物位測量技(ji)術發展

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

　　上圖中，前4種(zhǒng)測量技術都(dou)屬于接觸式(shì)測量方法，第(dì)5種輻射法爲(wèi)非接觸測量(liàng)方法。其中，直(zhi)視法是指眼(yan)睛可⭐以直🤟接(jiē)觀測到㊙️介質(zhì)容量變化的(de)一種方法；測(cè)力法是指通(tong)過❗被測介質(zhì)對指示器或(huo)傳感器等目(mu)标施加外力(lì)來測量的方(fang)法；壓力法是(shi)由被測介質(zhì)施加在測量(liang)探頭而産生(sheng)壓力進行測(ce)量的方法；電(diàn)特性法是利(li)❗用被測介質(zhì)的電特性進(jin)行測量的方(fāng)法；輻射法采(cai)用電磁頻譜(pǔ)原理技術✉️。

　　前(qian)4種方法需要(yào)測量儀器的(de)全部或一部(bu)分部件與被(bèi)測介🔴質🚶(固體(ti)或液體物料(liào))相接觸才能(néng)達到測量的(de)目✍️的。從長期(qī)來看，物料粘(zhan)附物及沉積(jī)物會對這些(xie)機械部件産(chǎn)生附着👈，當物(wu)料爲腐蝕性(xing)或易産生水(shuǐ)鏽的介質時(shi)，對儀器精度(dù)的影響将更(geng)加嚴重。在❄️工(gōng)業生産中，對(dui)物位儀表👈zui基(ji)本的要求♌是(shì)高精度和♉高(gāo)可靠性，這就(jiù)💃🏻需要有應用(yong)範圍更大、精(jing)度更高的技(jì)術出現。

　　TOF測量(liàng)原理

　　近幾年(nian)來，發展較快(kuài)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(shi)利用能量波(bo)在空間中✂️的(de)傳❓播時間來(lai)進行度量的(de)一種方法。能(néng)量波📐在信号(hào)源與被🐅測對(duì)象之間傳遞(di)，能量波到達(dá)被測對象後(hòu)被反射并返(fan)回到探頭上(shàng)被接收⛹🏻‍♀️，屬于(yú)非接觸測距(jù)。

　　ToF 測量技術可(ke)以利用的能(néng)量波有機械(xiè)波(聲或超聲(shēng)波)、電🤟磁波(通(tong)✔️常爲K波段或(huo)C波段的微波(bō))和激光(通常(chang)♊爲紅外波段(duàn)的激光🈲)，相應(yīng)🚶‍♀️的物位計稱(chēng)爲超聲波物(wu)位計、微🈚波物(wù)位計和激光(guāng)物位計。

　　 雷達(da)物位計分類(lei)

　　盡管輻射法(fa)物位計都是(shi)采用ToF測量原(yuán)理，但所采用(yòng)的能量波不(bú)🏃🏻同時，信号的(de)反射機理及(jí)在信号處理(li)💁等方面都有(you)很大的不同(tong)🔴。以現在常用(yong)的超聲波和(hé)微波物🔴位計(jì)爲例，它們都(dou)采用ToF測量原(yuan)理，都需要一(yi)個信号發生(shēng)器和一個回(huí)波信⛹🏻‍♀️号接收(shou)器，但兩種能(néng)量波在性質(zhì)、頻率範圍、反(fan)🐇射方法以及(jí)對于包含距(ju)⛹🏻‍♀️離信号的反(fan)射👅波的處理(li)上都有比較(jiao)大的差别。

　　超(chao)聲波物位計(ji)與微波物位(wèi)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(wei)檢測中，微波(bō)使用的頻段(duàn)規定在4～30GHz之間(jiān)，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(lǜ)範圍爲20Hz～20kHz ，因此(ci)，當聲波的振(zhèn)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(sheng)波稱爲“超聲(sheng)波”。

　　電磁波與(yǔ)聲波産生的(de)原理是不同(tóng)的，聲波是靠(kào)物📞質的振動(dòng)☂️産生的，在真(zhēn)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(jiè)質，能在真空(kong)中傳播。這兩(liǎng)種波在通過(guo)不😘同的介質(zhì)時都會發生(shēng)折射、反🙇🏻射、繞(rào)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(jù)離🌈的。

　　超聲波(bo)物位計由聲(sheng)納技術衍化(hua)而來，其安裝(zhuang)方式有頂部(bù)安裝和底部(bù)安裝兩種。早(zǎo)期的超聲物(wu)位計采用的(de)也是液✨體導(dǎo)聲，超聲探頭(tóu)安裝在料罐(guàn)底部外，超聲(sheng)波從底部傳(chuan)入，經被測液(yè)體傳播到液(yè)面，反射後傳(chuan)回探頭。超聲(shēng)波傳播時間(jian)與液位🥰的高(gao)低成✏️正比。由(yóu)于超聲波在(zài)各種被測介(jie)質中傳播的(de)聲速🤞不同，所(suo)以很難做成(chéng)通用産品;且(qiě)料罐底部(尤(yóu)⭕其是液體料(liao)罐的底部)安(an)裝探頭的方(fāng)法在實用中(zhong)往往也有困(kùn)難。因此，在實(shí)💋際工業過程(chéng)中，利用㊙️空氣(qi)作爲導聲介(jie)質的頂部安(an)裝應用越來(lái)越廣泛。

　　與超(chāo)聲波物位計(jì)相比，雷達物(wù)位計的微波(bo)信号是在不(bu)♌同介🏒電常數(shu)的分界面上(shang)反射的。微波(bo)以光速傳播(bō)，速度🈲幾乎不(bú)受介質特性(xìng)的影響，傳播(bō)衰減也很小(xiao)，約0.2dB/km 。回波信号(hào)強弱很大程(cheng)度上取決于(yu)被測液面上(shang)的反🤟射情況(kuàng)。在被測液面(mian)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(shù)εr。相對介電常(chang)數高，反射率(lü)也♻️高，得到的(de)回波強度高(gāo);相對介電常(cháng)數低，物料會(hui)吸收部分微(wei)波能量，回波(bo)強度較低。

　　　近(jìn)年來，微電子(zi)技術的滲入(ru)大大促進了(le)新型物位測(cè)量技術的發(fā)展，新的測量(liang)技術促使物(wù)位測量儀表(biao)産品結構産(chǎn)生了🔱很大👌變(biàn)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(jin)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(zeng)長。