物位測量技(jì)術發展

　　物位(wei)測量技術經(jīng)曆了結構上(shàng)從機械式儀(yí)表向電🈲子式(shì)儀表💰發展，以(yi)及工作方式(shì)上由接觸式(shì)向非接觸式(shi)發展的過程(cheng)。

　　上圖中，前4種(zhǒng)測量技術都(dou)屬于接觸式(shi)測量方法，第(di)🌈5種㊙️輻射法爲(wèi)非接觸測量(liàng)方法。其中，直(zhí)視法是指眼(yan)睛可以直接(jie)觀🔴測到介質(zhi)容量變化的(de)一種方法；測(cè)力法是指通(tong)過被測介質(zhi)對指示器或(huo)傳感器等目(mù)标施加外力(li)來測量的方(fang)法；壓力法是(shì)由被測介質(zhi)施加在測量(liàng)探頭而産生(shēng)壓力進行測(ce)量的方法；電(dian)特性法是利(lì)用被測介質(zhi)的電🔆特性進(jìn)行測量的方(fāng)法；輻射法采(cǎi)用電磁頻譜(pǔ)原理技術✍️。

　　前(qian)4種方法需要(yao)測量儀器的(de)全部或一部(bù)分部件與被(bèi)測💋介質(固體(ti)或液體物料(liao))相接觸才能(néng)達到測量的(de)目的。從🐅長期(qī)來看，物料💃粘(zhān)附物及沉積(jī)物會對這🌏些(xiē)機械部件産(chan)生附着，當物(wù)料爲腐蝕性(xìng)或易産生水(shuǐ)鏽的介質時(shí)，對儀器精度(du)的影響将更(gèng)加嚴重。在🐪工(gong)業生産中，對(duì)物位儀表🌈zui基(jī)本的要求是(shi)高精度和高(gāo)可靠性，這就(jiu)需要有應用(yong)範⛹🏻‍♀️圍更大、精(jīng)度更🈚高的技(ji)術出現。

　　TOF測量(liang)原理

　　近幾年(nián)來，發展較快(kuai)的是行程時(shi)間或傳播時(shí)間ToF ( time of flight )測量原理(li)，又稱回波測(ce)距原理。它是(shì)利用能量波(bō)在空間中的(de)傳播時間來(lái)進行度量的(de)一種方法。能(neng)量波🐇在信号(hao)源與被測對(duì)象之間傳遞(dì)，能量波到達(dá)被測對象後(hou)被反射并返(fan)回到探頭上(shang)被接收，屬于(yú)非接📱觸測距(jù)。

　　ToF 測量技術可(kě)以利用的能(neng)量波有機械(xiè)波(聲或超聲(sheng)波)、電✉️磁波♉(通(tong)🚶‍♀️常爲K波段或(huò)C波段的微波(bō))和激光(通常(chang)爲紅外波段(duàn)的📞激光)，相應(ying)的物位計稱(cheng)爲超聲波物(wù)位計、微🤩波物(wù)位計和激🔱光(guang)物位計。

　　 雷達(da)物位計分類(lei)

　　盡管輻射法(fa)物位計都是(shì)采用ToF測量原(yuan)理，但所采用(yong)的能🚩量波📧不(bú)✨同時，信号的(de)反射機理及(ji)在信号處理(li)等方面都有(yǒu)很大的不同(tóng)。以現在常用(yòng)的超聲波和(hé)微波物位計(jì)爲例，它們都(dou)采用ToF測量原(yuán)理，都需要一(yī)個信号發生(shēng)器和一個回(hui)波信♍号接收(shōu)器💯，但兩種能(néng)量波在性質(zhi)、頻率範圍、反(fǎn)射方法以及(jí)對于包含距(jù)離信号的反(fǎn)射波的處理(lǐ)上都❗有比較(jiào)大的差别。

　　超(chao)聲波物位計(ji)與微波物位(wei)計的對比

　　電(diàn)磁波的波段(duàn)從3kHz～3000GHz ，微波是指(zhi)頻率爲300MHz～300GHz的電(dian)磁波。在物位(wèi)檢測🙇‍♀️中，微波(bo)使用的頻段(duàn)規定在4～30GHz之間(jian)，典型波段爲(wèi)6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的頻率屬于(yu)C波段微波;10GHz的(de)頻率屬于X波(bō)段微波;26GHz的頻(pín)率屬于K波段(duàn)微波。

　　聲波是(shì)機械波，頻率(lü)範圍爲20Hz～20kHz ，因此(cǐ)，當聲波的振(zhen)動頻率高于(yu)20kHz或低于20kHz時，我(wo)們便聽不見(jiàn)了。我們把頻(pín)率高于20kHz 的聲(shēng)波稱爲“超聲(sheng)波”。

　　電磁波與(yǔ)聲波産生的(de)原理是不同(tong)的，聲波是靠(kao)物質的振動(dòng)👉産生的，在真(zhen)空中不能傳(chuan)播;而電磁波(bō)是🔴靠電子的(de)振蕩産生的(de)，其本身就是(shì)一種物質，傳(chuan)播不需要介(jie)質，能在真空(kōng)中傳播。這兩(liǎng)種波在通過(guò)不同的介質(zhi)時都會發生(sheng)折射、反射、繞(rao)射和散射及(ji)吸🔴收等現象(xiang)，物㊙️位計正是(shì)應用這種特(te)性來測量距(ju)離👅的。

　　超聲波(bo)物位計由聲(shēng)納技術衍化(huà)而來，其安裝(zhuang)方式有頂部(bu)安💯裝✏️和底部(bù)安裝兩種。早(zǎo)期的超聲物(wù)位計采用的(de)也是液體導(dao)聲，超聲探頭(tou)安裝在料罐(guan)底部外，超聲(shēng)🚶波從底部傳(chuan)入✍️，經被測液(yè)體傳播到液(ye)面，反射後傳(chuan)回探頭。超聲(shēng)波傳播時間(jiān)與液位的高(gāo)低成正比。由(you)于超聲波在(zai)各種被測介(jie)質中傳播的(de)聲速不同，所(suǒ)以很難🐕做成(chéng)通用産品;且(qiě)料罐底部(尤(yóu)其是液體料(liào)罐的底部👈)安(ān)裝探頭的方(fāng)法♻️在實用中(zhong)往往也有困(kun)難。因此，在實(shí)際工業過程(cheng)中，利用空氣(qi)作爲導聲介(jiè)質🔆的頂部安(ān)裝應用越來(lái)越廣泛。

　　與超(chao)聲波物位計(jì)相比，雷達物(wu)位計的微波(bo)信号是在不(bú)同介😍電常數(shu)的分界面上(shang)反射的。微波(bō)以光速傳播(bō)🛀🏻，速度幾乎不(bu)受介質特性(xing)的影響，傳播(bō)衰減也💯很小(xiao)，約0.2dB/km 。回波信♌号(hao)強弱很大程(cheng)度上取💰決于(yú)被測液面上(shàng)的反射情況(kuàng)。在⭕被測液面(miàn)上的反射率(lü)除了取🔞決于(yú)被測物料的(de)面積和形狀(zhuang)外，主要取決(jue)于物料❤️的相(xiang)對介電常數(shu)εr。相對介電常(chang)數高，反射率(lǜ)也👅高，得到的(de)回波強度高(gao);相對介🌈電常(chang)數低，物料會(hui)吸收部分🐇微(wēi)波能量，回波(bō)強度較低。

　　　近(jìn)年來，微電子(zi)技術的滲入(rù)大大促進了(le)新型物位測(cè)量技術的發(fa)展，新的測量(liang)技術促使物(wù)位測量儀表(biǎo)産品結構産(chǎn)☔生了很大💁變(bian)化。電池供電(diàn)及無線雷達(dá)式物⚽位儀表(biao)也開始在市(shì)場🙇🏻上出現。所(suo)有這些技術(shù)上取得的進(jìn)步以及不斷(duàn)下降的價格(ge)正推動着雷(léi)達式物位儀(yi)表的不斷增(zēng)長。