簡介
射頻導(dǎo)納（電容）式物位儀表： 一種利用射頻電流（多在5khz~2Mhz間）測(cè)量儀表探頭與罐壁之間電容的儀表，它可以根據(jù)電容值間接的測(cè)量物位。
常見的射頻導(dǎo)納開關(guān)多采用振蕩電路法，隨著電容的變化，電路振蕩頻率發(fā)生變化，系統(tǒng)測(cè)量的直接變量是頻率。
影響電容測(cè)量的顯著因素有：
1. 介質(zhì)成分(決定介電常數(shù))
2. 溫度（影響介電常數(shù)）
3. 介質(zhì)電導(dǎo)率（影響振蕩電路的頻率，導(dǎo)致測(cè)量偏差）
物位儀表一覽
雷達(dá)：
輸出： 連續(xù)量或者開關(guān)量
介質(zhì)： 固體或液體
適用性： 非接觸式測(cè)量， 固體及液體，適用于大部分情況
不適用場(chǎng)合： 有浮沫的液體
振動(dòng)式音叉開關(guān)：
輸出： 開關(guān)量
介質(zhì)： 顆粒狀或者粉末狀固體， 液體
適用性： 對(duì)溫度變化，湍流，泡沫等干擾異常穩(wěn)定，適用于絕大部分情況。
不適用場(chǎng)合： 較大的顆粒狀固體，會(huì)掛料或者橋接。
振動(dòng)棒開關(guān)
輸出： 開關(guān)量
介質(zhì)： 固體粉末、顆粒狀固體，或者水中固體
適用性： 圓桿式探頭，容易加工成衛(wèi)生型產(chǎn)品。 對(duì)干擾不敏感，但是敏感度比音叉低一些，對(duì)非常輕的粉末介質(zhì)，容易形成“鼠洞”效果。
射頻導(dǎo)納（電容）式物位儀表：
輸出： 開關(guān)量或者連續(xù)量
介質(zhì)： 固體或者液體
適用性：絕大部分情況
不適用場(chǎng)合：
1. 連續(xù)量測(cè)量時(shí)，介質(zhì)更換或者成分變化較大的情況。此時(shí)需要重新校準(zhǔn)。
2. 雙桿式探頭：一些固體比如石灰粉等會(huì)導(dǎo)致中間掛料橋接，影響測(cè)量。
探頭要通電，因此在特定防爆場(chǎng)合時(shí)，需要本安認(rèn)證，這個(gè)比較麻煩。
輸出： 連續(xù)量或者開關(guān)
介質(zhì)： 固體、液體
適用性：非接觸測(cè)量，因而可用于腐蝕性介質(zhì)，但受氣壓和煙霧影響較大，不能用于一些關(guān)鍵場(chǎng)合。
導(dǎo)波雷達(dá)：
輸出： 連續(xù)量或者開關(guān)
適用性： 反射性不好的介質(zhì)。
差壓式液位計(jì)：
輸出： 連續(xù)量
介質(zhì)： 液體、泥漿等
適用性： 對(duì)泡沫以及介質(zhì)本身的成分變化不敏感。
射頻導(dǎo)納物位儀表的位置
在物位儀表中，射頻導(dǎo)納物位儀表扮演一種“全能選手“的角色。
1. 是一種接近萬能型的物位儀表，
a) 適用的介質(zhì)種類極多
b) 輸出方式靈活（連續(xù)，開關(guān)）
c) 適用于高溫、腐蝕等嚴(yán)苛環(huán)境
d) 安裝方便，沒有運(yùn)動(dòng)部件，無磨損。
2. 精確測(cè)量上受環(huán)境影響大一些
射頻導(dǎo)納連續(xù)量輸出，受介質(zhì)溫度，介質(zhì)成分的變化影響比其他物位儀表要更大些。 因此精確度稍微遜色一些。
3. 單點(diǎn)射頻導(dǎo)納開關(guān)受介質(zhì)變化影響較小，因而適用性比連續(xù)量更廣。
沒有物料時(shí)，測(cè)量的電容值實(shí)際上由罐內(nèi)空氣決定，而空氣的介電常數(shù)異常穩(wěn)定，所以報(bào)警點(diǎn)可以很穩(wěn)定。 這是相對(duì)于其他開關(guān)類儀表的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
射頻導(dǎo)納開關(guān)的分類
按電路類型分：
l 數(shù)字型特點(diǎn)
i. 微處理器控制
ii. LED數(shù)碼管或者LCD液晶顯示
iii. 通信接口（比如modbus, profibus, hart）
iv. 按鍵設(shè)定報(bào)警點(diǎn)、靈敏度、延時(shí)等。
l 模擬型特點(diǎn)
i. 模擬電路控制（比較器、放大器等）
ii. 沒有顯示
iii. 4-20mA輸出
iv. 用電位器、旋轉(zhuǎn)開關(guān)等設(shè)定報(bào)警點(diǎn)、靈敏度、延時(shí)。
按照?qǐng)?bào)警點(diǎn)分：
1. 單點(diǎn)報(bào)警型
n 強(qiáng)調(diào)可靠性
2. 多點(diǎn)報(bào)警型
n 多功能、靈活方便
多點(diǎn)報(bào)警開關(guān)，實(shí)際上與連續(xù)量測(cè)量區(qū)別很小。
按照工作原理分：
射頻導(dǎo)納開關(guān)一般多采用振蕩電路法測(cè)量電容。電容值決定振蕩電路的頻率，這個(gè)頻率被檢測(cè)后與參考值比較，決定報(bào)警輸出。
1. 低頻振蕩電路測(cè)量法
a) 比如文氏振蕩電路、
b) 555定時(shí)器的弛張振蕩電路、
c) LC振蕩電路。
優(yōu)點(diǎn)是：探頭工作頻率低，因此屏蔽極上的屏蔽電壓容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是，靈敏度稍低。
常見的單點(diǎn)報(bào)警型射頻導(dǎo)納開關(guān)，多為這類。 比如本廠生產(chǎn)的單點(diǎn)報(bào)警開關(guān)LC6000,
工作頻率從幾十khz到200khz.
2. 高頻電路測(cè)量法
a) LC振蕩電路
優(yōu)點(diǎn)是：靈敏度高，工作頻率高，對(duì)掛料不敏感（掛料的影響與頻率有關(guān)，越高越小）。因此一些采用高頻電路測(cè)量法的儀表，沒有中間屏蔽極。比如能研的一些單點(diǎn)報(bào)警射頻導(dǎo)納開關(guān)。
3. 高頻振蕩電路+差頻法
a) 為了進(jìn)一步提高電路的溫度穩(wěn)定性和長期穩(wěn)定性，這類儀表中一般有2個(gè)相同并聯(lián)的振蕩電路。一個(gè)接探頭，一個(gè)只接參考電容。
b) 系統(tǒng)根據(jù)頻率差，而不僅僅探頭上的頻率來測(cè)量。
c) 溫漂同時(shí)對(duì)兩個(gè)振蕩電路造成影響，因此差頻法可以抵消誤差。
本產(chǎn)品的定位
1、數(shù)字式儀表（單片機(jī)微處理器控制、LED顯示實(shí)時(shí)電容值、按鍵輸入設(shè)定報(bào)警點(diǎn)）
2、多點(diǎn)報(bào)警
3、高頻振蕩電路+差頻法測(cè)量原理
4、隔離型設(shè)計(jì)（直流型24電源采用高耐壓的隔離變壓器）
這種設(shè)計(jì)帶來來如下好處：
1. 靈敏度高、溫漂小：高頻振蕩電路+差頻法帶來了更高的測(cè)量靈敏度及穩(wěn)定性（靈敏度可達(dá)0.1pf）, 0～50℃間溫漂在常見測(cè)量介質(zhì)（水、油等），典型測(cè)量長度1m的情況下，溫度穩(wěn)定性可以達(dá)到+-0.3pf.
2. 抗掛料：較高的工作頻率（800k-1Mhz左右），使得儀表對(duì)掛料不敏感。
3. 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定方便：數(shù)碼管顯示+按鍵設(shè)定大大方便了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定工作。按鍵操作方式與常見的數(shù)顯控制儀十分接近，不需要什么學(xué)習(xí)過程。
4. 遠(yuǎn)程設(shè)定：4點(diǎn)報(bào)警型同時(shí)提供了4-20mA輸出和modbus485輸出，此時(shí)可以在控制室直接設(shè)定報(bào)警點(diǎn)等參數(shù)，
5. 多功能性：集上下限報(bào)警于一體。效費(fèi)比高。
6. EMC: 電磁兼容性好。采用耐壓3000V隔離DC電源模塊及耐壓5000V的光耦(普通隔離模塊耐壓多為1500V，普通光耦耐壓2500V)使得系統(tǒng)抗外界電源干擾能力更強(qiáng)（共模傳導(dǎo)干擾、地電位波動(dòng)） 。
比較
1、和單點(diǎn)報(bào)警開關(guān)方案比較
精度：
一般單點(diǎn)報(bào)警開關(guān)沒有精度這個(gè)指標(biāo)，而是強(qiáng)調(diào)“不漏報(bào)”這個(gè)可靠性特點(diǎn)。
Solution 6600系列多點(diǎn)電容開關(guān)，目前測(cè)試了少量樣品的溫度漂移。
一個(gè)典型的物料檢測(cè)罐，假設(shè)無物料時(shí)，測(cè)量電容值為50pf， 到達(dá)高報(bào)警點(diǎn)電容值為150pf (對(duì)應(yīng)于普通射頻導(dǎo)納開關(guān)的中檔靈敏度) ， 量程共100pf. 此時(shí)在0~50℃溫度區(qū)間，溫度漂移為3.0pf，經(jīng)過補(bǔ)償修正后（差頻法），可以將漂移縮小到<0.3pf，僅考慮溫度影響的情況下，此時(shí)精度為+-0.3%,。 即使是對(duì)于粉灰、沙等介電常數(shù)很小的介質(zhì)（高靈敏度：量程大約為10-20pf）, 精度和穩(wěn)定性也足夠一般應(yīng)用。
功能性：
雙點(diǎn)報(bào)警開關(guān)也可以只用一個(gè)下限點(diǎn)時(shí)，替代單點(diǎn)報(bào)警開關(guān)。
另外集成度高，可以降低成本，并提高可靠性。
反之，為實(shí)現(xiàn)上下限報(bào)警，需要兩個(gè)單點(diǎn)開關(guān)。
可靠性和抗掛料：
單點(diǎn)報(bào)警開關(guān)依靠屏蔽電極克服掛料的影響。
Solution6600系列多點(diǎn)開關(guān)，主要依靠高頻來壓制掛料的影響，對(duì)一般介質(zhì)已經(jīng)夠用。
在導(dǎo)電性介質(zhì)掛料特別嚴(yán)重的情況，仍然推薦單點(diǎn)報(bào)警開關(guān)（用2個(gè)單點(diǎn)報(bào)警開關(guān)實(shí)現(xiàn)上下限報(bào)警）。
3. 和典型的連續(xù)量射頻電容物位計(jì)比較
一個(gè)典型同類產(chǎn)品: VegaCal62
在18℃～30℃溫度范圍內(nèi)測(cè)試結(jié)果：
測(cè)量范圍： 0～120pf（高靈敏度）, 0~300pf（中靈敏度）, 0～3000pf （低靈敏度）
溫度穩(wěn)定性：<1pf(測(cè)量范圍<120pf時(shí))
0.25%×測(cè)量值
環(huán)境空氣溫度：-40-80℃(無表頭) -20～70℃（有表頭）
過程壓力： -0.1～6.4Mpa
過程溫度： 由探頭決定（陶瓷的可達(dá)400℃）
認(rèn)證情況：本安防爆認(rèn)證EExia IICT6, EMC有CE認(rèn)證。
Solution6600的測(cè)量范圍為0~2500pf, 分辨率0.1pf, 量程范圍為100pf時(shí)，溫度漂移（0～50℃）+-0.3pf,
從上面數(shù)據(jù)看出，測(cè)量范圍和溫度穩(wěn)定性在同一級(jí)別。 目前的主要不足是，沒有大量充分的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也沒有足夠的認(rèn)證。
其他類似的產(chǎn)品還有
Simens CLS 200,300系列（探頭是IS本安的，有ATEX II 1/2G EEx d[ia] IICT6to T4等防爆證）
SOR 660 多點(diǎn)報(bào)警開關(guān)（可重復(fù)性0.5%, 沒有溫度穩(wěn)定性指標(biāo)， 量程0~2000pf），
鼎湖cts-dfd 4點(diǎn)報(bào)警開關(guān)（量程0~5000pf, 沒有精度、溫度穩(wěn)定性等指標(biāo)）