物位測量技(ji)術發展

　　物位(wei)測量技術經(jing)曆了結構上(shàng)從機械式儀(yi)表向電子式(shi)儀表發展，以(yǐ)及工作方式(shi)上由接觸式(shi)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(dì)5種輻⭐射🍉法爲(wei)非接觸測量(liàng)方法。其中，直(zhi)視法是指眼(yan)睛可以直接(jie)觀測到🆚介質(zhì)容量變化的(de)一種方法；測(cè)🔞力法是指通(tōng)過被測介質(zhì)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(shi)由被測介質(zhi)施加在測量(liang)探頭而産生(shēng)壓力進行測(cè)量的方法；電(diàn)特性法是利(lì)用被測介質(zhì)的電特性進(jìn)行測量的方(fang)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(bù)分部件與被(bèi)測🚶介質(固體(ti)或液體物料(liào))相接觸才能(neng)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(chǎn)生附着，當物(wù)料爲腐蝕性(xing)或易産生水(shuǐ)鏽的介🔴質時(shí)，對儀器精度(dù)的☔影響将更(geng)加嚴重。在♍工(gōng)業生産中，對(duì)物位儀表zui基(ji)本的要求💯是(shi)高精度和高(gāo)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(liang)原理

　　近幾年(nian)來，發展較快(kuài)的是行程時(shí)間或傳播時(shí)間ToF ( time of flight )測🈲量原💃🏻理(li)🈲，又稱回波測(cè)距原理。它是(shì)利用能量波(bo)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(hào)源與被測對(dui)象之間傳遞(dì)，能量波到達(dá)被測對象後(hòu)被反射并返(fǎn)回到探頭上(shàng)被接收，屬于(yú)非接觸測距(jù)。

　　ToF 測量技術可(kě)以利用的能(néng)量波有機械(xiè)波(聲或超聲(shēng)波)、電磁波(通(tōng)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(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(fǎ)物位計都是(shì)采用ToF測量原(yuan)理，但所采用(yòng)的能量💋波不(bú)同時，信号的(de)反射機理及(ji)在信号處理(lǐ)等方面都有(yǒu)很大的不同(tong)。以現在常用(yong)的超聲波和(hé)微波物位計(ji)爲例，它們都(dōu)采用ToF測量原(yuan)理，都需要一(yi)個信号發生(sheng)器和一個回(huí)波信号接收(shōu)器🐇，但兩種能(néng)🌈量波在性質(zhì)、頻率範圍、反(fan)射方法以及(ji)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(chāo)聲波物位計(jì)與微波物位(wèi)計的對比

　　電(dian)磁波的波段(duàn)從3kHz～3000GHz ，微波是指(zhǐ)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(duan)規定在4～30GHz之間(jiān)，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(bō)段微波;26GHz的頻(pin)率屬🏒于K波段(duàn)🌈微波。

　　聲波是(shi)機械波，頻率(lǜ)範圍爲20Hz～20kHz ，因此(ci)，當聲波的振(zhen)動頻🧡率高💃🏻于(yú)20kHz或低于20kHz時，我(wo)們便聽不見(jiàn)了。我們把頻(pin)率高于20kHz 的聲(sheng)波稱爲“超聲(shēng)波”。

　　電磁波與(yu)聲波産生的(de)原理是不同(tong)的，聲波是靠(kào)物質的振動(dòng)産生的，在真(zhēn)空中不能傳(chuán)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(zhi)📞時都會發生(sheng)折射、反射、繞(rao)射和散射及(jí)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(bō)物位計由聲(sheng)納技術衍化(huà)而來，其安裝(zhuāng)方式❄️有頂部(bù)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(dǎo)🔴聲，超聲探頭(tóu)安裝在料罐(guan)底部外，超聲(shēng)💋波從底部傳(chuán)入，經被測液(ye)體傳播到液(yè)面，反射後傳(chuan)回探頭。超聲(sheng)👈波傳播時間(jiān)與液位的高(gao)低成㊙️正比。由(you)于超🙇‍♀️聲波在(zài)各種被測介(jiè)質中傳播的(de)聲速不同，所(suo)以很難做成(cheng)通用産品;且(qie)料罐底部(尤(you)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(shi)♉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(lai)越廣泛。

　　與超(chāo)聲波物位計(ji)相比，雷達物(wu)位計的微波(bō)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(bo)，速度幾乎👨‍❤️‍👨不(bu)受介質特性(xìng)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(shàng)的反🙇🏻射情況(kuang)。在被測液面(miàn)上的反射率(lǜ)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(cháng)⭕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(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(fa)展，新的測量(liàng)技術促使物(wu)位測量儀表(biǎo)産品結✂️構産(chǎn)生了很大變(biàn)化。電池供電(dian)及無線雷達(da)式物位儀表(biǎo)也開始在市(shi)場上出現。所(suo)有這些技術(shu)上取得🥰的進(jìn)步以及不斷(duàn)下降的價格(ge)正推動着🏃雷(lei)達式物位儀(yí)表的不斷♈增(zeng)長。