物位(wei)測量技術發展

　　物(wù)位測量技術經曆(lì)了結構上從機械(xiè)式儀表向電子式(shì)儀表🧑🏽‍🤝‍🧑🏻發展，以及工(gong)作方式上由接觸(chù)式向非接🐕觸式發(fā)展🌈的過程。

　　上圖中(zhōng)，前4種測量技術都(dōu)屬于接觸式測量(liàng)方法，第5種輻射法(fa)爲非接觸測量方(fāng)法。其中，直視法是(shì)指眼⛷️睛可以直接(jie)觀測到介質✊容量(liang)變化的一種方法(fǎ)；測力法是指通過(guò)被測介🔞質對指🌏示(shi)器或傳感器等目(mu)标施加外力來測(cè)量的方法；壓♈力法(fǎ)是由被測介質施(shi)加在測量探頭而(ér)産生壓力進行測(ce)量的方法；電🧡特性(xìng)法是利用被測介(jie)質的電特性進行(háng)測量的方法；輻射(she)法🤩采用電磁頻譜(pu)原理技術🌈。

　　前4種方(fāng)法需要測量儀器(qì)的全部或一部分(fèn)部件與被🏃🏻測介質(zhì)(固體或液體物料(liào))相接觸才能達到(dào)測量的目的。從♉長(zhǎng)期來看，物料粘附(fù)物及沉積物會對(duì)這些機械部件産(chan)生附着，當物料爲(wèi)腐蝕性或易産生(shēng)🏒水鏽的介質時，對(duì)儀器精度的影響(xiang)将更🔅加嚴重。在🔱工(gong)業生産中，對物位(wei)儀表zui基本的要求(qiu)是高精度和高可(kě)靠性，這就需要有(you)應用範圍更大、精(jīng)度更高的🔞技術出(chu)現。

　　TOF測量原理

　　近幾(jǐ)年來，發展較快的(de)是行程時間或傳(chuan)播時間ToF ( time of flight )測量原理(li)，又稱🔆回波測距原(yuán)理。它是利用能量(liàng)波在空間中的傳(chuán)播時間來進行🈲度(dù)量的一種方法。能(neng)量波在信号源與(yǔ)被測對象之間傳(chuán)遞，能量波到達被(bei)測對象後被反射(she)并返回到探頭上(shàng)被接收，屬于非接(jie)觸測距。

　　ToF 測量技術(shù)可以利用的能量(liang)波有機械波(聲或(huò)超聲波)、電磁波(通(tong)常爲K波段或C波段(duàn)的微波)和激光(通(tōng)常🚩爲紅外波段的(de)激光)，相應的物位(wei)計稱爲超聲波物(wù)位計、微波物位計(ji)和激光物位🤞計。

　　 雷(léi)達物位計分類

　　盡(jìn)管輻射法物位計(jì)都是采用ToF測量原(yuán)理，但所采用的能(neng)量波不同時，信号(hào)的反射機理及在(zài)信号處理等方面(miàn)都有很大的不同(tóng)。以現在常用的超(chao)聲波和微波物位(wèi)計爲例，它們都采(cǎi)用ToF測量原理，都需(xu)要一個信号發生(shēng)器和一個回波信(xin)💋号接收器，但兩種(zhǒng)能量波在性質、頻(pin)率範圍、反射方法(fa)以及對于包含距(ju)🌈離信号的反射波(bō)的處理上都有比(bi)較大的差别。

　　超聲(shēng)波物位計與微波(bo)物位計的對比

　　電(diàn)磁波的波段從3kHz～3000GHz ，微(wei)波是指頻率爲300MHz～300GHz的(de)電磁波。在物位檢(jiǎn)🏒測中，微波使用的(de)頻段規定在4～30GHz之間(jian)，典型波段爲6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的頻(pin)率屬于☁️C波段⭐微波(bō);10GHz的頻率屬于X波段(duàn)微波;26GHz的頻率屬于(yú)K波段微波。

　　聲波是(shì)機械波，頻率範圍(wei)爲20Hz～20kHz ，因此，當聲波的(de)振動頻🔴率高于😄20kHz或(huò)👌低于20kHz時，我們便聽(ting)不見了。我們把頻(pín)率高于20kHz 的聲波☎️稱(chēng)爲“超聲波”。

　　電磁波(bo)與聲波産生的原(yuan)理是不同的，聲波(bo)是靠物質的✔️振動(dòng)産🏒生的，在真空中(zhōng)不能傳播;而電磁(cí)波是靠電🌈子的振(zhèn)蕩産生的，其本身(shen)就是一種物質，傳(chuan)播不需要介質，能(néng)📐在真空中傳播。這(zhe)兩種✏️波在通過不(bu)同的介質時都會(huì)發生折射、反⁉️射、繞(rao)射和散射及吸⭐收(shōu)等現象，物位計正(zheng)是應用這種特性(xing)來測量距離的。

　　超(chao)聲波物位計由聲(sheng)納技術衍化而來(lái)，其安裝方式有頂(ding)部安裝和底部安(ān)裝兩種。早期的超(chāo)聲物位計采用的(de)也是液體導聲，超(chāo)聲探頭安裝在料(liào)罐底部外，超聲🈲波(bo)從底🌈部傳入，經被(bei)測液體傳播到液(ye)面，反射後傳回探(tan)頭。超聲波傳播時(shi)間與液位的高低(di)成正比。由于超聲(shēng)波在各種被測介(jiè)質中傳播的聲速(su)不同，所以很難做(zuo)成通用産品;且料(liao)罐底部(尤其是液(ye)體料罐的底部)安(ān)裝探🔴頭的方法在(zai)實用中往往💯也有(you)困難。因此，在實際(jì)工業過程中，利用(yòng)空氣作爲導聲介(jie)質的頂部安裝應(yīng)用越來越廣泛。

　　與(yu)超聲波物位計相(xiang)比，雷達物位計的(de)微波信号是💃🏻在不(bú)同介電常數的分(fèn)界面上反射的。微(wei)波以光速傳播，速(su)度幾乎🔞不受介質(zhi)特性的影響，傳播(bō)衰減也很小，約0.2dB/km 。回(huí)波信号強弱很大(dà)程度上取決于被(bèi)測液面上的反射(she)情況。在被測液面(miàn)上的反射🧑🏾‍🤝‍🧑🏼率除了(le)取決于被測物⛹🏻‍♀️料(liao)的面積和👉形狀外(wài)，主要取決于物料(liao)👨‍❤️‍👨的相對介電常數(shu)εr。相對介電常數高(gao)，反射率也高，得到(dao)的回波⭕強度高;相(xiàng)對介🧑🏽‍🤝‍🧑🏻電常數低，物(wu)料會吸收部📱分微(wei)波能量，回波強度(du)較低。

　　　近年來，微電(dian)子技術的滲入大(dà)大促進了新型物(wu)位測♉量技術的發(fā)展，新的測量技術(shu)促使物位測量儀(yi)表産品結構産生(shēng)了很大變化。電池(chi)供電及無線雷達(dá)式物位儀表也開(kai)始在市場🐅上出現(xiàn)。所有這些技🛀術上(shang)取得的進步以及(jí)不斷下降的價格(ge)正推動着雷達式(shi)物位儀表的不斷(duàn)增長。