物(wù)位測量技術發(fā)展

　　物位測量技(jì)術經曆了結構(gòu)上從機械式儀(yí)表向電子式儀(yí)表☀️發展，以及工(gōng)作方式上由接(jiē)觸式向非接觸(chu)式發展的過程(chéng)。

　　上圖中，前4種測(cè)量技術都屬于(yú)接觸式測量方(fang)法，第5種輻射法(fǎ)爲非接觸測量(liàng)方法。其中，直視(shì)法是指眼睛可(kě)以直🥰接觀測到(dao)介質容量變化(hua)的一種方法；測(cè)力法是指通過(guo)被測介質對指(zhi)示器或傳感器(qi)等目标施加外(wài)力來測量的方(fang)法；壓力法是由(yóu)被測介質施加(jiā)在測量探頭而(ér)産生壓力進行(háng)測量的方法；電(dian)㊙️特性法是利🧡用(yong)被測介質的電(dian)特性進行測量(liàng)的方法；輻射法(fa)采用電✊磁頻譜(pǔ)原理技術🔞。

　　前4種(zhǒng)方法需要測量(liang)儀器的全部或(huò)一部分部件與(yu)被測♈介質(固體(tǐ)或液體物料)相(xiàng)接觸才能達到(dao)測量的目🤩的。從(cóng)長期來看，物料(liao)粘附物及沉積(jī)物會對這些機(ji)械部件産生附(fù)着，當物料爲腐(fu)蝕性或易産生(sheng)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻水鏽的介質時(shi)，對儀器精度的(de)影響将更加嚴(yán)重。在工業生産(chǎn)中，對物位儀表(biao)zui基本的要求是(shi)高精度和⛹🏻‍♀️高可(ke)靠性，這就需要(yao)有應用範圍更(geng)大、精度更高的(de)🔅技術出現。

　　TOF測量(liang)原理

　　近幾年來(lai)，發展較快的是(shi)行程時間或傳(chuan)播時間ToF ( time of flight )測量原(yuan)理，又⁉️稱回波測(ce)距原理。它是利(li)用能量波在空(kōng)間中的傳播時(shi)間來進行💜度量(liàng)的一種方法。能(neng)量波在信号源(yuan)與被測對象之(zhi)間傳遞，能量波(bō)到達被測對象(xiàng)後被反射并返(fan)回到探頭🌂上被(bèi)接收，屬于非接(jie)觸測距。

　　ToF 測量技(jì)術可以利用的(de)能量波有機械(xie)波(聲或超聲波(bō)⛹🏻‍♀️)、電磁💚波(通常爲(wei)K波段或C波段的(de)微波)和激光(通(tōng)常🐅爲紅外波段(duan)的激光👌)，相應的(de)物位計稱爲超(chao)聲波物位計、微(wēi)波物位計和激(jī)🈲光物位計。

　　 雷達(dá)物位計分類

　　盡(jin)管輻射法物位(wèi)計都是采用ToF測(cè)量原理，但所采(cǎi)用🐉的能量波不(bu)同時，信号的反(fan)射機理及在信(xin)号處理等方面(mian)都有很大的不(bú)同。以現在常用(yong)的超聲波和微(wēi)波物位計爲例(lì)，它們🍉都采用ToF測(cè)量原理，都需要(yao)一個信号發🈲生(shēng)器和一個回波(bo)信号接收器☎️，但(dan)兩種能📱量波在(zài)性質、頻率範圍(wéi)、反射方法以及(ji)對于包含距離(lí)信号的反射波(bō)的處理上都☁️有(you)比較大的差别(bie)。

　　超聲波物位計(ji)與微波物位計(ji)的對比

　　電磁波(bō)的波段從3kHz～3000GHz ，微波(bō)是指頻率爲300MHz～300GHz的(de)電磁波。在物位(wei)檢測中，微波使(shi)用的頻段規定(ding)在4～30GHz之間，典型波(bō)段爲6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的頻率屬(shu)于C波段✨微波;10GHz的(de)頻率屬于X波段(duàn)微波;26GHz的頻率屬(shǔ)于K波段微波。

　　聲(sheng)波是機械波，頻(pin)率範圍爲20Hz～20kHz ，因此(cǐ)，當聲波的振動(dòng)頻率高于☁️20kHz或💯低(dī)于20kHz時，我們便聽(tīng)不見了。我們把(bǎ)頻率高🍓于20kHz 的🌈聲(sheng)波稱爲“超聲波(bo)”。

　　電磁波與聲波(bo)産生的原理是(shi)不同的，聲波是(shì)靠物質的👣振❗動(dòng)👅産生的，在真空(kong)中不能傳播;而(ér)電磁波是靠電(dian)子的振蕩産生(sheng)的，其本身就是(shi)一種物質，傳播(bō)不需要介質，能(néng)在真空中傳播(bō)。這兩種波在通(tōng)過不同的介質(zhì)時都會發生折(shé)射、反射、繞射和(he)散射及吸收等(deng)現象，物💘位計正(zhèng)是應用這種特(te)性來測量距離(lí)的。

　　超聲波物位(wei)計由聲納技術(shù)衍化而來，其安(an)裝方式有頂部(bu)安裝和底部安(ān)裝兩種。早期的(de)超聲物位計🌍采(cǎi)用的也是液體(ti)導聲，超聲探頭(tou)安裝在料罐底(dǐ)部外，超聲波從(cóng)底部傳入，經被(bei)測液體傳播到(dào)液面，反射後傳(chuan)回探頭。超聲波(bō)傳播時間與液(ye)位的高低成正(zhèng)比。由于超❗聲波(bō)在各種被測介(jiè)質中👅傳播的聲(sheng)速不同，所以很(hěn)難做成通用産(chǎn)品㊙️;且料罐底部(bù)(尤其是液體料(liào)罐💋的底部)安裝(zhuang)探頭的方法✊在(zài)實用中往往🛀也(yě)有困難。因此，在(zài)實際工業過程(cheng)中，利用空氣作(zuò)爲導聲介質的(de)頂部安裝⭕應用(yòng)越🌈來越廣泛。

　　與(yǔ)超聲波物位計(jì)相比，雷達物位(wèi)計的微波信号(hào)是💋在不🌏同介電(diàn)常數的分界面(miàn)上反射的。微波(bo)以光速傳播，速(su)度🔞幾乎不受介(jiè)質特性的影響(xiang)，傳播衰減也很(hěn)小，約0.2dB/km 。回波信🧑🏾‍🤝‍🧑🏼号(hao)強弱很大程度(du)上取決于被測(ce)液面上的反射(shè)情況。在被測液(ye)面上的反射率(lǜ)除了取決于被(bei)測物❌料的面積(jī)和形狀外，主要(yao)取決于物料的(de)相對介電常數(shù)εr。相對介電常💘數(shù)高，反射率也高(gāo)，得㊙️到的回波強(qiáng)度高🐕;相對介電(dian)常數低，物料會(hui)吸收部分微波(bō)能量，回波強度(dù)較低。

　　　近年來，微(wei)電子技術的滲(shèn)入大大促進了(le)新型物位🌈測量(liàng)技術的發展，新(xin)的測量技術促(cu)使物位測量儀(yí)表産品結構産(chǎn)生了很大變化(huà)。電池供電及無(wú)線雷🔴達式物♻️位(wei)儀表也開始🌂在(zài)市場上出現。所(suo)有這些技術上(shàng)取得的進步以(yǐ)及不斷下降的(de)價格正推動着(zhe)雷達式物位儀(yí)表的不斷增長(zhang)。