物位測量技(ji)術發展

　　物位(wèi)測量技術經(jīng)曆了結構上(shang)從機械式儀(yi)表向電子式(shì)儀⛱️表🔞發展，以(yi)及工作方式(shì)上由接觸式(shi)向非接🔴觸式(shi)發展的過程(chéng)。

　　上圖中，前4種(zhǒng)測量技術都(dou)屬于接觸式(shì)測量方法，第(di)5種輻射法🈲爲(wei)♉非接觸測量(liàng)方法。其中，直(zhi)視法是指眼(yan)睛可💃🏻以直接(jiē)觀💃🏻測到🌍介質(zhì)容量變化的(de)一種方法；測(ce)力法是指通(tong)過被測介✍️質(zhì)對指示器或(huò)傳感器等目(mù)标施加外力(li)來測量的方(fāng)法；壓力法是(shi)由被測介質(zhi)施加在測量(liàng)探頭而産生(sheng)壓力進行測(cè)量的方法；電(dian)特性法是利(lì)用🏃被測介質(zhì)的電特性進(jìn)行測量的方(fang)法；輻射法采(cǎi)用電磁頻譜(pu)原理技術🔞。

　　前(qián)4種方法需要(yao)測量儀器的(de)全部或一部(bù)分部件與被(bèi)測介質(固體(ti)或液體物料(liào))相接觸才能(néng)達到測量🐇的(de)目的。從長期(qi)來看，物料粘(zhān)附物及沉積(ji)物會對這些(xiē)機械部件産(chǎn)生附着，當物(wu)料爲腐蝕性(xing)或易産生🔴水(shui)鏽的介質時(shi)，對儀🙇🏻器精度(dù)的🌍影響将更(gèng)加嚴重。在工(gong)業生産中，對(dui)物位儀表zui基(ji)本的要求是(shi)高精度和高(gāo)可靠性，這就(jiù)需要有應用(yong)範圍更大、精(jing)度更高的技(ji)術出現。

　　TOF測量(liàng)原理

　　近幾年(nián)來，發展較快(kuài)的是行程時(shí)間或傳播時(shí)間ToF ( time of flight )測量原⛱️理(lǐ)，又稱回波測(cè)距原理。它是(shi)利用能量波(bō)在空間中㊙️的(de)傳播時間來(lái)進行度量的(de)一種方法。能(néng)量波在信号(hao)源與被測對(duì)象之間傳遞(di)，能量波到達(dá)被測對象後(hòu)被反射并返(fǎn)回到探頭上(shàng)被接收，屬于(yú)非接觸測距(ju)。

　　ToF 測量技術可(kě)以利用的能(néng)量波有機械(xiè)波(聲或超聲(shēng)✊波)、電磁波♍(通(tong)常爲K波段或(huo)C波段的微波(bo))和激光(通常(cháng)爲紅外波段(duan)的激光)，相應(yīng)的物位計稱(cheng)爲超聲波物(wù)位計、微🌈波物(wù)位計和激🔞光(guāng)物位計。

　　 雷達(dá)物位計分類(lèi)

　　盡管輻射法(fa)物位計都是(shi)采用ToF測量原(yuan)理，但所采用(yòng)的㊙️能量波不(bú)同時，信号的(de)反射機理及(ji)在信号處理(li)等方⁉️面都有(yǒu)很大的不同(tóng)。以現在常用(yòng)的超聲波和(hé)微波物位計(jì)爲例，它們都(dōu)采用ToF測量原(yuán)理，都需要一(yi)個信号發生(sheng)器和一個回(hui)波信号接收(shou)器，但兩種能(neng)🛀🏻量波在性質(zhì)📞、頻率範圍、反(fan)射方法以及(jí)對于包含距(ju)❌離信号的反(fan)射波的處理(lǐ)上都有比較(jiào)大的差别。

　　超(chāo)聲波物位計(jì)與微波物位(wèi)計的對比

　　電(dian)磁波的波段(duan)從3kHz～3000GHz ，微波是指(zhi)頻率爲300MHz～300GHz的電(diàn)磁波。在物位(wèi)檢🤩測中，微💁波(bo)使用的頻段(duàn)規定在4～30GHz之間(jian)，典型波段爲(wei)6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的❗頻率屬于(yu)C波段微波;10GHz的(de)頻率屬于X波(bō)段微波;26GHz的🌏頻(pin)率屬于K波段(duàn)微波。

　　聲波是(shì)機械波，頻率(lǜ)範圍爲20Hz～20kHz ，因此(ci)，當聲波的振(zhen)動頻率高🔴于(yú)20kHz或低于20kHz時，我(wǒ)們便聽不見(jiàn)了。我們把頻(pin)率高于20kHz 的聲(shēng)波稱爲“超聲(sheng)波”。

　　電磁波與(yu)聲波産生的(de)原理是不同(tong)的，聲波是靠(kào)物質的☀️振✏️動(dòng)産生的，在真(zhen)空中不能傳(chuan)播;而電磁波(bo)是靠電子的(de)振蕩産生的(de)，其本身就是(shi)一種物質，傳(chuan)播不需要介(jie)質，能在真空(kong)中傳播。這兩(liǎng)種波在通過(guò)不🙇‍♀️同的介質(zhi)時都會發生(shēng)折射、反射、繞(rào)射和散射及(ji)吸收等現象(xiang)，物位計正是(shi)應用這種特(tè)性來測量距(jù)離🐉的。

　　超聲波(bo)物位計由聲(shēng)納技術衍化(huà)而來，其安裝(zhuāng)方式有頂部(bù)安裝💋和底部(bu)安裝兩種。早(zǎo)期的超聲物(wu)位計采用的(de)也是液👄體導(dao)聲，超聲探頭(tou)安裝在料罐(guàn)底部外，超聲(sheng)波從底部傳(chuán)入，經被測液(yè)體傳播到液(yè)面，反射後傳(chuan)回探頭。超聲(sheng)🏃波傳播時間(jiān)與液位的高(gao)低成🌏正比。由(yóu)于超聲波在(zai)各種被測介(jiè)質中傳播的(de)聲速不同，所(suǒ)以很難做成(chéng)通用産品;且(qiě)料罐底部(尤(you)其是⚽液體料(liào)罐的底部)安(ān)裝探頭的方(fang)法在實用中(zhong)往往也有困(kùn)難。因此，在實(shí)際工業過程(cheng)中，利用空氣(qì)作爲👌導聲介(jiè)質的頂部安(ān)裝🎯應用越☂️來(lái)越廣泛。

　　與超(chao)聲波物位計(jì)相比，雷達物(wù)位計的微波(bo)信号是🈲在不(bu)同介🌈電常數(shù)的分界面上(shàng)反射的。微波(bo)以光速傳播(bō)，速度幾乎不(bu)受介質特性(xìng)的影響，傳播(bō)衰減也很小(xiǎo)，約😘0.2dB/km 。回波信号(hào)強弱很大程(chéng)度上取🌂決于(yu)被測液💁面上(shang)的反射情況(kuàng)。在被測液面(miàn)上的反射🌈率(lǜ)除了取✍️決于(yú)被測物料的(de)面積和形狀(zhuàng)外，主要取決(jué)于物料的相(xiang)對介電常⚽數(shu)εr。相對介電常(cháng)數高，反射率(lü)也高，得❤️到的(de)回波強度高(gao);相對介👉電常(chang)數低，物料會(hui)吸收部分微(wēi)波能量，回波(bō)強度較低。

　　　近(jìn)年來，微電子(zǐ)技術的滲入(rù)大大促進了(le)新型物位測(ce)🈲量技術的發(fā)展，新的測量(liang)技術促使物(wù)位測量儀表(biao)産品結構産(chǎn)生了很大變(biàn)化。電池供電(diàn)及無線雷達(da)式物位儀表(biao)🌂也開始在市(shì)場上出現㊙️。所(suǒ)有這些技🈲術(shù)上取得的進(jìn)步以及不斷(duàn)下降的價格(gé)正推動着❓雷(lei)達式物位儀(yi)表的不斷🐆增(zeng)長。