物(wu)位測量(liàng)技術發(fa)展

　　物位(wei)測量技(ji)術經曆(lì)了結構(gou)上從機(ji)械式儀(yi)表向電(dian)子式儀(yí)表發‼️展(zhan)，以及工(gong)作方式(shi)上由接(jiē)觸式向(xiang)非接🈚觸(chù)式發展(zhǎn)的過程(chéng)。

　　上圖中(zhong)，前4種測(ce)量技術(shù)都屬于(yú)接觸式(shi)測量方(fang)法，第5種(zhong)📞輻射法(fǎ)爲非接(jiē)觸測量(liang)方法。其(qi)中，直視(shì)法是指(zhǐ)眼睛可(kě)以直接(jie)觀測到(dao)介質容(róng)量變化(hua)的一種(zhǒng)方法；測(cè)🥰力法是(shì)指通過(guò)被測介(jiè)質對指(zhǐ)示器或(huo)傳感器(qì)等目标(biao)施加外(wài)力來測(ce)量的方(fang)法；壓🐆力(li)法是由(you)🔞被測介(jie)質施加(jia)在測量(liang)探頭而(er)産生🚩壓(yā)力進行(háng)測量的(de)方法；電(diàn)特性法(fǎ)是利用(yòng)被測介(jiè)質的電(dian)特性進(jin)行測量(liàng)的方法(fǎ)；輻射法(fǎ)采用電(diàn)💰磁頻譜(pu)‼️原理技(ji)術😘。

　　前4種(zhǒng)方法需(xu)要測量(liang)儀器的(de)全部或(huò)一部分(fèn)部件與(yǔ)被💃🏻測介(jiè)質(固體(ti)或液體(tǐ)物料)相(xiang)接觸才(cái)能達到(dao)測量的(de)目的。從(cóng)長期來(lai)看，物料(liào)⁉️粘附物(wu)及沉積(ji)物會對(duì)這些機(ji)械部件(jian)産生附(fu)着，當物(wù)料爲腐(fu)蝕性或(huo)易産生(sheng)水鏽的(de)介質時(shí)，對儀器(qi)精度的(de)影響将(jiāng)更加嚴(yan)重。在工(gōng)業生産(chan)中，對物(wu)位儀表(biao)🚩zui基本的(de)要求是(shi)高精度(dù)和💜高可(ke)靠性，這(zhè)💃🏻就需要(yao)有應用(yong)範圍更(geng)大、精度(du)更高的(de)💔技術出(chū)現。

　　TOF測量(liàng)原理

　　近(jin)幾年來(lai)，發展較(jiào)快的是(shì)行程時(shí)間或傳(chuán)播時間(jiān)ToF ( time of flight )測🏃量原(yuan)理，又🔴稱(cheng)回波測(ce)距原理(lǐ)。它是利(li)用能量(liang)波在空(kōng)間中的(de)傳播時(shi)間來進(jin)行度量(liang)的一種(zhong)方法。能(néng)量波在(zai)信号🛀🏻源(yuán)與被測(cè)對象🧡之(zhi)間傳遞(di)，能量波(bo)到達被(bei)測對象(xiang)後被反(fan)射并返(fan)回到探(tàn)頭上被(bèi)接收☀️，屬(shǔ)于非接(jie)觸測距(jù)。

　　ToF 測量技(ji)術可以(yǐ)利用的(de)能量波(bō)有機械(xiè)波(聲或(huò)超聲波(bo))、電磁波(bo)(通常爲(wei)K波段或(huò)C波段的(de)微波)和(he)激光(通(tong)常爲紅(hong)外波段(duan)的激光(guāng))，相應的(de)物位計(ji)稱爲超(chāo)聲波物(wu)位計、微(wēi)波物位(wèi)計和激(ji)光物位(wèi)計。

　　 雷達(dá)物位計(jì)分類

　　盡(jìn)管輻射(she)法物位(wei)計都是(shì)采用ToF測(ce)量原理(lǐ)，但所采(cǎi)用🌍的能(néng)量波不(bú)同時，信(xin)号的反(fan)射機理(lǐ)及在信(xin)号處理(lǐ)🌈等方面(miàn)都有很(hen)大的不(bú)同。以現(xiàn)在常用(yòng)的超聲(shēng)波和🏃‍♀️微(wēi)波物位(wei)計爲例(lì)，它們❤️都(dōu)采用✍️ToF測(cè)量原理(lǐ)，都需要(yao)一個信(xìn)号發生(sheng)器和一(yi)個回波(bō)信号接(jie)收器，但(dàn)兩種能(neng)量波在(zài)性質💛、頻(pín)率範圍(wei)、反射方(fāng)法以及(ji)對于包(bao)含距離(li)信号的(de)反🥵射波(bō)的處理(li)上都有(yǒu)比較大(da)的差🙇‍♀️别(bie)。

　　超聲波(bō)物位計(jì)與微波(bō)物位計(ji)的對比(bi)

　　電磁波(bo)的波段(duan)從3kHz～3000GHz ，微波(bo)是指頻(pín)率爲300MHz～300GHz的(de)電磁波(bo)。在物位(wèi)檢❄️測中(zhong)，微波使(shi)用的頻(pín)段規定(dìng)在4～30GHz之間(jiān)，典型波(bō)段爲6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的(de)頻率屬(shǔ)于C波段(duàn)微波;10GHz的(de)頻率屬(shu)于X波段(duan)微波;26GHz的(de)頻率屬(shǔ)于K波段(duàn)👨‍❤️‍👨微波。

　　聲(shēng)波是機(jī)械波，頻(pin)率範圍(wéi)爲20Hz～20kHz ，因此(ci)，當聲波(bō)的振動(dòng)頻率💔高(gāo)于🈲20kHz或低(di)于20kHz時，我(wo)們便聽(tīng)不見了(le)。我們把(ba)頻率高(gāo)于20kHz 的聲(shēng)波稱爲(wèi)“超聲🈲波(bo)”。

　　電磁波(bō)與聲波(bo)産生的(de)原理是(shi)不同的(de)，聲波是(shi)靠物⛱️質(zhì)的💰振動(dong)産生的(de)，在真空(kong)中不能(neng)傳播;而(ér)電磁波(bō)是💃靠電(diàn)子的振(zhen)蕩産生(shēng)⛹🏻‍♀️的，其本(běn)身就是(shì)一種物(wu)質，傳播(bo)不需要(yao)介質，能(neng)在真空(kong)中傳播(bō)。這兩種(zhong)🏒波在通(tong)過不同(tóng)的介質(zhì)👉時都會(huì)發生折(shé)射、反射(she)、繞射和(hé)散射及(ji)吸📱收等(děng)現象，物(wu)位計正(zhèng)是應用(yong)這種特(te)性來測(cè)量距離(lí)的。

　　超聲(sheng)波物位(wèi)計由聲(shēng)納技術(shù)衍化而(ér)來，其安(ān)裝方式(shi)有💰頂部(bu)安裝和(he)底部安(ān)裝兩種(zhǒng)。早期的(de)超聲物(wù)位計采(cai)用的也(ye)是液體(tǐ)導聲，超(chao)聲探頭(tóu)安裝在(zài)料罐底(di)部外，超(chāo)聲波從(cóng)底💚部傳(chuán)入，經被(bèi)測液體(tǐ)傳播到(dào)液面，反(fǎn)射後傳(chuán)回探頭(tou)。超聲波(bo)傳播時(shi)間與液(yè)位的高(gao)低成正(zheng)比。由于(yu)超聲波(bō)在各種(zhǒng)被測介(jiè)質中傳(chuan)播的聲(sheng)速不同(tong)，所以很(hen)🆚難做成(chéng)通用産(chan)品;且料(liào)罐底部(bù)(尤其是(shi)⁉️液體料(liao)罐的底(dǐ)部)安裝(zhuāng)探頭的(de)方法在(zai)實用中(zhōng)往往也(yě)有困難(nán)。因此，在(zài)實際工(gōng)業過程(cheng)中，利用(yong)💋空氣作(zuò)爲導聲(sheng)介質的(de)頂部安(ān)裝✔️應用(yong)越來越(yue)廣泛。

　　與(yu)超聲波(bō)物位計(ji)相比，雷(lei)達物位(wèi)計的微(wei)波信号(hao)是在🌐不(bu)🤟同介電(dian)🔅常數的(de)分界面(miàn)上反射(shè)的。微波(bo)以光速(su)傳播，速(sù)度幾乎(hū)不受介(jiè)質特性(xìng)的影響(xiang)，傳播衰(shuai)減也很(hěn)小，約0.2dB/km 。回(huí)波信号(hao)強弱很(hen)大程度(du)上取決(jue)于被測(cè)液面上(shang)的反射(shè)情況。在(zài)被測液(yè)面🐕上的(de)反射🐅率(lǜ)除了取(qǔ)決于被(bei)測物料(liào)的面積(jī)和形狀(zhuang)外，主要(yào)🌈取決于(yú)物料🏃‍♀️的(de)相對介(jie)電常數(shu)εr。相對介(jie)電常數(shu)高，反射(shè)率也高(gāo)，得到的(de)回波強(qiang)度高;相(xiàng)對介電(dian)常數低(di)，物料會(huì)吸收部(bu)分微波(bō)能量，回(huí)波強度(dù)較低。

　　　近(jin)年來，微(wēi)電子技(ji)術的滲(shen)入大大(da)促進了(le)新型物(wù)位測量(liàng)技術的(de)發展，新(xin)的測量(liàng)技術促(cu)使物位(wei)測量儀(yi)表産品(pǐn)結構産(chǎn)🤞生了很(hěn)大變化(hua)。電池供(gong)電及無(wu)線雷達(dá)式物位(wèi)儀表也(yě)開始在(zai)市場上(shàng)出現。所(suǒ)有這些(xie)技術上(shàng)取得的(de)進步以(yǐ)及不斷(duan)下降的(de)價格正(zheng)推動着(zhe)雷達式(shì)物位🐪儀(yi)表的不(bu)斷增長(zhang)。