物位測量技(ji)術發展

　　物位(wèi)測量技術經(jing)曆了結構上(shang)從機械式儀(yi)表向電子式(shi)儀👅表☂️發🔆展，以(yǐ)及工作方式(shì)上由接觸式(shi)向非接觸式(shì)發展的過程(chéng)。

　　上圖中，前4種(zhong)測量技術都(dōu)屬于接觸式(shi)測量方法，第(di)5種輻射法👌爲(wei)非接觸測量(liang)方法。其中，直(zhí)視法是指眼(yǎn)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(lì)來測量的方(fāng)法；壓力法是(shì)由被測介質(zhi)⛷️施加在測量(liàng)探頭而産生(sheng)壓力進行測(cè)量的方法；電(diàn)🏃🏻特性法是利(li)用被測介質(zhi)的電特性進(jìn)行測量的方(fāng)🈲法；輻射法♉采(cai)用電🙇🏻磁頻譜(pu)🌂原理技術🈲。

　　前(qián)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(qi)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(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(gèng)🌈加嚴重。在🐉工(gong)業生産中，對(dui)物位儀表zui基(jī)本的要求🈲是(shì)高精度和高(gao)可靠性，這☂️就(jiu)需要有應用(yòng)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(shí)間或傳播時(shi)間ToF ( time of flight )測量原理(lǐ)，又⭐稱回波測(ce)距原理。它是(shi)利用能量波(bō)在空間中♌的(de)傳播時間來(lai)進行度量的(de)一種方法。能(neng)量波在信号(hào)源與被測對(duì)象㊙️之間傳遞(dì)，能量波到達(da)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(tōng)常爲K波段或(huò)C波段的微波(bo))和激光(通常(cháng)爲紅外波段(duan)的❤️激光)，相應(yīng)🏃🏻的物位計稱(chēng)爲超聲波物(wù)位計、微波物(wù)位計和激光(guang)物位計。

　　 雷達(dá)物位計分類(lèi)

　　盡管輻射法(fǎ)物位計都是(shi)采用ToF測量原(yuán)理，但所采用(yòng)的能量波不(bu)🚩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(he)微波物㊙️位計(ji)爲例，它們都(dōu)采用🌈ToF測量原(yuán)理，都需要一(yi)個信号發生(shēng)器和一個回(hui)波信号接收(shōu)器，但兩種能(neng)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(jiao)大的差别。

　　超(chāo)聲波物位計(jì)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(diàn)磁波。在物位(wèi)檢測中，微波(bō)使用的頻段(duàn)規定在4～30GHz之間(jian)，典型波段爲(wei)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(bo)段微波;26GHz的頻(pín)率屬于K波段(duan)微波。

　　聲波是(shi)機械波，頻率(lü)範圍爲20Hz～20kHz ，因此(ci)，當聲波的振(zhèn)動頻率高于(yú)20kHz或㊙️低于20kHz時，我(wo)們便聽不見(jian)了。我們把頻(pín)率高于20kHz 的👄聲(shēng)波稱爲“超聲(sheng)波”。

　　電磁波與(yu)聲波産生的(de)原理是不同(tóng)的，聲波是靠(kao)物質的💘振動(dong)産生的，在真(zhen)空中不能傳(chuan)播;而電磁波(bo)是靠電子的(de)振蕩産生✊的(de)，其本身就是(shi)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(guo)不🏃🏻‍♂️同的介質(zhì)時都會發生(sheng)折射、反射、繞(rào)射和🛀🏻散射及(jí)吸收等現象(xiang)，物位計正是(shì)應用這種特(tè)性來測量距(ju)離的。

　　超聲波(bo)物位計由聲(shēng)納技術衍化(hua)而來，其安裝(zhuang)方式有頂部(bu)安裝和底部(bu)安裝兩種。早(zao)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(shēng)波從底部傳(chuán)入，經被測🚶‍♀️液(ye)體傳播到液(ye)面，反射後傳(chuán)回探頭。超聲(shēng)波傳播時間(jiān)與液位的高(gāo)低成🚩正比。由(yóu)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(cheng)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(zhōng)往往也有困(kùn)難。因此，在實(shí)👈際工業過程(chéng)中，利⛹🏻‍♀️用空氣(qì)作爲導聲介(jiè)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(wu)位計的微波(bō)信号是在不(bu)同介電常數(shu)的分界面上(shàng)反射的。微波(bo)以光速傳播(bō)，速度幾乎✂️不(bú)受介質特性(xing)的影響，傳播(bō)衰減也很小(xiǎo)，約0.2dB/km 。回波信号(hào)強弱很大程(chéng)‼️度上取決于(yu)被測液面上(shang)的反射情況(kuang)。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(zhuàng)外，主要取決(jué)于物料🌐的相(xiàng)對介電常數(shù)εr。相對介電常(chang)數高，反射率(lǜ)也高，得到的(de)回波💃🏻強度高(gāo);相對介電常(cháng)數低，物料會(huì)吸收部分微(wēi)波能量，回波(bō)強度較低。

　　　近(jin)年來，微電子(zi)技術的滲入(rù)大大促進了(le)新型物位測(ce)量技術的發(fā)展，新的測量(liang)技術促使物(wu)位測量儀表(biǎo)産🌈品結構産(chǎn)生了很大變(bian)化。電池供電(dian)及無線雷達(dá)式物位儀表(biǎo)也開始在市(shì)場上出現。所(suǒ)有這些技術(shù)上取得的進(jin)步以及不斷(duan)下🎯降的價格(gé)正推動着雷(léi)達式物位儀(yí)表的不斷增(zēng)長。