物位測量技(ji)術發展

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

　　上圖中，前4種(zhong)測量技術都(dou)屬于接觸式(shi)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(jie)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(shi)由被測介質(zhì)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(jin)行測量的方(fang)法；輻射法采(cǎi)用電磁頻譜(pu)⛱️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(qi)來看，物料粘(zhān)附物及沉積(ji)物會對這些(xiē)機械部件産(chan)生附着，當物(wù)料爲腐蝕性(xìng)或易産生水(shui)鏽的介質時(shi)，對儀🔞器精度(du)的影響将更(gèng)🈲加嚴重。在工(gōng)業生産中，對(duì)物位儀表zui基(jī)本的要求是(shì)高精度和🏃🏻高(gao)可靠性，這就(jiù)需要有應用(yòng)範圍更大、精(jing)度更高的🈲技(ji)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(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(neng)量波在信号(hao)源與被測對(duì)象之間傳遞(dì)，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(ju)。

　　ToF 測量技術可(kě)以利用的能(néng)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(bō))和激光(通常(chang)爲紅外波🆚段(duàn)的🤩激光)，相應(yīng)的物位計稱(cheng)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(fa)物位計都是(shi)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(jí)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(hé)微波物位計(ji)爲💁例，它們都(dōu)采用ToF測量原(yuán)💰理，都需要一(yī)個信号發生(sheng)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(lǐ)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(duàn)從3kHz～3000GHz ，微波是指(zhǐ)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(jiān)，典型波段爲(wei)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(bo)段微波;26GHz的頻(pín)率屬于K波段(duan)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(wǒ)們便聽不見(jiàn)了。我們把頻(pín)率高于20kHz 的聲(shēng)波稱爲“超聲(sheng)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(dòng)産生的，在真(zhen)空中不能傳(chuán)播;而電磁波(bo)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(kōng)中傳播👅。這兩(liang)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(ji)吸收等現象(xiang)，物位計正是(shì)應用這種特(tè)性來測量距(jù)離的。

　　超聲波(bō)物位計由聲(shēng)納技術衍化(huà)而來，其安裝(zhuang)方式有頂部(bù)安裝㊙️和底部(bu)安裝兩種。早(zao)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(sheng)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(sheng)波傳播時間(jiān)與液位的高(gāo)低成正比。由(you)于超聲波在(zai)各種被測介(jiè)質中😄傳播的(de)聲速📐不同，所(suǒ)以很🍉難👨‍❤️‍👨做成(chéng)通用産品♉;且(qiě)料罐底部(尤(you)其是液體料(liao)罐的底部⭕)安(ān)裝探頭的方(fang)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(jie)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(bō)信号是😘在不(bú)同介電☎️常數(shù)的分界面上(shàng)反射的。微波(bō)以光速傳播(bo)，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(hao)強弱很大程(cheng)🈚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(lü)除了取決于(yu)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(chang)數低，物料會(hui)吸收部分微(wēi)波能量，回波(bō)強度較低。

　　　近(jìn)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(chan)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(shi)場上出現。所(suo)有這些技術(shu)上取得的進(jin)步以🏃‍♂️及不斷(duàn)下降的價格(gé)正推動着🈚雷(léi)達式物位儀(yi)表的不斷增(zeng)長。