物位(wei)測量技術發展

　　物(wù)位測量技術經曆(lì)了結構上從機械(xiè)式儀表向電子式(shì)儀表🚩發展，以及工(gōng)作方式上由接觸(chù)式向非接觸式發(fā)展的過程。

　　上圖中(zhōng)，前4種測量技術都(dou)屬于接觸式測量(liang)方法，第5種輻射法(fa)🤩爲非接觸測量方(fāng)法。其中，直視法是(shì)指眼睛可🏒以直接(jiē)觀測到介質容量(liang)變化的一種方法(fa)；測力法是指通過(guo)被測介質對指示(shì)器或傳感器等目(mu)标施加外力來測(cè)量的方法；壓㊙️力法(fǎ)是由被測介質施(shi)加在測量探頭而(er)産生壓力進行測(cè)量的方法；電特性(xìng)法是利用被測介(jiè)質的電特性進行(háng)測量的方法；輻射(shè)法采用電磁頻譜(pǔ)原理技術。

　　前4種方(fang)法需要測量儀器(qi)的全部或一部分(fen)部件與被測🈲介質(zhi)(固✊體或液體物料(liao))相接觸才能達到(dao)測量的目的。從長(zhang)期來看，物料🥰粘附(fù)物及沉積物會對(duì)這些機械部件産(chǎn)生附着，當物料爲(wèi)腐蝕性或易産生(shēng)水鏽的介質時，對(duì)儀器精度的影響(xiang)将更加嚴重。在🏃🏻工(gong)業生産中，對物位(wei)儀表zui基本的要求(qiú)是高精度和🤟高可(ke)靠性，這就需要有(you)應用範⭐圍更大、精(jīng)度更高的技術出(chū)現🐉。

　　TOF測量原理

　　近幾(jǐ)年來，發展較快的(de)是行程時間或傳(chuan)播時間ToF ( time of flight )測🌈量原👉理(li)，又稱回波測距原(yuán)理。它是利用能量(liàng)波在空🏃間中的傳(chuan)播時間來進行度(dù)量的一種方法。能(néng)量波在信号源與(yu)被測對象之間傳(chuan)遞，能量🥰波到達被(bèi)測對象後被反射(shè)并返回到探頭上(shàng)被接收，屬于非接(jiē)‼️觸測距。

　　ToF 測量技術(shù)可以利用的能量(liang)波有機械波(聲或(huo)超聲波)、電磁波(通(tong)常爲K波段或C波段(duan)的微波)和激光(通(tong)常🔅爲紅外波段的(de)激光)，相應的物位(wei)計稱爲超聲波物(wu)位計、微波物位計(ji)和激光物位計。

　　 雷(léi)達物位計分類

　　盡(jin)管輻射法物位計(jì)都是采用ToF測量原(yuán)理，但所采用的能(néng)量波不同時，信号(hao)的反射機理及在(zài)信号處理🚶等方📐面(mian)都有很大的不同(tóng)♈。以現在常用的超(chāo)聲波和微波物🏃🏻‍♂️位(wei)計爲例，它們🛀🏻都采(cai)用ToF測量原理，都需(xū)要一個信号發生(shēng)器和一個回波信(xin)号接收器，但兩種(zhǒng)能量波在性質、頻(pín)率範圍、反射方法(fa)以及對于包含距(jù)離信号的反射波(bō)的處理上都有比(bi)較大的差别。

　　超聲(sheng)波物位計與微波(bō)物位計的對比

　　電(dian)磁波的波段從3kHz～3000GHz ，微(wei)波是指頻率爲300MHz～300GHz的(de)電磁波。在物位檢(jian)測中，微波使用的(de)頻段規定在4～30GHz之間(jiān)，典型波段爲6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的👅頻(pín)率屬于C波段微波(bō)📱;10GHz的頻率屬于X波段(duan)微波;26GHz的頻率屬于(yu)K波段微波。

　　聲波是(shì)機械波，頻率範圍(wei)爲20Hz～20kHz ，因此，當聲波的(de)振動頻率高于20kHz或(huo)低于20kHz時，我們便聽(tīng)不見了。我們把頻(pin)率高于20kHz 的聲波🈲稱(cheng)爲㊙️“超聲波”。

　　電磁波(bo)與聲波産生的原(yuan)理是不同的，聲波(bo)是靠物質的振🏃🏻‍♂️動(dòng)🏃🏻産生的，在真空中(zhōng)不能傳播;而電磁(ci)波是靠電子的振(zhèn)蕩産生的，其本身(shen)就是一種物質，傳(chuan)播不需要🙇‍♀️介質，能(néng)在真空中傳播。這(zhe)兩種波在通過不(bú)同的介質時都會(hui)發生折射、反❓射、繞(rao)射和🙇🏻散射及吸收(shōu)等現象，物位計正(zhèng)是應🔆用這種特性(xing)🛀來測量距離☀️的。

　　超(chāo)聲波物位計由聲(shēng)納技術衍化而來(lai)，其安裝方式有頂(dǐng)部安裝和底部安(ān)裝兩種。早期的超(chāo)聲物位計采用的(de)也是液體導聲，超(chao)📞聲探頭安裝在料(liao)罐底部外，超聲波(bō)從底部傳入🔞，經被(bei)測🙇‍♀️液體傳播到液(yè)面，反射後傳回探(tan)頭。超聲👅波傳播時(shi)間與液位的高低(di)成🔴正比。由于超聲(sheng)波在各種被測介(jiè)質中傳播的聲速(su)不同，所以很難做(zuò)成通用産品;且料(liao)罐底部(尤其是液(ye)體料罐的底部♻️)安(ān)裝探頭的方法在(zai)實用中往往也有(yǒu)困難。因此，在實際(jì)工業過程中，利用(yong)💔空氣作爲導聲介(jie)質的頂部安裝應(yīng)用越🍓來越廣泛。

　　與(yu)超聲波物位計相(xiàng)比，雷達物位計的(de)微波信号是在不(bú)🤟同介電常數的分(fen)界面上反射的。微(wēi)波以光速傳播，速(su)度幾乎不受介質(zhi)特性的影響，傳播(bō)衰減也🔱很小，約0.2dB/km 。回(hui)波信号強弱很大(dà)程度上取決于被(bèi)測液🏃‍♂️面上的反射(shè)情況。在被測液面(miàn)上的反射率除了(le)取決于被測物料(liao)的面積和形狀外(wài)，主要取決于物料(liào)的相對介電常數(shu)εr。相對介電常數高(gao)，反射率也高，得到(dào)的回波強度高;相(xiàng)對介電常數低，物(wu)料會吸收部分微(wei)波能量，回波強度(du)較低。

　　　近年來，微電(dian)子技術的滲入大(dà)大促進了新型物(wù)位測量技👨‍❤️‍👨術的發(fā)展，新的測量技術(shu)促使物位測量儀(yi)表産品結構産生(sheng)了很大⛱️變化。電池(chí)供電及無線雷達(dá)式物位儀表也開(kāi)始✌️在市場♉上出現(xiàn)。所有這些技術上(shang)取得的進步以及(jí)不斷下降的價格(gé)正推動着雷達式(shi)物位儀表的不斷(duàn)增長。