Диэлектрическая постоянная (относительная проницаемость, ε)r) среды определяет, какая часть радиолокационного сигнала отражается на антенну. Медиа с εr > 3.6 сильно отражаются и являются легкими мишенями;r углеводороды (обычно 1,4-4,0) отражают лишь небольшую часть сигнала и требуют РЛС управляемых волн или высокочастотный (80 ГГц) бесконтактный радар Поэтому для надежного измерения распространено утверждение о том, что «жидкости с низкой диэлектрической константой не могут быть измерены радаром», и это лишь частично верно.
Если вы не знакомы с диэлектрической постоянной, пожалуйста, посмотрите это видео, чтобы помочь вам понять основы.
https://www.youtube.com/watch?v=4hpLxJYEBHA&t
Что такое диэлектрическая постояннаяr)?
Диэлектрическая постоянная, точнее относительная разрешающая способность, описывает, как материал реагирует на приложенное электрическое поле: сколько заряда он хранит на единицу напряжения по сравнению с вакуумом. Для измерения уровня радара это имеет значение по одной причине - размер отражения на средней поверхности регулируется контрастность в разрешении Между воздухом и воздухом (или паром) над ним. Большой контраст производит сильное эхо; маленький контраст производит слабое.
Два конца практической шкалы:
- Высокая εr (полярный, проводящий): вода и водные растворы, кислоты и основания. εr для воды около 80 при комнатной температуре, поэтому поверхность ведет себя почти как радиолокационное зеркало.
- Низкий εr (неполярный): углеводороды, растворители и сжиженные газы. Бензол составляет около 2,3 и n-гексан около 1,9, поэтому большая часть импульса проходит в среду вместо возвращения.
Отраслевые группы медиа в три полосы, что является полезным ярлыком при чтении спецификации листа: неполярный εr < 2.8, слабо полярный (2.8 ≤ ε)r ≤ 3,6, и полярный εr > 3.6).
Диэлектрическая постоянная и рекомендуемый тип радара
Таблица ниже пар типичная εr значения с помощью радиолокационной технологии, которая надежно измеряет каждую среду. Значения относительная проницаемость при приблизительно 20 °C.
| Средний | εr (типичный) | Рекомендуемый метод измерения |
|---|---|---|
| Вода | ≈ 80 | Бесконтактный радар — сильное эхо, самый простой случай |
| Кислоты/каустические растворы (проводящие) | ≈ 40-80 | Неконтактный радар с коррозионно-совместимой антенной (PTFE/фланг) |
| Метанол, этанол, ацетон | ≈ 20–33 | Неконтактный радар, стандарт 80 ГГц |
| Алкоголь / растворители | ≈ 15-25 | Неконтактный радар; направляемая волна, где волнение или узкое сопло ограничивает луч |
| уксусная кислота | ≈ 6.2 | Неконтактный радар (рекомендуется 80 ГГц) |
| Масла, пищевые и перерабатывающие масла | ≈ 2-5 | 80 ГГц неконтактный радар, или управляемый радар, где имеется неподвижный колодец |
| Углеводороды/бензол/бензол | 1.8-2.3 | РЛС с управляемыми волнами (лучший сигнал), или 80 ГГц неконтактный радар |
| Сжиженный нефтяной газ, No4 растворитель | 1.4-1.8 | РЛС только с управляемыми волнами |
| Порошки и твердые вещества (пыль) | сильно различается | 80 ГГц неконтактный радар; управляемые волны, если наращивание на зонде может быть допустимо |
Общие жидкости и их относительная разрешающая способность
Для справочной работы более длинный список ниже охватывает растворители, которые генерируют большинство запросов по измерению уровня. Значения являются относительной проницаемостью при комнатной температуре.
| жидкий | εr |
|---|---|
| Вода H2О! | 78.5 |
| Формовая кислота (HCOOH) | 58.5 |
| N,N-диметилформамид (DMF) | 36.7 |
| Метанол (CH)3(Огайо) | 32.7 |
| Этанол (С)2H5(Огайо) | 24.5 |
| Ацетон (CH)3КОШ3) | 20.7 |
| гексанол | 13.3 |
| уксусная кислота | 6.15 |
| Бензол (С)6H6) | 2.28 |
| Тетрахлорид углерода (CCl)4) | 2.24 |
| n-Гексан (С)6H14) | 1.88 |
| No 4 растворитель | 1.78 |
Как εr Похожие: Guided-Wave Radar
Радиолокатор направляет низкоэнергетический импульс вниз по зонду (стальной кабель или стержень). На границе зонда/среды изменение диэлектрической постоянной отражает часть импульса назад; остальная часть продолжается вниз по зонду. Поскольку импульс направляется, а не излучается, эхо не зависит от плоской поверхности или широкого луча, поэтому управляемая волна справляется с турбулентностью, наклонными поверхностями и очень низким ε.r СМИ, которые бы победили бесконтактное подразделение.
Практические полосы для выбора управляемых волн:
- Нефтепродукты и углеводороды в нефтехимическом обслуживании: 1,4 ≤ εr ≤ 4.0
- Алкоголики, органические растворители и масляно-водные смеси: 4.0 ≤ εr ≤ 10,0
- Проводящие жидкости, такие как водные растворы, разбавленные кислоты и основания: εr > 10.0
Радар с управляемыми волнами также может измерять интерфейс газ/жидкость, газ/твердость или жидкость/жидкость, который является стандартным решением для обнаружения границы между нефтью и водой в сепараторах и отстойниках.
Как εr Поражает неконтактный радар
Неконтактный радар излучает антенну и полагается на отражение от поверхности изделия. Чем выше диэлектрическая постоянная, тем сильнее отражение — и, при прочих равных условиях, тем больший диапазон вы можете достичь. Чем дальше цель, тем больше сигнал теряется для распространения луча и ослабления, поэтому низкий εr Среда должна быть ближе к антенне для такой же надежности.
Современный радар с частотой 80 ГГц (миллиметровая волна) в значительной степени решает историческое ограничение: гораздо больший динамический диапазон сигнала и более узкое, более концентрированное лучевое среднее низкое значение εr могут быть измерены более стабильно, чем с более старыми инструментами 26 ГГц. Наш диапазон датчиков уровня радара 80 ГГц указан именно для этой задачи — например, датчик уровня радара KLD804 достигает точности ±2 мм с минимальной слепой зоной 0,05 м и явно предназначен для проведения измерений на средах с низкой диэлектрической постоянной, адгезии и конденсации.
Измерение низкого εr Средства массовой информацииr < 2.5: 80 ГГц против управляемых волн
Ниже примерно εr = 2,5, отражение достаточно слабое, чтобы выбор инструмента перестал быть предпочтением и стал ограничением. Два жизнеспособных варианта имеют разные границы:
| Положение | Выберите | Почему |
|---|---|---|
| εr 1.8-2.5, чистая жидкость, большое сопло, отсутствие накопления на зонде | 80 ГГц неконтактный радар | Динамический диапазон миллиметровых волн восстанавливает слабое эхо; ничто не связывается с продуктом. |
| εr 1.4-1.8, или имеется камера для успокаивающего колодца/обхода | РЛС управляемых волн | Пульс направляется вдоль зонда, поэтому потеря пути минимальна, а слабое отражение все еще можно обнаружить. |
| Турбулентная поверхность, пена или сильно наклоненный уровень жидкости | РЛС управляемых волн | Эхо не зависит от плоской горизонтальной поверхности. |
| Агрессивные средства массовой информации, гигиеническая служба или наращивание, которое может нарушить расследование | 80 ГГц неконтактный радар | Нет мокрого зонда для очистки или коррозии |
| Жидкий/жидкий интерфейс (нефть-вода) | РЛС управляемых волн | Решает отражение интерфейса, а не только верхнюю поверхность |
| Высокий силос с пыльными твердыми телами, очень большой диапазон | 80 ГГц неконтактный радар | Узкий луч и высокий динамический диапазон, не подверженный воздействию пыли и конденсации |
Если танк не имеет ни сопла, подходящего для бесконтактного радара с частотой 80 ГГц, ни неподвижной скважины для зонда, практичной альтернативой является полное изменение принципа измерения, а не принятие ненадежного показания радара - емкостный или гидростатический прибор может быть правильным инженерным ответом.
Измерение интерфейса: что такоеr Требования
Как управляемый волновой, так и бесконтактный радар может измерять интерфейс, следуя той части импульса, которая не отражается на верхней поверхности до нижней части продукта. Требования более строгие, чем для простого уровня:
- РЛС управляемых волн: Верхняя среда, как правило, должна быть толщиной не менее 10-20 см, чтобы можно было разрешить два эха; верхняя среда εr должно быть ниже примерно 3 и ниже примерно 20, с разницей более 10.
- Неконтактный радар: Диэлектрические константы обоих продуктов должны быть известны и стабильны, а разница между ними должна быть больше примерно 6.
- В обоих случаях измерение ухудшается, если верхний слой эмульгируется, если его толщина быстро меняется или если пена находится на любой границе.
Выбор правильного радара для вашей жидкости
Краткое резюме выбора: водные и водные решения являются простым делом — их обрабатывает стандартный бесконтактный радар. Растворители и легкие масла находятся в средней полосе и обычно требуют 80 ГГц. Углеводороды и сжиженные газы являются сложным делом и обычно требуют управляемой волны. Если ваш танк удален, а кабель является ограничением, а не средой, схема беспроводного радара меняет экономику установки. 433 M беспроводной радар, а для сравнения между двумя технологиями читать 80 ГГц радар против управляемых волн радараПолный каталог находится под радарные датчики уровня, с управляемыми волновыми моделями в выделенная категория.
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
В: Какую минимальную диэлектрическую постоянную может измерять неконтактный радар?
А: Производители обычно указывают минимум около εr 1.5-2 для бесконтактных радаров. Ниже, радар с управляемыми волнами является рекомендуемой технологией, потому что импульс направляется вдоль зонда, а не излучается по воздуху.
В: Какая диэлектрическая постоянная необходима для измерения интерфейса масло-вода?
А: РЛС управляемых волн обычно нуждается в верхней среде ниже около εr 3 и ниже примерно 20, с разницей более 10; бесконтактный радар требует разности более 6. Обе среды должны иметь известные стабильные диэлектрические константы.
В: Влияет ли пена на измерение уровня радара на жидкостях с низким Er?
А: Да. Пена добавляет второй, диффузный отражающий слой и ослабляет сигнал, прежде чем он достигнет реальной поверхности. На низком εr Средства массовой информации, запас уже тонкий, поэтому управляемый радар, эхо которого не зависит от плоской поверхности, обычно является более безопасным выбором.
В: Что такое диэлектрическая постоянная воды?
А: Вода имеет высокую относительную проницаемость около 80 при комнатной температуре, что дает очень сильное радиолокационное эхо и делает ее самой простой средой для измерения.
Список литературы
- Вега, Измерение уровня радара — технологические заметки о бесконтактных и управляемых волновых радарах.
- Endress+Hauser Измерение уровня радара - требования к диэлектрической постоянной и измерение интерфейса.
- Эмерсон, Измерительный прибор уровня - Руководство по применению.
- CRC Handbook of Chemistry and Physics — источник относительных значений проницаемости, приведенных выше.
- Кейси, KLD804 80 ГГц радарный датчик уровня лист данных.
