A constante dielétrica (permissão relativa, εr) do meio determina quanto do sinal do radar é refletido para a antena. Meios com εr > 3.6 refletem fortemente e são alvos fáceis; baixo-εr hidrocarbonetos (tipicamente 1,4–4,0) refletem apenas uma pequena fração do sinal e requerem Radar de ondas guiadas ou radar de alta frequência (80 GHz) sem contacto Para uma medição fiável, a alegação comum de que “os líquidos constantes dielétricos baixos não podem ser medidos por radar” é, portanto, apenas parcialmente verdadeira — o que muda é qual radar você especifica.
Se você não está familiarizado com a constante dielétrica, por favor, assista a este vídeo para ajudá-lo a entender o básico.
https://www.youtube.com/watch?v=4hpLxJYEBHA&t
O que é constante dielétrica (εr)?
Constante dielétrica, mais precisamente Permissão relativa, descreve como um material responde a um campo elétrico aplicado: quanta carga armazena por unidade de tensão em comparação com o vácuo. Para a medição do nível de radar, importa por uma razão — o tamanho da reflexão na superfície média é regido pelo contraste na permissividade entre o meio e o ar (ou vapor) acima dele. Um grande contraste produz um eco forte; um pequeno contraste produz um fraco.
As duas extremidades da escala prática:
- Alto εr (polar, condutor): água e soluções aquosas, ácidos e bases. εr para a água é de cerca de 80 à temperatura ambiente, assim a superfície comporta-se quase como um espelho de radar.
- Baixo εr (não-polar): hidrocarbonetos, solventes e gases liquefeitos. Benzeno é em torno de 2,3 e n-hexano em torno de 1,9, assim a maioria do pulso passa para o meio em vez de retornar.
Indústria agrupa mídia em três bandas, que é um atalho útil ao ler uma folha de especificação: não-polar (εr < 2. 8), fraco polar 2,8 ≤ εr ≤ 3,6) e polar (εr > 3.6).
Tipo de Radar Dielétrico Constante e Recomendado
A tabela abaixo pares típicos εr valores com a tecnologia de radar que mede cada meio de forma fiável. Os valores são de permissividade relativa a aproximadamente 20 °C.
| Médio | εr (típico) | Método de medição recomendado |
|---|---|---|
| Água | 80 | radar sem contato — eco forte, caso mais fácil |
| Ácidos/soluções cáusticas (condutor) | 40–80 | Radar sem contato com antena compatível com corrosão (PTFE/flange) |
| Metanol, etanol, acetona | □ 20–33 | radar sem contacto, padrão 80 GHz |
| Álcoois/solventes | 15–25 | radar sem contacto; onda guiada em que a agitação ou um bico estreito limita o feixe |
| Ácido acético | 6.2 | Radar sem contato (80 GHz recomendado) |
| Óleos comestíveis e óleos de transformação | □ 2–5 | 80 GHz radar sem contato, ou radar de ondas guiadas, onde um poço está disponível |
| Hidrocarbonetos/gasolina/benzeno | □ 1.8–2.3 | radar de ondas guiadas (melhor sinal) ou radar sem contacto de 80 GHz |
| Gás de petróleo liquefeito, n.o 4 solvente | □ 1,4–1,8 | Apenas radar de ondas guiadas |
| Pó e sólidos (poeira) | varia muito | 80 GHz radar sem contato; onda guiada se o acúmulo na sonda pode ser tolerado |
Líquidos comuns e sua permissão relativa
Para trabalhos de referência, a lista mais longa abaixo abrange os solventes que geram a maioria dos inquéritos de medição de nível. Os valores são de permissividade relativa à temperatura ambiente.
| Líquido | εr |
|---|---|
| Água ( H2O) | 78.5 |
| Ácido fórmico (HCOOH) | 58.5 |
| N,N-dimetilformamida (DMF) | 36.7 |
| Metanol (CH3OH) | 32.7 |
| Etanol (C)2H5OH) | 24.5 |
| Acetona (CH3COCH3) | 20.7 |
| n-Hexanol | 13.3 |
| Ácido acético | 6.15 |
| Benzeno (C6H6) | 2.28 |
| Tetracloreto de carbono (CCl)4) | 2.24 |
| n-Hexano (C6H14) | 1.88 |
| 4 solvente | 1.78 |
Como εr Afeta o radar de onda guiada
Radar de ondas guiadas envia um pulso de baixa energia para uma sonda (cabo de aço ou haste). Na sonda/limite médio, a mudança na constante dielétrica reflete parte do pulso de volta; o restante continua abaixo da sonda. Porque o pulso é guiado em vez de irradiado, o eco não depende de uma superfície plana ou de um feixe largo — é por isso que a onda guiada lida com turbulência, superfícies inclinadas, e muito baixo εr mídia que derrotaria uma unidade sem contato.
Bandas práticas para seleção de ondas guiadas:
- Petroleum products and hydrocarbons in petrochemical service: 1.4 ≤ εr ≤ 4,0
- Álcoois, solventes orgânicos e misturas óleo-água: 4.0 ≤ εr ≤ 10,0
- Líquidos condutores, tais como soluções aquosas, ácidos diluídos e bases: εr > 10.0
O radar de ondas guiadas também pode medir uma interface gás/líquido, gás/sólido ou líquido/líquido, que é a solução padrão para detecção de limites óleo-água em separadores e sumps.
Como εr Afeta o radar sem contato
O radar sem contato irradia de uma antena e depende da reflexão da superfície do produto. Quanto mais alta a constante dielétrica, mais forte a reflexão — e, sendo tudo o mais igual, mais longo o alcance que você pode alcançar. Quanto mais longe o alvo, mais sinal é perdido para propagação do feixe e atenuação, então um baixo-εr o meio tem que estar mais próximo da antena para a mesma confiabilidade.
O radar moderno de 80 GHz (onda milimétrica) resolve em grande parte a limitação histórica: uma faixa de sinal dinâmica muito maior e um feixe mais estreito, mais concentrado, média de baixo εr podem ser medidos de forma mais estável do que com instrumentos mais antigos de 26 GHz. Nossa gama de sensores de nível de radar de 80 GHz é especificada para exatamente este dever – por exemplo, o sensor de nível de radar KLD804 atinge ±2 mm de precisão com uma zona cega mínima de 0,05 m, e é explicitamente projetado para manter a medição em mídia constante dielétrica baixa, adesão e condensação.
Medição de Baixo-εr Meios (ε)r < 2. 5): 80 GHz vs Onda Guiada
Abaixo aproximadamente εr = 2,5, a reflexão é suficientemente fraca para que a escolha do instrumento deixe de ser uma preferência e se torne uma restrição. As duas opções viáveis têm limites diferentes:
| Situação | Escolher | Porquê? |
|---|---|---|
| εr 1.8–2.5, líquido limpo, bocal grande, sem acumulação em uma sonda | 80 GHz radar sem contacto | Alcance dinâmico de ondas milimétricas recupera o eco fraco; nada contacta o produto |
| εr 1.4–1.8, ou uma câmara de poço/bypass parada está disponível | Radar de ondas guiadas | O pulso é guiado ao longo da sonda, por isso a perda do caminho é mínima e a reflexão fraca ainda é detectável |
| Superfície turbulenta, espuma ou um nível de líquido fortemente inclinado | Radar de ondas guiadas | O eco não depende de uma superfície plana e horizontal |
| Meios de comunicação agressivos, serviço de higiene, ou acúmulo que prejudicaria uma sonda | 80 GHz radar sem contacto | Nenhuma sonda molhada para limpar ou corroer |
| Interface líquido/líquido (óleo–água) | Radar de ondas guiadas | Resolve a reflexão da interface, não apenas a superfície superior |
| Silo alto com sólidos empoeirados, muito longo | 80 GHz radar sem contacto | Viga estreita e alta faixa dinâmica, não afetada pela poeira e condensação |
Quando um tanque não tem um bocal adequado para 80 GHz radar sem contato nem um poço de calmante para uma sonda, a alternativa prática é mudar completamente o princípio de medição em vez de aceitar uma leitura de radar não confiável - um instrumento capacitivo ou hidrostática pode ser a resposta correta da engenharia.
Medição de interface: Que εr Requer
O radar guiado e sem contato pode medir uma interface seguindo a parte do pulso que não é refletida na superfície superior até o produto inferior. Os requisitos são mais rigorosos do que para o nível simples:
- Radar de ondas guiadas: o meio superior é normalmente necessário para ter pelo menos 10-20 cm de espessura para que os dois ecos possam ser resolvidos; o meio superior εr deve ser inferior a cerca de 3 e inferior a cerca de 20, com uma diferença superior a 10.
- Radar sem contacto: as constantes dielétricas de ambos os produtos devem ser conhecidas e estáveis, e a diferença entre elas deve ser maior que cerca de 6.
- Em ambos os casos, a medição degrada-se se a camada superior é emulsionada, se a sua espessura varia rapidamente, ou se a espuma se situa em qualquer dos limites.
Escolher o radar certo para o seu líquido
Um breve resumo de seleção: soluções aquosas e de água são o caso fácil — radar padrão sem contato cuida deles. Solventes e óleos leves sentam-se na banda média e geralmente querem 80 GHz. Hidrocarbonetos e gases liquefeitos são o caso difícil e geralmente querem onda guiada. Se o seu tanque é remoto e cabeamento é a restrição em vez do meio, um esquema de radar sem fio muda a economia de instalação — veja o nosso Solução técnica de radar sem fios 433 M, e para a comparação cabeça-a-cabeça entre as duas tecnologias lido radar 80 GHz vs radar de ondas guiadas. O catálogo completo encontra-se em baixo sensores de nível de radar, com modelos de ondas guiadas em categoria dedicada.
PERGUNTAS FREQUENTES
P: Qual é a constante dielétrica mínima que um radar sem contato pode medir?
R: Os fabricantes normalmente especificam um mínimo de cerca de εr 1.5-2 para radar sem contato. Abaixo disso, o radar de ondas guiadas é a tecnologia recomendada, porque o pulso é guiado ao longo de uma sonda em vez de irradiado através do ar.
Q: Que diferença constante dielétrica é necessária para a medição da interface óleo-água?
R: O radar de ondas guiadas normalmente precisa do meio superior abaixo de εr 3 e o inferior acima de 20, com uma diferença maior que 10; radar sem contato requer uma diferença maior que cerca de 6. Ambos os meios devem saber, constantes dielétricas estáveis.
P: A espuma afeta a medição do nível de radar em líquidos de baixo εr?
R: Sim. A espuma adiciona uma segunda camada de reflexão difusa e atenua o sinal antes de atingir a superfície real. Em baixo-εr mídia, a margem já é fina, então radar de ondas guiadas - cujo eco não depende de uma superfície plana - é normalmente a escolha mais segura.
P: Qual é a constante dielétrica da água?
R: A água tem uma elevada permissividade relativa de cerca de 80 à temperatura ambiente, o que dá um eco de radar muito forte e torna-o o meio comum mais fácil de medir.
Referências
- Vega, Medição do nível do radar — notas tecnológicas sobre radar sem contacto e com ondas guiadas.
- Endereço+Hauser, Medição do nível do radar — exigências dieléctricas constantes e medição da interface.
- Emerson, Instrumentos de medição de nível — orientação dos pedidos.
- CRC Manual de Química e Física — fonte dos valores relativos de permissividade tabulados acima.
- Kacise, Sensor de nível de radar KLD804 80 GHz Folha de dados.
