物位測量技(jì)術發展

　　物位(wei)測量技術經(jīng)曆了結構上(shàng)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(shì)向非接觸式(shì)發展的過💯程(chéng)。

　　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(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(ce)力法是指通(tōng)過被測介🛀🏻質(zhì)對指示器或(huò)傳感器等目(mu)标施加外力(li)來測量的方(fang)法；壓力法是(shì)由被測介質(zhì)♻️施加在測量(liàng)探頭而産生(shēng)壓力進行測(ce)量的方法；電(diàn)🥵特性法是利(li)用🔞被測介質(zhi)的電特性進(jin)行測量的方(fāng)法；輻射法采(cǎi)用電磁頻譜(pu)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(bei)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(qī)來看，物料粘(zhan)附物及沉積(jī)物會對這些(xie)機械部件産(chǎn)生附着，當物(wù)料爲腐蝕性(xìng)或易産生🌈水(shuǐ)鏽的介🔴質時(shí)，對儀器精度(dù)的☂️影響将更(gèng)加嚴重。在工(gong)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(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(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(shi)利用能量波(bō)在空間中的(de)傳播時間來(lái)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(dì)，能量波到達(dá)被測對象後(hou)被反射并返(fǎn)回到探頭上(shàng)被接收🔞，屬于(yu)非接🌈觸測距(jù)。

　　ToF 測量技術可(kě)以利用的能(néng)量波有機械(xie)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(chang)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(da)物位計分類(lèi)

　　盡管輻射法(fǎ)物位計都是(shì)采用ToF測量原(yuán)理，但所采用(yong)的能量波🥰不(bú)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(yī)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(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(wei)計的對比

　　電(diàn)磁波的波段(duan)從3kHz～3000GHz ，微波是指(zhi)頻率爲300MHz～300GHz的電(diàn)磁波。在物位(wei)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(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(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(pín)率高于20kHz 的聲(sheng)波稱爲“超聲(shēng)波”。

　　電磁波與(yǔ)聲波産生的(de)原理是不同(tóng)的，聲波是靠(kào)物💋質✍️的❌振🐅動(dong)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(shi)一種物質，傳(chuan)播不需要介(jie)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(rào)射和🈚散射及(ji)吸收等現象(xiàng)，物💋位計正是(shi)應用這種特(tè)性🐆來測量距(jù)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(bu)安裝兩種。早(zǎo)期的超聲物(wu)位計采用的(de)也是液體導(dǎo)聲，超聲探頭(tou)安裝在料罐(guàn)底部外，超聲(shēng)波從底部傳(chuan)入，經被測液(ye)體傳播到液(ye)面，反射後傳(chuán)回探頭。超聲(sheng)波傳播時間(jian)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(suǒ)以很難💘做成(cheng)通用産品🌈;且(qiě)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(zhong)往往也有困(kun)難。因此，在實(shi)☎️際工業過程(cheng)中，利🔞用空氣(qi)作爲導聲介(jiè)質的頂部安(ān)裝應用越來(lái)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(shu)的分界面上(shang)反射的。微波(bō)以光速傳播(bō)🐇，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(hao)強弱很大程(cheng)度上取決于(yu)被測液🈚面上(shang)的反‼️射情況(kuàng)。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(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(gāo);相對介電常(cháng)數低，物料會(hui)吸收部分微(wēi)波能量，回波(bo)強度較低。

　　　近(jin)年來，微電子(zǐ)技術的滲入(ru)大大促進了(le)新型物位測(cè)量技術🐪的㊙️發(fa)展，新的測量(liang)技術促使物(wù)位測量儀表(biǎo)産品結構産(chan)生了很大變(bian)化。電池供電(diàn)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(shu)上取得的進(jìn)步以💋及不斷(duàn)下降的價格(gé)正推動着👅雷(léi)達式物位儀(yí)表的不斷增(zeng)長。