物(wù)位測量(liàng)技術發(fā)展

　　物位(wèi)測量技(ji)術經曆(lì)了結構(gòu)上從機(ji)械式儀(yí)表向電(diàn)子式儀(yí)表發展(zhǎn)，以及工(gōng)作方式(shi)上由接(jie)觸式向(xiàng)非接觸(chu)式發展(zhǎn)的過程(cheng)。

　　上圖中(zhōng)，前4種測(ce)量技術(shù)都屬于(yú)接觸式(shì)測量方(fāng)法，第5種(zhong)輻射法(fa)🥰爲非接(jie)觸測量(liàng)方法。其(qí)中，直視(shi)法是指(zhǐ)眼睛可(ke)以直接(jie)觀測到(dào)介質容(róng)量變化(huà)的一種(zhǒng)方法；測(ce)🍉力法是(shì)指通過(guo)被測介(jiè)質對指(zhǐ)示器或(huò)傳感器(qì)等目标(biao)施加外(wai)力來測(cè)量💞的方(fang)法；壓力(li)法是由(yóu)被測介(jiè)質施加(jia)在測量(liàng)💃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(yong)被測介(jie)質的電(dian)特性進(jìn)行測量(liang)❓的方法(fǎ)；輻射法(fa)⚽采用電(diàn)磁頻譜(pu)原理技(ji)術。

　　前4種(zhong)方法需(xū)要測量(liang)儀器的(de)全部或(huò)一部分(fen)部件與(yu)被❌測介(jie)質🌈(固❗體(ti)或液體(tǐ)物料)相(xiang)接觸才(cái)能達到(dào)測量🌏的(de)目的。從(cong)長期來(lai)看，物料(liao)粘附物(wù)及沉積(ji)物會對(duì)這些機(ji)械部件(jian)産生附(fù)着🏃🏻‍♂️，當物(wu)料爲腐(fǔ)蝕性或(huo)易産生(sheng)水鏽的(de)介🏒質時(shí)，對儀器(qì)精度的(de)影響将(jiāng)更加嚴(yan)重。在工(gong)業生産(chǎn)中，對物(wu)位儀表(biao)zui基本的(de)要求是(shi)高精度(du)和高可(ke)靠性，這(zhe)⁉️就💋需要(yào)有應用(yòng)範❓圍更(geng)大、精度(dù)更✂️高的(de)技術出(chu)現🔴。

　　TOF測量(liàng)原理

　　近(jin)幾年來(lái)，發展較(jiao)快的是(shì)行程時(shi)間或傳(chuan)播時間(jian)ToF ( time of flight )測量原(yuán)💚理，又☔稱(chēng)回波測(ce)距原理(li)。它是利(li)用能量(liàng)波在空(kōng)間中的(de)傳播時(shi)間來進(jin)行度量(liàng)的一種(zhǒng)方法。能(néng)量波在(zài)信号🈲源(yuan)與被測(ce)對象之(zhī)間傳遞(di)，能量波(bo)到達被(bèi)測對象(xiàng)後被反(fan)射并返(fǎn)回到探(tàn)頭上被(bei)接收🔴，屬(shǔ)于非接(jiē)觸測距(jù)。

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

　　 雷達(dá)物位計(ji)分類

　　盡(jin)管輻射(shè)法物位(wei)計都是(shi)采用ToF測(cè)量原理(li)，但所采(cǎi)用的能(néng)量波不(bú)同時，信(xìn)号的反(fan)射機理(lǐ)及在信(xin)号處理(li)等方面(miàn)都有很(hen)大的不(bu)同。以現(xiàn)在常用(yong)的超聲(sheng)波和微(wei)波物位(wei)計爲例(lì)，它們🛀都(dōu)采用ToF測(ce)量原理(li)，都需要(yao)一個信(xìn)号發✉️生(shēng)器和一(yī)個回波(bo)信号接(jie)收器，但(dan)兩種能(néng)量波在(zài)性質、頻(pin)率範圍(wei)、反🔞射方(fāng)法以及(ji)對于包(bao)含距離(lí)信号的(de)反射波(bō)的處理(li)上都✉️有(you)比較大(da)的差别(bié)。

　　超聲波(bo)物位計(ji)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(bō)。在物位(wèi)🌈檢🆚測💞中(zhong)，微🏃🏻‍♂️波使(shi)用的頻(pín)段規定(ding)在4～30GHz之間(jian)，典型波(bo)段爲6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的(de)頻率屬(shǔ)于C波段(duan)微波;10GHz的(de)頻率屬(shu)于X波段(duàn)微波;26GHz的(de)頻率屬(shu)于K波段(duan)微波。

　　聲(sheng)波是機(jī)械波，頻(pín)率範圍(wei)爲20Hz～20kHz ，因此(ci)，當聲波(bō)的振動(dong)頻率高(gao)于20kHz或低(dī)于20kHz時，我(wǒ)們便聽(tīng)不見了(le)。我們把(bǎ)頻率高(gao)于20kHz 的聲(sheng)波稱爲(wèi)“超聲🐆波(bo)”。

　　電磁波(bo)與聲波(bō)産生的(de)原理是(shi)不同的(de)，聲波是(shì)靠物質(zhi)的振動(dong)産生的(de)，在真空(kōng)中不能(néng)傳播;而(er)電磁波(bo)是靠電(dian)子的振(zhèn)蕩産生(shēng)的，其㊙️本(ben)身就是(shi)一種物(wù)質，傳播(bo)不需要(yào)介質，能(neng)在真空(kong)🙇🏻中傳播(bō)。這兩種(zhong)波在通(tōng)過不同(tong)的介質(zhi)時都會(huì)發生折(shé)射、反射(she)、繞射和(he)散射及(ji)吸收等(děng)現象，物(wù)位計正(zhèng)是應用(yong)這種特(tè)性來測(cè)量距離(li)🏃‍♀️的。

　　超聲(sheng)波物位(wèi)計由聲(shēng)納技術(shu)衍化而(er)來，其安(ān)裝方式(shì)有頂部(bu)安裝和(hé)底部安(an)裝兩種(zhǒng)。早期的(de)超聲物(wu)位計采(cǎi)用的也(yě)是液體(tǐ)導聲，超(chao)聲探頭(tou)安裝在(zai)料罐底(dǐ)部外，超(chāo)聲波從(cóng)底部傳(chuan)入，經被(bèi)測液體(ti)傳播到(dao)液面，反(fan)💯射後傳(chuan)回探頭(tóu)。超聲波(bō)傳播時(shí)間與液(yè)位的高(gāo)低成✉️正(zhèng)比。由于(yú)超聲波(bō)在各種(zhong)被測介(jie)質中✔️傳(chuán)播的聲(shēng)速📱不同(tóng)，所以很(hen)⭕難做成(cheng)通用産(chǎn)品;且料(liao)罐底部(bù)(尤其是(shì)液體料(liào)罐🤩的底(dǐ)部)安裝(zhuang)探頭的(de)方法在(zai)實用中(zhong)往往也(ye)有困難(nan)。因此，在(zai)實際工(gōng)業過程(chéng)中，利用(yong)🐇空氣作(zuò)爲導聲(sheng)介質的(de)頂部安(an)裝應用(yòng)越來越(yue)廣泛。

　　與(yu)超聲波(bō)物位計(ji)相比，雷(léi)達物位(wei)計的微(wēi)波信号(hao)是在不(bu)同🤟介電(dian)常數的(de)分界面(mian)上反射(shè)的。微波(bō)以光速(sù)傳播，速(sù)度幾乎(hu)⭐不受介(jie)質特性(xing)的影響(xiǎng)，傳播衰(shuai)減也很(hěn)小，約0.2dB/km 。回(hui)波信号(hao)強弱很(hěn)大程度(dù)上取🔞決(jue)于被測(ce)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(bèi)測物料(liào)的面積(ji)和形狀(zhuàng)外，主要(yao)取決于(yu)物料的(de)相對介(jiè)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(qiáng)度高;相(xiang)對介🏃‍♀️電(diàn)常數低(dī)，物料會(hui)吸收部(bù)分微波(bo)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(liang)技術促(cù)使物位(wei)測量儀(yi)表産品(pǐn)結構産(chǎn)生了✉️很(hěn)大❌變化(huà)。電池供(gòng)電及無(wu)線雷達(da)式物位(wèi)儀表也(ye)開始在(zài)市場上(shang)出現。所(suo)有這些(xiē)技❌術上(shang)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(shi)物位儀(yí)表的不(bú)斷☎️增長(zhang)。