物位測(cè)量技術發(fā)展

　　物位測(cè)量技術經(jīng)曆了結構(gou)上從機械(xie)式儀表向(xiang)電子式儀(yi)表發展，以(yǐ)及工作方(fang)式上由接(jiē)觸式向非(fei)接觸式發(fā)展☁️的過程(cheng)。

　　上圖中，前(qian)4種測量技(ji)術都屬于(yú)接觸式測(ce)量方法，第(di)5種輻射法(fǎ)爲非接觸(chu)測量方法(fa)。其中，直視(shì)法是指眼(yan)❗睛可以直(zhí)接觀測到(dao)介質容量(liang)變化的一(yī)種方法；測(cè)力法是指(zhi)通過被測(cè)介質對指(zhǐ)示器或傳(chuan)感器等目(mu)标施加外(wài)力來測量(liàng)的方法；壓(ya)力法是由(you)被測介質(zhì)🍉施加在測(ce)量探頭而(ér)産生壓力(lì)進行測🌈量(liang)的方法；電(dian)🐅特性法是(shì)利用被測(ce)介質的電(diàn)特性進行(háng)測量的方(fāng)🥰法；輻射法(fa)采用電📐磁(ci)頻譜原理(lǐ)技術♉。

　　前4種(zhǒng)方法需要(yao)測量儀器(qi)的全部或(huo)一部分部(bù)件與❄️被測(ce)介🙇‍♀️質(固體(ti)或液體物(wù)料)相接觸(chù)才能達到(dào)測量的目(mu)的。從長期(qi)來看，物料(liào)⛷️粘附物及(jí)沉積物會(huì)對這些機(jī)械部件産(chan)生附着，當(dang)物料爲腐(fu)蝕性或易(yi)産生水鏽(xiù)的介質時(shi)，對儀👌器精(jīng)度的影響(xiang)将更加嚴(yán)重。在工業(yè)生産中，對(duì)物位儀表(biao)zui基本的要(yao)求是高精(jīng)度和💚高可(kě)靠性，這就(jiù)需要有應(ying)用範圍更(gèng)大、精度更(gèng)高的技術(shù)出現。

　　TOF測量(liàng)原理

　　近幾(jǐ)年來，發展(zhan)較快的是(shì)行程時間(jian)或傳播時(shí)間ToF ( time of flight )測量原(yuán)理，又稱回(huí)波測距原(yuán)理。它是利(li)用能量波(bō)在空㊙️間中(zhōng)的傳播時(shí)間來⛷️進行(háng)度量的一(yī)種方法。能(néng)量波在信(xìn)号㊙️源與被(bèi)測對象之(zhi)間傳遞，能(néng)量波到達(da)被測對象(xiàng)後被反射(she)并返回到(dào)探頭上被(bei)接收，屬于(yú)非接🤩觸測(ce)距。

　　ToF 測量技(ji)術可以利(lì)用的能量(liang)波有機械(xie)波(聲或超(chāo)聲波)、電磁(ci)波🐪(通常爲(wèi)K波段或C波(bō)段的微波(bō))和激光(通(tōng)常🔞爲紅💛外(wai)波段的🐪激(ji)光)，相應的(de)物位計稱(chēng)爲超聲波(bo)物位計、微(wei)波物位計(ji)和激📞光物(wu)位計。

　　 雷達(dá)物位計分(fen)類

　　盡管輻(fú)射法物位(wei)計都是采(cǎi)用ToF測量原(yuán)理，但所采(cai)用的🍓能📐量(liang)波不同時(shi)，信号的反(fan)射機理及(ji)在信号處(chù)理等方面(mian)都有很大(dà)的不同。以(yǐ)現在常用(yòng)的超聲波(bo)和🍉微波物(wu)位計爲‼️例(li)，它們都采(cai)用ToF測量原(yuán)理，都需要(yao)一♈個信号(hào)發💔生器和(he)一個回波(bō)信号接收(shōu)器，但兩種(zhǒng)能🐆量波在(zài)性質、頻率(lǜ)範圍、反射(she)方法以及(ji)對于包含(hán)距離信号(hao)的反射波(bō)的處理上(shàng)都有比較(jiào)大的差别(bié)。

　　超聲波物(wù)位計與微(wei)波物位計(ji)的對比

　　電(dian)磁波的波(bō)段從3kHz～3000GHz ，微波(bo)是指頻率(lü)爲300MHz～300GHz的電磁(cí)波。在物位(wei)✌️檢測中，微(wei)波使用的(de)頻段規定(dìng)在4～30GHz之間，典(dian)型波段爲(wei)6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的🍓頻率屬(shu)于🔞C波段微(wēi)波;10GHz的頻率(lǜ)屬于X波段(duan)微波;26GHz的頻(pin)率屬于K波(bō)段微波。

　　聲(sheng)波是機械(xiè)波，頻率範(fàn)圍爲20Hz～20kHz ，因此(cǐ)，當聲波的(de)振動頻率(lǜ)㊙️高于20kHz或☎️低(di)于20kHz時，我們(men)便聽不見(jian)了。我們把(bǎ)頻率高于(yú)20kHz 的🈲聲波稱(cheng)爲“超聲波(bo)”。

　　電磁波與(yu)聲波産生(sheng)的原理是(shi)不同的，聲(sheng)波是靠物(wù)質👣的振動(dòng)産生的，在(zai)真空中不(bú)能傳播;而(ér)電磁波是(shì)靠電子的(de)振蕩⭐産生(shēng)的，其❤️本身(shen)就是一種(zhong)物質，傳播(bō)不需要介(jie)質，能💘在真(zhen)空中傳播(bo)。這兩種波(bo)在通過不(bú)⭕同的介質(zhì)時都會發(fā)生折射、反(fǎn)射、繞射和(he)散射及吸(xī)收等現象(xiàng)，物位計正(zhèng)是應用這(zhè)種特性來(lái)測量距離(li)的。

　　超聲波(bō)物位計由(yóu)聲納技術(shu)衍化而來(lái)，其安裝方(fang)式有頂部(bu)安裝和底(dǐ)部安裝兩(liang)種。早期的(de)超聲物位(wei)計采用的(de)也是液體(ti)導聲，超聲(shēng)探頭安裝(zhuāng)在料罐底(dǐ)部外，超聲(shēng)波從底部(bu)傳入，經被(bèi)測液體傳(chuán)🌂播到液面(mian)，反射後傳(chuan)回探頭。超(chao)聲波傳播(bo)時間與液(yè)位的高低(dī)成🏃正比。由(you)于超聲波(bo)在各種被(bèi)測介質中(zhōng)傳播的聲(sheng)速不同，所(suǒ)以很難做(zuò)成通用産(chan)品;且料罐(guan)底部(尤其(qí)是液體料(liào)罐的底部(bù)❤️)安裝探頭(tou)的方法在(zài)實用中往(wǎng)往也💜有困(kùn)難。因此，在(zài)實🔞際工業(yè)過程中，利(li)用空氣作(zuò)爲導聲介(jiè)質的頂部(bù)安裝🙇‍♀️應用(yòng)越來越廣(guang)泛。

　　與超聲(shēng)波物位計(jì)相比，雷達(da)物位計的(de)微波信号(hào)是在不同(tong)介電❌常數(shù)的分界面(mian)上反射的(de)。微波以光(guang)速㊙️傳播🚶‍♀️，速(sù)度幾乎不(bú)受介質特(tè)性的影響(xiǎng)，傳播衰減(jian)也🐕很小，約(yuē)0.2dB/km 。回波信号(hao)強弱很大(da)程度上取(qǔ)🌍決于被測(cè)液面上的(de)反射情況(kuàng)。在☂️被測液(ye)面上的反(fǎn)射率除了(le)取決于被(bèi)測物🌂料的(de)面積和形(xing)狀外，主要(yào)🌏取決于物(wu)料♻️的相對(dui)介電🛀常👅數(shù)εr。相對介電(diàn)常♈數高，反(fan)射率也高(gao)，得到的回(huí)波強度高(gao);相對介電(dian)常數低，物(wu)料會吸收(shou)部分微波(bō)能量，回波(bō)強度較低(dī)。

　　　近年來，微(wēi)電子技術(shu)的滲入大(da)大促進了(le)新型物位(wèi)測量技術(shù)的發展，新(xin)的測量技(jì)術促使物(wù)位測量儀(yí)表産品結(jié)♻️構産✌️生了(le)💃很大變化(hua)。電池供電(dian)及無線雷(lei)達式物🏃‍♀️位(wèi)儀表🤩也開(kai)始⭐在市場(chǎng)上出現。所(suǒ)有這些技(jì)術上取得(de)的進步以(yǐ)及不斷下(xià)降的價格(gé)正推動着(zhe)雷達式物(wu)位儀表的(de)不斷增長(zhǎng)。