介質(zhì)的相對介電常數(shù)對導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的影響

2021-03-24

導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)是依據(jù)時(shí)域反射原理（TDR）為基礎(chǔ)的雷達(dá)液位計(jì)，采用高頻振蕩器作為電磁脈沖發(fā)生體

，發(fā)射電磁脈沖

，沿導(dǎo)波纜或?qū)РU向下傳播，當(dāng)遇到被測介質(zhì)表面時(shí)

，雷達(dá)液位計(jì)的部分電磁脈沖被反射回來

，形成回波。并沿相同路徑返回到脈沖發(fā)射裝置

，通過測量發(fā)射波與反射波的運(yùn)行時(shí)間

，經(jīng) t=2d/c 公式，計(jì)算得出液位高度

。

導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)

根據(jù)圖（a）所示

，導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)發(fā)射電磁脈沖時(shí)，在通過導(dǎo)波纜頂部的時(shí)候

，由于距發(fā)射端較近

，會產(chǎn)生一個(gè)虛假回波

，可通過濾除虛假回波

，來消除干擾

。電磁脈沖沿導(dǎo)波纜向下傳播時(shí)，當(dāng)信號到達(dá)被測介質(zhì)表面時(shí)

，回波一部分會被反射

，并在回波曲線上產(chǎn)生一個(gè)階躍性變化。另外一部分信號仍然會繼續(xù)向下傳播

，直到損耗在不斷發(fā)射中

。液位計(jì)通過檢測出液位回波和頂部發(fā)射回波之間的時(shí)間差，根據(jù)這個(gè)時(shí)間差

，經(jīng)過智能化信號處理器

，進(jìn)行計(jì)算就可以得到液位的高度。

從圖（b）可以看出

，在空罐的時(shí)候

，沒有液位就不會檢測到液位回波信號，但是頂部虛假回波同樣會存在

，電磁脈沖傳輸?shù)綄?dǎo)波纜的底部

，罐底會產(chǎn)生一個(gè)回波。假如罐體內(nèi)有兩種不相溶的介質(zhì)

，由于密度不同

，兩種介質(zhì)會分為上下兩層。如果且這兩種介質(zhì)的介電常數(shù)相差極大

，那么就可以通過回波信號的不同來判斷兩種介質(zhì)的界面

，進(jìn)而計(jì)算出兩種介質(zhì)的高度以及界面的高度。由于電磁脈沖是通過導(dǎo)波纜向下傳播

，信號衰減比較小

，因而可以測量低介電常數(shù)的介質(zhì)。一般情況下被測介質(zhì)的相對介電常數(shù)越大

，反射回來的脈沖信號就越強(qiáng)

。也就更容易區(qū)分出虛假回波。更容易得到真實(shí)液位

。比如水比甲醇更容易測量

。

介質(zhì)的相對介電常數(shù)是表征介質(zhì)極化的一個(gè)物理量，它是由介質(zhì)本身的屬性決定的

。因此

，介質(zhì)不同，相對介電常數(shù)也不同

。被測介質(zhì)的介電常數(shù)大小直接影響高頻脈沖信號的反射率

。當(dāng)電磁脈沖到達(dá)介質(zhì)表面時(shí)，電磁波會發(fā)生反射和折射。相對介電常數(shù)越大

，則反射的損耗越小

，相反相對介電常數(shù)越小，則發(fā)射的損耗越大

，信號衰減的越嚴(yán)重

。當(dāng)被測介質(zhì)的電導(dǎo)率大于10mS/cm，則會全部反射回來

，即回波信號越強(qiáng)

。由于過小的相對介電常數(shù)會導(dǎo)致信號極度衰減。因而每一種導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)都具有一項(xiàng)最小相對介電常數(shù)

，確保雷達(dá)液位計(jì)能夠正常使用

。不同公司的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不同，對最小相對介電常數(shù)的要求也不同

。

介質(zhì)的相對介電常數(shù)對導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的影響

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