物(wù)位測量技術發(fā)展

　　物位測量技(jì)術經曆了結構(gòu)上從機械式儀(yi)表向電子式儀(yí)❌表發展，以及工(gōng)作方式上由接(jie)觸式向非接觸(chu)式發展的過程(cheng)。

　　上圖中，前4種測(cè)量技術都屬于(yu)接觸式測量方(fāng)法，第5種輻射法(fa)😍爲非接觸測量(liàng)方法。其中，直視(shi)法是指眼睛可(kě)以直接觀📱測到(dào)介質容量變化(hua)的一種方法；測(cè)力法是指通過(guo)被測介質對指(zhi)示器或傳感器(qi)等目标施加外(wài)🌈力來測量☎️的方(fang)法；壓🐪力法是由(yóu)被測介質✏️施加(jiā)在測量探頭而(ér)産生壓力進行(háng)測量的方法；電(dian)特性法是利用(yòng)被測介質的電(diàn)特性進行測量(liàng)的方法；輻射法(fa)🙇🏻采用電磁頻譜(pǔ)原理技術。

　　前4種(zhong)方法需要測量(liang)儀器的全部或(huo)一部分部件與(yǔ)被測介質(固體(tǐ)或液體物料)相(xiàng)接觸才能達到(dao)測量的目的。從(cóng)長期♍來看，物料(liào)粘附物及沉積(jī)物會對這些機(jī)械部件産♈生附(fu)着，當物料爲腐(fu)蝕性或易産生(shēng)水鏽的介🏒質時(shi)，對儀器精度的(de)影響将更加嚴(yan)重。在工業生産(chǎn)中，對物位儀表(biao)zui基本的要求是(shì)高精度和高可(ke)靠性，這就需要(yào)有應用範圍更(gèng)大、精度更高的(de)技術出現。

　　TOF測量(liàng)原理

　　近幾年來(lái)，發展較快的是(shì)行程時間或傳(chuan)播時間ToF ( time of flight )測量♻️原(yuan)✊理，又稱回波測(ce)距原理。它是利(li)用能量波在空(kong)間中的傳播時(shí)間來進行度量(liàng)的一種方法。能(néng)量波🔅在信号源(yuán)與被測對象🤞之(zhī)間傳遞，能量💰波(bo)到達被測對象(xiàng)後被反射并返(fǎn)回到探頭上被(bèi)接收，屬于非接(jie)❓觸測距。

　　ToF 測量技(ji)術可以利用的(de)能量波有機械(xie)波(聲或超聲波(bo))、電磁波(通常爲(wei)K波段或C波段的(de)微波)和激光(通(tong)常📱爲紅外波🈲段(duan)的激光)，相應的(de)物位計稱爲超(chāo)聲波物⛹🏻‍♀️位計、微(wēi)波物位🌈計和激(ji)光物位計。

　　 雷達(da)物位計分類

　　盡(jin)管輻射法物位(wèi)計都是采用ToF測(cè)量原理，但所采(cai)用的🈲能量波不(bu)💁同時，信号的反(fan)射機理及在信(xìn)号處理等方面(miàn)都有很大的不(bu)同。以現在常用(yong)的超聲波和🧑🏾‍🤝‍🧑🏼微(wei)波物位計爲例(li)，它們都采用ToF測(ce)量原🤟理，都需要(yao)一🥰個信号發生(shēng)器和一個回波(bo)信号接收器，但(dan)兩種能量波在(zài)性質、頻率範圍(wéi)、反射方法以及(ji)對于包含距離(li)信号的反射波(bō)的處理上都有(yǒu)比較大的差别(bie)。

　　超聲波物位計(ji)與微波物位計(jì)的對比

　　電磁波(bo)的波段從3kHz～3000GHz ，微波(bo)是指頻率爲300MHz～300GHz的(de)電磁波。在物🔞位(wei)✏️檢🧑🏽‍🤝‍🧑🏻測中，微波使(shi)用的頻段規定(ding)在4～30GHz之間，典型波(bo)段爲6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的頻率屬(shu)于C波段微波;10GHz的(de)頻率屬于X波段(duan)微波;26GHz的頻率屬(shǔ)于K波段微波。

　　聲(sheng)波是機械波，頻(pin)率範圍爲20Hz～20kHz ，因此(ci)，當聲波的振動(dòng)頻㊙️率高于20kHz或低(dī)于20kHz時，我們便聽(ting)不見了。我們把(ba)頻率高于20kHz 的聲(shēng)波稱爲🔆“超聲波(bō)”。

　　電磁波與聲波(bō)産生的原理是(shi)不同的，聲波是(shì)靠物✂️質的振動(dong)産生的，在真空(kong)中不能傳播;而(ér)電磁波是💯靠電(dian)子的振蕩産生(shēng)的，其本身就是(shì)一種物質，傳播(bō)不需要💋介質，能(neng)⭕在真空中傳播(bo)。這兩種波在通(tong)過不同的介質(zhì)時都會發生折(shé)射、反射、繞射和(hé)散射及吸收等(deng)現象，物位計正(zhèng)是應用這種特(te)性㊙️來測量距離(li)⛹🏻‍♀️的。

　　超聲波物位(wèi)計由聲納技術(shu)衍化而來，其安(an)裝方式⭐有頂🌂部(bù)🏃🏻‍♂️安裝和底部安(ān)裝兩種。早期的(de)超聲物位計采(cǎi)用的也是液體(tǐ)導聲，超聲探頭(tou)安裝在料罐底(di)部外，超聲波從(cong)底部傳入，經被(bèi)測液體傳播到(dao)液面，反射後傳(chuán)回💃探頭。超聲波(bo)傳播時間與液(ye)位的高低成正(zhèng)比。由于超聲波(bo)在各種被測介(jiè)質中傳播的聲(sheng)速不同，所以很(hěn)難做成通用産(chan)品;且料罐底部(bu)(尤其是液體料(liao)罐的底部)安裝(zhuāng)探頭的方法在(zài)實用中往往也(yě)有困難。因此，在(zài)實🔆際工業過程(cheng)中，利用空氣作(zuo)爲導聲介質的(de)頂部安裝應用(yòng)越來越廣泛。

　　與(yu)超聲波物位計(ji)相比，雷達物位(wèi)計的微波信号(hao)是✔️在不✂️同介電(dian)常數的分界面(mian)上反射的。微波(bō)以光速傳播，速(su)度幾乎不受介(jie)質特性的影響(xiǎng)，傳播衰減也很(hěn)小，約0.2dB/km 。回波信✊号(hao)強弱很大程度(dù)上取決于被測(ce)液面上的反射(shè)情況。在⛹🏻‍♀️被測液(ye)面上的反射率(lü)除了取🏃‍♀️決于被(bèi)測物料的面積(ji)和形狀外，主要(yào)取決于物料🌈的(de)相對介電常數(shu)εr。相對介電常數(shu)高，反射率也高(gāo)，得到的回波強(qiang)度高;相對介電(diàn)常數低，物料會(hui)吸收部🛀🏻分微波(bō)能量，回波強度(du)較低。

　　　近年來，微(wēi)電子技術的滲(shen)入大大促進了(le)新型物位測量(liang)技👄術的🏃🏻發展，新(xīn)的測量技術促(cù)使物位測量儀(yí)表産品結🈚構産(chǎn)生了很大變化(huà)。電池供電及無(wu)線雷♋達式物位(wèi)儀表也開始在(zài)市場上出現。所(suǒ)有這些技術上(shang)取得🌂的進步以(yǐ)✔️及不斷下降的(de)價格😘正推動着(zhe)雷達式物位儀(yí)表的不斷增長(zhǎng)。