物位測量技(jì)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(shì)♉儀表發展，以(yi)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(dōu)屬于接觸式(shi)測量方法，第(dì)5種❤️輻射法爲(wèi)非接觸測量(liang)方法。其中，直(zhi)視法是指眼(yǎn)睛可以直接(jiē)觀測到🔱介質(zhì)容量變化的(de)一種方法；測(ce)👈力法是指通(tōng)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(cè)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(fang)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(bu)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(ji)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(shui)鏽的介質時(shí)，對儀器精度(du)的影響将更(gèng)加嚴重。在🐇工(gōng)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(yong)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(kuai)的是行程時(shí)間或傳播時(shi)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(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(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(ke)以利用的能(neng)量波有機械(xie)波(聲或超聲(shēng)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(duàn)的✌️激光)，相應(yīng)💁的物位計稱(cheng)爲超聲波物(wu)位計、微波物(wu)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(yuan)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(you)很🔞大的不同(tong)。以現在常用(yong)的超聲波和(he)微波物位計(ji)爲☀️例，它們都(dou)采用ToF測量原(yuan)理，都需要一(yī)個信号發生(sheng)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(fan)射波的處理(li)上都有比較(jiào)大的差别。

　　超(chāo)聲波物位計(ji)與微波物位(wei)計的對比

　　電(dian)磁波的波段(duan)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(duan)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(yú)🏃🏻‍♂️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(duan)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(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(shēng)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(dong)㊙️産生的，在真(zhen)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(jie)質，能在真空(kong)中傳播。這兩(liang)種波在通過(guò)不同的介質(zhì)時都會發生(shēng)折射、反射、繞(rao)射和🧑🏽‍🤝‍🧑🏻散射及(jí)吸收等現象(xiàng)，物位計正是(shì)應㊙️用這種特(tè)性來測量距(jù)離的。

　　超聲波(bo)物位計由聲(shēng)納技術衍化(hua)而來，其安裝(zhuāng)方式有頂🌐部(bù)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(dao)🈲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(ye)面，反射後傳(chuan)回👨‍❤️‍👨探頭。超聲(shēng)波傳播時間(jian)與液位的高(gāo)低成正比。由(you)于超聲波在(zài)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(qie)料罐底部(尤(you)其是液體料(liào)罐的底部)安(ān)裝探頭的方(fāng)法在實用中(zhōng)往往也有困(kun)難。因此，在實(shi)🧡際工業過程(cheng)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(chao)聲波物位計(ji)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(bo)以光速傳播(bō)，速度幾乎不(bú)受介質特性(xìng)的影響，傳播(bo)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(yú)被測液面上(shàng)的反射情況(kuàng)。在被測液面(mian)上的反射率(lǜ)除了取決于(yu)被測物料的(de)面積和形狀(zhuang)外，主要取決(jué)于物料的相(xiang)對介電常數(shu)εr。相對介電常(cháng)數高，反射率(lǜ)也高，得到的(de)回波強度高(gao);相對介🔴電常(cháng)數低，物料會(hui)吸收部🧡分微(wei)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(cè)量技術的發(fa)展，新的測量(liàng)技術促使物(wù)位測量儀表(biao)産品結構産(chan)生了很大變(bian)化。電池供電(diàn)及無線雷達(da)式物位儀表(biao)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(duan)下降的價格(ge)正推動着雷(léi)達式物位儀(yí)表的不斷增(zēng)長。