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(yí)表發展，以(yǐ)及工作方(fang)式上由接(jie)觸式向非(fei)接😍觸式發(fā)展的過程(chéng)。

　　上圖中，前(qián)4種測量技(jì)術都屬于(yu)接觸式測(cè)量方法，第(dì)5種輻射🍉法(fa)爲非接觸(chù)測量方法(fa)。其中，直視(shi)法是指眼(yǎn)睛可以直(zhí)接觀測到(dào)⛱️介質容量(liàng)變化的一(yi)種方法；測(ce)力法是指(zhi)通過被測(ce)介質對指(zhi)示器或傳(chuán)感器等目(mu)标施加外(wai)💛力來測量(liang)的方法；壓(yā)力法是由(you)被測介質(zhì)🏃🏻‍♂️施加在測(ce)量探頭而(ér)産生壓力(li)進行測量(liang)的方法；電(diàn)特性法是(shì)利用被測(cè)介質的電(diàn)特性進行(háng)測量的方(fāng)💃法；輻射法(fǎ)采用電磁(cí)頻譜原理(lǐ)技術。

　　前4種(zhong)方法需要(yào)測量儀器(qi)的全部或(huò)一部分部(bu)件與被測(cè)介質(固體(tǐ)或液體物(wu)料)相接觸(chu)才能達到(dao)測量的目(mù)的。從長期(qī)來看，物料(liao)粘附物及(ji)沉積物會(huì)對這些機(ji)械部件産(chan)🤞生附着，當(dāng)物料爲腐(fu)蝕性或易(yì)産生水鏽(xiu)的介質時(shí)，對儀器精(jīng)度的影響(xiang)将更加嚴(yán)重。在工業(ye)生産中，對(dui)物位儀表(biao)💚zui基本的要(yao)求是高精(jing)度和高可(ke)靠性，這💋就(jiù)需要有應(yīng)用範圍更(geng)大、精度更(geng)🤞高的技術(shu)出現。

　　TOF測量(liang)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(yuan)理，又稱✍️回(hui)波測距原(yuan)理。它是利(li)用能量波(bo)在空間中(zhong)☔的傳播時(shí)間來❗進行(háng)度量的一(yi)種方法。能(néng)量波在信(xìn)号源與被(bei)測對象之(zhi)間傳遞，能(neng)量波到達(dá)被測對象(xiàng)後被反射(shè)并返回到(dào)探頭上被(bei)接收，屬于(yu)非接觸測(cè)距。

　　ToF 測量技(jì)術可以利(lì)用的能量(liàng)波有機械(xiè)波(聲或超(chao)聲波)、電磁(cí)波(通🔆常爲(wei)K波段或C波(bo)段的微波(bō))和激光(通(tōng)常‼️爲紅外(wài)波段的激(ji)光)，相應的(de)物位計稱(cheng)爲超聲波(bō)物位計、微(wei)波物位計(ji)和激光物(wu)位計。

　　 雷達(da)物位計分(fen)類

　　盡管輻(fú)射法物位(wèi)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(shí)，信号的反(fǎn)射機理及(jí)在信号處(chù)理☀️等方面(mian)都有很💃大(da)的♉不同。以(yǐ)現在常用(yong)的超聲波(bo)和微波物(wu)位計爲💋例(lì)，它們㊙️都采(cai)用ToF測量原(yuán)理，都需要(yào)一個信号(hao)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(shè)方法以及(jí)對于包含(han)距離信号(hao)的反射👨‍❤️‍👨波(bō)的處理上(shàng)都有比較(jiao)大的差别(bie)。

　　超聲波物(wu)位計與微(wēi)波物位計(jì)的對比

　　電(dian)磁波的波(bo)段從3kHz～3000GHz ，微波(bō)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(diǎn)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(duàn)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(lü)高于20kHz或低(dī)于20kHz時，我們(men)便聽不見(jian)了。我們把(bǎ)頻率高于(yu)20kHz 的聲波稱(cheng)爲“超聲波(bō)”。

　　電磁波與(yu)聲波産生(shēng)的原理是(shi)不同的，聲(shēng)波是靠物(wu)🌏質的振✍️動(dòng)産生的，在(zai)真空中不(bu)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(zhǒng)物質，傳播(bo)不需要介(jiè)質，能在真(zhēn)空中傳播(bō)。這兩種波(bo)在通過不(bú)同的介質(zhi)時都會發(fā)生折射、反(fan)射、繞射和(hé)散射及吸(xī)收等現象(xiàng)，物位計正(zhèng)是應☁️用這(zhe)種特性❓來(lai)測量距離(lí)♻️的。

　　超聲波(bo)物位計由(you)聲納技術(shu)衍化而來(lai)，其安裝方(fāng)式🆚有頂部(bù)⭐安💁裝和底(di)部安裝兩(liang)種。早期的(de)超聲物位(wei)計🙇‍♀️采用的(de)也是液體(tǐ)導聲，超聲(shēng)探頭安裝(zhuāng)在料罐底(dǐ)部外，超聲(sheng)波從底部(bù)傳入，經被(bei)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(di)成正比。由(you)于超聲波(bō)在各種被(bèi)測介質中(zhong)❗傳播的聲(sheng)速♊不同，所(suo)以很難做(zuo)成通用産(chan)品;且料罐(guàn)底部(尤🛀🏻其(qi)是液體料(liào)罐🈚的底部(bu))安裝探頭(tou)的方法在(zài)實用中往(wang)往也有困(kùn)難。因此，在(zài)實際工業(ye)過程中，利(li)用空氣作(zuo)爲導聲介(jie)質的頂部(bu)安裝應用(yòng)越來越廣(guang)泛。

　　與超聲(shēng)波物位計(jì)相比，雷達(dá)物位計的(de)微波信号(hào)是在不🈲同(tong)介電常數(shù)的分界面(miàn)上反射的(de)。微波以光(guāng)速傳播，速(sù)度幾乎不(bu)受介質特(tè)性的影響(xiang)，傳播衰減(jian)也很小，約(yuē)✨0.2dB/km 。回波信号(hào)強弱很大(da)程🈚度上取(qu)決于被測(cè)液面上的(de)反射情況(kuàng)。在被測液(ye)面上的反(fan)射率除了(le)取🏃🏻‍♂️決于被(bèi)測物📐料的(de)面積和形(xíng)狀外，主要(yào)取決于物(wù)料的相對(dui)介電常數(shu)εr。相對介電(dian)常數高，反(fǎn)射率也🔆高(gāo)，得到的回(hui)波☁️強度高(gao);相對介電(diàn)常數低💯，物(wù)料會吸收(shou)部分微波(bo)能量，回波(bō)強🏒度較低(di)。

　　　近年來，微(wei)電子技術(shu)的滲入大(dà)大促進了(le)新型物位(wei)測量🐇技術(shù)的發展，新(xin)的測量技(ji)術促使物(wù)位測量儀(yi)表産🆚品結(jié)構産生了(le)很大變化(hua)。電池供電(diàn)及無線雷(lei)達式物位(wei)儀表也開(kai)始在市場(chang)上出現。所(suǒ)有這些技(jì)術上取得(de)的進步以(yi)及不斷下(xia)🌈降的價格(gé)☎️正推動着(zhe)雷達式物(wù)位儀表的(de)不斷增長(zhǎng)。