物位測量技(jì)術發展

　　物位(wei)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(yǐ)及工作方式(shì)上由接觸式(shi)向非接觸式(shì)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(di)5種🈲輻射法爲(wèi)非接觸測量(liàng)方法。其中，直(zhí)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(zhì)對指示器或(huo)傳感器等目(mu)标施加外力(li)來測量的方(fang)法；壓力法是(shi)由被測介質(zhi)施加在測量(liang)探頭而産生(sheng)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(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(yào)測量儀器的(de)全部或一部(bù)分部件與被(bei)測介質(固體(tǐ)或液體物料(liao))相接觸才能(neng)達到測量的(de)目的。從長期(qi)來看，物料粘(zhan)附物及沉積(jī)物會對這些(xie)機械部件産(chan)生附着，當物(wu)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(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(yòng)範🐅圍更大、精(jīng)度更高的技(ji)術出現。

　　TOF測量(liàng)原理

　　近幾年(nián)來，發展較快(kuài)的是行程時(shi)間或傳播時(shi)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(hao)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(shang)被接收🈲，屬于(yu)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(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(ying)的物位計稱(chēng)爲超聲波物(wu)🙇🏻位計、微波物(wu)位計和激🔞光(guāng)物位計。

　　 雷達(da)物位計分類(lèi)

　　盡管輻射法(fa)物位計都是(shì)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(lǐ)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(jì)爲例，它們🥰都(dou)采用ToF測量原(yuan)⁉️理，都需要一(yi)個信号發生(shēng)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(ji)對于包含距(jù)離信号的反(fǎn)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(diàn)磁波的波段(duan)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(bō)使用的頻段(duan)規定在4～30GHz之間(jian)，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(pín)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(yu)🔞20kHz或低⭐于20kHz時，我(wǒ)們便聽不見(jiàn)了。我們把頻(pin)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(tóng)的，聲波是靠(kào)物質的振動(dòng)産生的，在真(zhen)空中不能傳(chuan)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(chuán)播不需要介(jie)質，能在真空(kōng)中傳播。這兩(liang)種波在通過(guò)不同的介質(zhì)🐆時都會發生(sheng)折射、反射、繞(rào)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(ju)離💰的。

　　超聲波(bo)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(zao)期的超聲物(wù)位計采用的(de)也是液體導(dao)聲，超聲探頭(tóu)安裝在料罐(guàn)底部☎️外，超聲(shēng)波從底部傳(chuan)入，經被測液(yè)體傳播到液(yè)面，反射後傳(chuan)回探頭。超聲(shēng)波傳播時間(jian)與液位的高(gao)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(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(shí)際工業過程(chéng)中，利用空氣(qi)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(jì)相比，雷達物(wù)位計的微波(bō)信号是在不(bu)同介電常數(shu)的分界面上(shàng)反射的。微波(bō)以光速傳播(bō)👄，速度幾乎不(bú)受㊙️介質特性(xing)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(cheng)度上取決于(yú)被測液面上(shàng)的反射情況(kuàng)。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(lü)也高，得到的(de)回波強度高(gāo);相對介電常(cháng)數低✂️，物料會(huì)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(fā)展，新的測量(liàng)技術促使物(wù)位測量儀表(biao)産品結構産(chǎn)生了很大變(bian)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(suǒ)有這些技術(shù)上取得🧡的進(jìn)步以及不斷(duan)下降的價格(gé)♈正推動着🏃‍♂️雷(lei)達式物位儀(yi)表的不斷增(zeng)長。