物位測(ce)量技術發(fa)展

　　物位測(ce)量技術經(jīng)曆了結構(gou)上從機械(xiè)式儀表向(xiang)電子式儀(yí)表發展，以(yi)及工作方(fāng)式上由接(jie)觸式向非(fēi)接觸式發(fā)展的過程(cheng)。

　　上圖中，前(qian)4種測量技(ji)術都屬于(yú)接觸式測(cè)量方法，第(dì)☎️5種輻射法(fa)爲非接觸(chu)測量方法(fa)。其中，直視(shì)法是指眼(yan)睛可以直(zhi)接觀測到(dào)㊙️介質容量(liang)變化的一(yi)種方法；測(cè)力法是指(zhi)通過被測(cè)介質對指(zhǐ)示器或傳(chuán)感器等目(mù)标施加外(wài)力來測量(liàng)的方法；壓(yā)力法是由(you)被測介質(zhi)施加在測(cè)量探頭而(ér)産生♋壓力(lì)進行測🔞量(liang)的方法；電(diàn)特性法是(shi)利用被測(ce)介質的電(diàn)🈚特性進行(háng)測量的方(fang)法；輻射法(fǎ)采用電磁(cí)頻譜原理(lǐ)技術❄️。

　　前4種(zhǒng)方法需要(yào)測量儀器(qì)的全部或(huo)一部分部(bù)件與被測(ce)介質(固❄️體(tǐ)或液體物(wu)料)相接觸(chù)才能達到(dào)測量的目(mù)的。從長期(qī)來看，物料(liào)粘附物及(ji)沉積物會(huì)對這🌈些機(ji)械🏃🏻部件産(chǎn)生附着，當(dang)物料爲腐(fǔ)蝕🛀🏻性或易(yì)産生水鏽(xiù)的介質時(shi)，對儀器精(jīng)度的影響(xiang)将更加嚴(yan)重。在工業(ye)生産中，對(duì)物位儀表(biǎo)zui基本的要(yao)求是高精(jing)度和高可(ke)靠性，這就(jiu)需要有應(yīng)用範圍更(geng)大、精度更(geng)高的🌈技術(shù)出現。

　　TOF測量(liang)原理

　　近幾(jǐ)年來，發展(zhǎn)較快的是(shì)行程時間(jiān)或傳播時(shi)間ToF ( time of flight )測量原(yuán)理✏️，又稱回(huí)波測距原(yuan)理。它是利(lì)用能量波(bō)在空🈲間中(zhōng)㊙️的傳播時(shi)間來進行(háng)度量的一(yī)種方法。能(neng)量波在信(xin)号源與被(bei)測對象之(zhi)間傳遞，能(neng)量波到達(dá)被測對象(xiang)後被反射(shè)并返回到(dào)探頭上被(bei)接收，屬于(yú)非接觸測(ce)距。

　　ToF 測量技(ji)術可以利(lì)用的能量(liang)波有機械(xiè)波(聲或超(chao)聲波)、電磁(ci)波(通常爲(wèi)K波段或C波(bō)段的微波(bo))和激光(通(tōng)常‼️爲紅外(wài)波段的激(jī)光)，相應的(de)物位計稱(chēng)爲超聲波(bō)物😘位計、微(wei)波物位🐕計(jì)和激光物(wu)位計。

　　 雷達(dá)物位計分(fèn)類

　　盡管輻(fu)射法物位(wèi)計都是采(cai)用ToF測量原(yuán)理，但所采(cai)用的能量(liàng)波不同時(shi)，信号的反(fan)射機理及(jí)在信号處(chù)理等方面(miàn)都有很⚽大(da)的不同。以(yǐ)現在常用(yong)的超聲波(bō)和😄微波物(wu)位計爲🌏例(lì)，它們都采(cǎi)用ToF測量原(yuán)😍理，都需要(yào)一♋個信号(hao)發生器和(hé)一個回波(bo)信号接收(shōu)器，但兩種(zhong)能👉量波在(zài)性質、頻率(lü)範圍、反🍉射(she)方法以及(jí)對于包含(hán)距離信号(hào)的反射波(bō)的處理上(shàng)都有比較(jiao)大的差别(bie)。

　　超聲波物(wu)位計與微(wēi)波物位計(ji)的對比

　　電(diàn)磁波的波(bo)段從3kHz～3000GHz ，微波(bo)是指頻率(lü)爲300MHz～300GHz的電磁(cí)波。在物位(wèi)檢測中，微(wēi)㊙️波使用的(de)頻段規定(ding)在4～30GHz之間，典(diǎn)型波段💚爲(wèi)6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的頻率屬(shǔ)于📱C波段微(wei)波✊;10GHz的頻率(lǜ)屬于X波段(duan)微波;26GHz的頻(pin)率屬于K波(bo)段微波。

　　聲(sheng)波是機械(xiè)波，頻率範(fàn)圍爲20Hz～20kHz ，因此(ci)，當聲波的(de)振動頻♌率(lǜ)高于20kHz或低(di)于20kHz時，我們(men)便聽不見(jiàn)了。我們把(bǎ)頻率高于(yu)20kHz 的🔴聲波稱(chēng)爲“超聲波(bo)”。

　　電磁波與(yu)聲波産生(shēng)的原理是(shì)不同的，聲(sheng)波是靠物(wu)質🍓的振♍動(dòng)産生的，在(zai)真空中不(bú)能傳播;而(er)電磁波是(shi)靠電子的(de)振蕩🏃‍♂️産生(shēng)的，其本身(shēn)就是一種(zhong)物質，傳播(bo)不需要介(jiè)質，能在真(zhēn)空中傳播(bō)🐪。這兩種波(bo)在通過不(bú)同的介質(zhi)時都會發(fā)🌍生折射、反(fan)🐅射、繞射和(he)散射及吸(xi)收等現象(xiàng)，物位計正(zheng)是應用這(zhè)種特性來(lái)測量距離(lí)的。

　　超聲波(bō)物位計由(yóu)聲納技術(shu)衍化而來(lai)，其安裝方(fang)式有頂⭐部(bu)安🏃‍♂️裝和底(dǐ)部安裝兩(liang)種。早期的(de)超聲物位(wei)計☁️采用🐪的(de)也是液體(ti)導聲，超聲(shēng)探頭安裝(zhuāng)在料罐底(di)部外，超聲(shēng)波從底部(bù)傳入✔️，經被(bei)測🐅液體傳(chuan)播到液面(miàn)，反射後傳(chuán)回探頭。超(chao)聲波傳播(bo)時間與液(ye)位的高低(di)成🔴正比。由(yóu)于超聲波(bo)在各種被(bei)測介質中(zhong)傳播的聲(sheng)速不同，所(suo)以很難做(zuo)成通用産(chan)品;且料罐(guàn)底部(尤其(qi)是液體料(liào)罐的底部(bu))安裝探頭(tóu)的方法在(zai)實用中往(wang)往✏️也🙇🏻有困(kùn)難。因此，在(zài)實🧑🏾‍🤝‍🧑🏼際工業(ye)過程中，利(li)用空氣作(zuò)爲導聲介(jiè)質的頂部(bù)安裝應用(yong)越來越廣(guǎng)泛。

　　與超聲(shēng)波物位計(ji)相比，雷達(dá)物位計的(de)微波信号(hao)是在👄不同(tong)介電常數(shu)的分界面(mian)上反射的(de)。微波以光(guang)速♈傳播，速(sù)度💃幾乎不(bú)受介質特(tè)性的影響(xiǎng)，傳播衰減(jiǎn)也很小，約(yue)0.2dB/km 。回波信😍号(hao)強弱很大(dà)程度上取(qǔ)決于被測(ce)液面上的(de)反射情況(kuang)。在被測液(ye)面上的反(fan)射⛱️率除了(le)取決于被(bèi)測物料的(de)面積和形(xing)狀外，主要(yào)取決于物(wu)料🏒的相對(dui)介電常數(shu)εr。相對介電(diàn)常數高，反(fǎn)射率也高(gao)，得到的回(hui)波🔴強度高(gao)🈚;相對介電(diàn)常數低，物(wu)料會吸收(shōu)部分微波(bo)能量，回波(bo)強👣度較低(di)。

　　　近年來，微(wēi)電子技術(shu)的滲入大(da)大促進了(le)新型物位(wèi)測量☎️技術(shù)的❌發展，新(xin)的測量技(ji)術促使物(wù)位測量儀(yi)表産品結(jie)🏒構産生了(le)很大變化(huà)。電池供電(dian)及無線雷(léi)達式物位(wèi)儀表也開(kai)始在市場(chǎng)上出現💁。所(suo)有這些技(jì)♍術上取得(dé)㊙️的進步以(yǐ)及不斷下(xià)降的價格(gé)正推動着(zhe)雷達式物(wu)位儀表的(de)不斷🈲增長(zhang)。