物(wù)位測量技術發(fa)展

　　物位測量技(jì)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(chéng)。

　　上圖中，前4種測(cè)量技術都屬于(yu)接觸式測量方(fāng)法，第5種輻射法(fǎ)爲非接觸測量(liàng)方法。其中，直視(shi)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(cè)力法是指通過(guo)被測介質對指(zhi)☂️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(jia)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(yong)被測介質的電(diàn)特性進行測量(liang)的方😍法；輻射法(fa)采用電磁頻譜(pǔ)❌原理技術。

　　前4種(zhong)方法需要測量(liang)儀器的全部或(huo)一部分部件與(yu)被測🈲介質(固體(ti)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(ji)物會對這些機(jī)械部件産生附(fu)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(yan)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(kě)靠性，這就👣需要(yào)有應用範圍更(gèng)大、精度更🈲高的(de)👉技術出現🤟。

　　TOF測量(liàng)原理

　　近幾年來(lai)，發展較快的是(shi)行程時間或傳(chuán)播時間ToF ( time of flight )測🧡量原(yuan)理，又稱回波測(cè)距原理。它是利(li)用能量波在空(kong)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(zhi)間傳遞，能量波(bo)到達被測🥵對象(xiang)後被反射并返(fan)回到探頭上被(bèi)接收，屬于非接(jiē)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(wèi)K波段或C波段的(de)微波)和激光(通(tong)常爲紅外波段(duàn)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(cai)用的能量波不(bu)同時，信号的反(fǎn)射機理及在信(xìn)号處理等方面(miàn)都🐆有很大的不(bú)同。以現在常用(yòng)的超聲波和微(wei)波物位計爲例(lì)，它們都采用ToF測(ce)量原理，都需要(yào)一個信号發💃🏻生(sheng)器和一個回波(bō)信号接收器，但(dan)兩種能量波在(zài)性質、頻率範圍(wei)、反射方法以及(jí)🏃‍♂️對于包含距👈離(lí)信号的反🐇射波(bo)的處理上都有(you)比較大的差别(bié)。

　　超聲波物位計(jì)與微波物位計(ji)的對比

　　電磁波(bō)的波段從3kHz～3000GHz ，微波(bo)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(shu)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(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(ba)頻率高于20kHz 的🏃‍♀️聲(shēng)波❤️稱爲“超聲波(bō)”。

　　電磁波與聲波(bō)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(kōng)中不能傳播;而(ér)電磁波是靠電(diàn)子的振蕩産生(sheng)的，其本身就是(shi)一種物質，傳播(bo)📞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(tè)性來測量距離(li)✊的。

　　超聲波物位(wèi)計由聲納技術(shu)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(ti)導聲，超聲探頭(tou)安裝在料罐底(dǐ)部🐆外，超聲📧波從(cong)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(bo)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(jie)質中傳播的聲(shēng)速不同，所以很(hen)難做成通用産(chǎn)品;且料罐底部(bu)(尤其是♻️液體料(liào)罐的底部)安裝(zhuang)探🙇‍♀️頭的方法在(zai)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(yòng)越來越廣泛。

　　與(yǔ)超聲波物位計(ji)相比，雷達物位(wèi)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(hen)小，約0.2dB/km 。回波信号(hao)強弱很大程度(du)上取決于被測(cè)液面上的反射(she)情況。在被測液(yè)面上的反射率(lü)除了取決于被(bèi)測物🔞料的面積(ji)和形狀外，主要(yào)取決于物料的(de)相對介電常🐆數(shu)εr。相對介電常數(shu)高，反射率也高(gāo)，得🔴到的回波強(qiang)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(du)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(liang)技術的發展，新(xīn)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(hua)。電池供電及無(wú)線雷❤️達式物♉位(wèi)儀表🏒也開始💞在(zai)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(zhang)。