物(wù)位測量技術發(fā)展

　　物位測量技(ji)術經曆了結構(gou)上從機械式儀(yí)表向電子♍式儀(yi)表發展，以及工(gong)作方式上由接(jie)觸式向非接觸(chù)式發展的過程(cheng)。

　　上圖中，前4種測(ce)量技術都屬于(yu)接觸式測量方(fāng)法，第5種🔆輻射法(fa)爲非接觸測量(liang)方法。其中，直視(shì)法是指眼睛可(kě)以直接觀測到(dào)介質容量變化(hua)的一種方法；測(ce)力法是指通過(guo)被測介質對指(zhǐ)🐇示器或傳感器(qì)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(er)産生壓力進行(háng)測量的方法；電(diàn)特性法是利用(yòng)被測介質的電(dian)特性進行測量(liang)🔞的方法；輻射法(fǎ)采用電❄️磁頻譜(pu)原理技術。

　　前4種(zhǒng)方法需要測量(liàng)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(xiang)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(ji)物會對這⛷️些機(jī)械部件産📧生附(fù)着，當物料爲腐(fǔ)蝕性或易産生(shēng)水鏽的介質時(shi)，對儀🌈器精度的(de)影響将更加嚴(yan)重。在工業生産(chan)中🏃，對物位儀表(biao)zui基本的要求是(shi)高精度和高可(kě)靠性，這就🙇‍♀️需要(yào)有應用範圍更(geng)大、精度更高的(de)技術出現。

　　TOF測量(liàng)原理

　　近幾年來(lái)，發展較快的是(shì)行程時間或傳(chuán)播時間ToF ( time of flight )測🙇‍♀️量原(yuán)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(shí)間來進行度量(liang)的一種方法。能(néng)量波在信号源(yuan)與被測對象之(zhī)間傳🌐遞，能量☂️波(bō)到達被測對象(xiang)後被反射并返(fǎn)回到探頭上被(bei)接收，屬于非接(jie)觸測距。

　　ToF 測量技(ji)術可以利用的(de)能量波有機械(xiè)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(chāo)聲波物位計、微(wei)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(wei)計都是采用ToF測(ce)量原理，但所采(cai)用的能量波不(bú)同時，信号的反(fan)射機理及在信(xìn)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(li)，它們都采用ToF測(cè)量原理，都需要(yao)一個信号發生(sheng)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(bo)的處理上都有(yǒu)比較大的差别(bié)。

　　超聲波物位計(ji)與微波物位計(jì)的對比

　　電磁波(bo)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(dìng)在4～30GHz之間，典型波(bō)段爲6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的頻率屬(shǔ)于C波段微波;10GHz的(de)頻率屬于X波段(duan)微波;26GHz的頻率屬(shǔ)于K波段‼️微波。

　　聲(shēng)波是機械波，頻(pín)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(ting)不見了。我們把(ba)頻率高于20kHz 的聲(sheng)波♻️稱爲“超聲波(bo)”。

　　電磁波與聲波(bō)産生的原理是(shì)不同的，聲波是(shi)靠物質的振動(dong)産生的，在真空(kong)中不能傳播;而(er)電磁波是靠電(dian)子的振蕩産生(shēng)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(tong)過不同的介質(zhì)時都會發生折(she)射、反🐇射、繞射和(hé)⛷️散射及吸收等(děng)現象，物位計正(zhèng)是應用這種特(tè)性來測量距離(li)的。

　　超聲波物位(wei)計由聲納技術(shù)衍化而來，其安(ān)裝方式有💚頂部(bù)🛀安裝和底部安(an)裝兩種。早期的(de)超聲物位計采(cai)用的也是液體(tǐ)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(bèi)測液體傳播到(dao)液面，反射後傳(chuan)回探頭。超聲波(bō)傳播時間與液(yè)位的高低成💃🏻正(zhèng)比。由于超聲波(bo)在各種被測介(jie)質中傳播的聲(sheng)速不同，所以很(hen)🐉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(zhuāng)探頭的方法🈲在(zài)實用中往往也(ye)有困難。因此，在(zài)實🙇🏻際工業過程(chéng)中，利用空氣作(zuò)爲導聲介質的(de)頂部安裝應用(yong)越來越廣泛。

　　與(yǔ)超聲波物位計(jì)相比，雷達物位(wei)計的微波信号(hào)是在👄不同介電(dian)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(xiǎng)，傳播衰減也🌈很(hěn)小，約0.2dB/km 。回波信号(hào)強弱很大程度(du)上取決于被測(cè)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(bèi)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(shu)高，反射率也高(gao)，得♊到的回波強(qiang)度高;相對介電(dian)常數低⛱️，物料會(huì)吸收部😄分微波(bo)能量，回波強度(dù)較低。

　　　近年來，微(wēi)電子技術的滲(shen)入大大促進了(le)新型物位測💜量(liang)🍉技術的♉發展，新(xin)的測量技術促(cù)使物位測量儀(yi)表産品結構産(chan)生了很大變化(hua)。電池供電及無(wú)線雷達式物位(wèi)儀表也開始💔在(zài)市場上出現。所(suǒ)有這些技🤟術上(shang)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(zhǎng)。