓一般在2MPa以內，所以，射頻導納料位開關一般在常壓或者微壓環境下應用。
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、管道等設備上的關鍵部件。在選擇過程連接時，一般應從現場需求來選擇和定制合適尺寸、厚度和材料的過程連接。
5．防護功能
在應用現場環境為粉塵或濕度較大的工況時，應選擇具有較高防護等級的射頻導納料位開關，以免因密封不佳使儀表的性能和使用壽命受到影響。計為射頻導納料位開關的防護等級為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“從射頻導納的概念和原理看其如何正確選型”的相關介紹，如欲了解更多物位開關（料位開關、液位開關）、物位計（料位計、液位計）等物位測量儀表方面的知識，歡迎關注微信公眾號：Jiweimeter。
一、射頻導納的概念和原理
射頻導納技術主要通過檢測物質的介電常數和電導率實現液位檢測的。當被測介質的電導率較大時，電容式產品會由于被測介質粘附在傳感器上而產生誤差。但導納式產品通過同時檢測電容和電阻可以消除這種誤差。
導納作為一個物理概念是阻抗的倒數，由于實際過程中很少有電感，所以該導納實際上就是電容與電阻。為了準確地進行物位測量，還需要適當的頻率范圍為15～400kHz的射頻(RF)信號。人們常把這種測量物位的技術稱為射頻導納。
了解射頻導納的概念后，對于射頻導納料位開關的原理也就比較容易理解了。射頻導納料位開關是通過探頭感知其與儲罐體間電抗（容抗和阻抗）的變化實現物位測量和控制的。其內部電子單元，由探頭測量極與空載罐體間的電抗共同構成平衡電橋電路并產生一個穩定振蕩信號。當被測介質覆蓋探頭測量極時，會引起探頭測量極與罐體間的電抗變化，導致電橋電路不平衡而停止產生振蕩信號，后級電路檢測到這一變化從而輸出報警信號。該振蕩信號作為射頻信號施加在探頭測量極的同時，還經過1:1的電壓跟隨器后送往探頭的保護極，測量極與保護極的射頻信號具有等電位、同相位、同頻率又互相隔離。當探頭有掛料時，測量極與保護極之間因為沒有電勢差而形成電氣隔離確保保護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、射頻導納料位開關的正確選型
由于實際工況各不相同，所以，射頻導納料位開關的選型是否正確直接影響到期與現場工況的匹配度和測量的準確性。一般地，用戶在采購射頻導納料位開關時，需要注意以下幾個方面：
1．了解測量介質的屬性
根據介質的不同屬性，選擇合適的射頻導納料位開關：
1）射頻導納物位開關僅能用于介電常數≥1.6的物位測量，所以測量介質應具有一定的介電常數。
2）射頻導納物位開關為接觸性測量，故被測物料不能過大，以免射頻導納探頭被砸彎損壞，所以其不適合用于密度和顆粒較大介質的測量。
3）在測量非導電性介質時，應盡量選用帶有絕緣層的探頭，以防介質中混進腐蝕性物質，腐蝕測量探頭。對于絕緣式探頭，應考慮介質的溫度與壓力影響。但溫度與壓力有一個對應的曲線范圍，不在曲線范圍內工作則介質會破壞絕緣層，使介質通過絕緣層滲透到探桿處結晶，影響測量結果。另外，在直徑較大的非導電介質容器中，為提高測量的靈敏度和準確度，可選用帶輔助電極的探頭，或者將射頻導納料位開關盡量安裝在容器的邊緣。
4）如果物料的黏度較高時，物料在探桿與接地管參考電極之間的流動速度會受到限制，使得管中物位不能真正代表罐中的實際物位，此時在選用射頻導納料位開關時應慎重。
2．插入深度和保護極長度
射頻導納料位開關是點位接觸式測量，在安裝位置確定的情況下，需要根據罐體的情況選擇合適的插入深度及保護極長度。插入深度是儀表能否精準測量物位的關鍵，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。
應用現場如果是較為惡劣的工況，譬如在應用于類似電廠輸灰系統的灰斗時，為減少物料沖擊造成的探頭損壞，在選型時，應選擇購買加裝有不銹鋼保護套管的射頻導納料位開關。這種儀表的保護極長度一般須深入料倉內部50mm以上。計為Cape-11P防護型射頻導納料位開關的保護極長度一般為300mm和590mm兩種，在客戶工況有特殊要求時，也可根據用戶的需求進行定制。
3．過程溫度及壓力
不同的工況，對溫度的要求也不一樣，所以在選擇射頻導納料位開關時，根據現場溫度的具體要求進行選擇就顯得頗為必要。如果儀表的環境溫度較高，就應選擇與該溫度相適應的射頻導納料位開關。
1）受探頭材料限制，在溫度大于260℃時，應選用超高溫型射頻導納物位開關，計為超高溫型射頻導納料位開關，耐溫高達400℃，能夠在大部分工業環境中應用。
2）受探頭制造工藝的限制，探頭的耐壓一般在2MPa以內，所以，射頻導納料位開關一般在常壓或者微壓環境下應用。
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、管道等設備上的關鍵部件。在選擇過程連接時，一般應從現場需求來選擇和定制合適尺寸、厚度和材料的過程連接。
5．防護功能
在應用現場環境為粉塵或濕度較大的工況時，應選擇具有較高防護等級的射頻導納料位開關，以免因密封不佳使儀表的性能和使用壽命受到影響。計為射頻導納料位開關的防護等級為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“從射頻導納的概念和原理看其如何正確選型”的相關介紹，如欲了解更多物位開關（料位開關、液位開關）、物位計（料位計、液位計）等物位測量儀表方面的知識，歡迎關注微信公眾號：Jiweimeter。
（深圳計為自動化技術有限公司市場部2020年12月22日發布）
TAGS : 射頻導納料位開關
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