物位(wei)測量技術發展

　　物(wu)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(gōng)作方式上由接觸(chu)式向非接觸式發(fā)展的過程。

　　上圖中(zhong)，前4種測量技術都(dōu)屬于接觸式測量(liang)方法，第5種輻射法(fa)爲非接觸測量方(fang)法。其中，直視法是(shi)指眼睛可以直接(jiē)觀測到☂️介質容量(liàng)變化的一種方法(fǎ)；測力法是🐇指通過(guo)被測介⛷️質對指💋示(shi)器或傳感器等目(mù)标施加外力來測(ce)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(cè)量的方法；電特性(xing)法是利用被測介(jiè)質的電🌈特性進行(hang)測量🤩的方法；輻射(shè)法📱采用電磁頻譜(pǔ)原理技術。

　　前4種方(fang)法需要測量儀器(qi)的全部或一部分(fèn)部件與被♻️測介質(zhi)(固體或液體物料(liao))相接觸才能達到(dào)測量的目的。從長(zhǎng)期✍️來看⭐，物料㊙️粘附(fu)物及沉積物會對(dui)這⭕些機械部件産(chan)生附着，當物料爲(wèi)腐蝕性或易産生(sheng)水鏽的介質時，對(dui)儀器精度的影響(xiǎng)将更加嚴重。在✊工(gong)業生産中，對物位(wèi)儀表zui基本的要求(qiu)是高精度和高可(ke)靠性，這就需要有(yǒu)應用範圍更大、精(jing)度更高的技術出(chū)現🚶。

　　TOF測量原理

　　近幾(ji)年來，發展較快的(de)是行程時間或傳(chuán)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(liang)波在空🧑🏾‍🤝‍🧑🏼間中🤟的傳(chuan)✏️播時間來💚進行度(dù)量的一種方法。能(néng)量波在信号源與(yǔ)被測對象之間傳(chuán)遞，能量波到達被(bèi)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(liàng)波有機械波(聲或(huò)超聲波)、電磁波(通(tōng)🐉常爲K波段或C波段(duan)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(ji)都是采用ToF測量原(yuan)理，但所采用的能(néng)量波不同時，信号(hào)的反射機理及在(zài)信号處理等方面(mian)都有很大的不同(tong)。以現在常用的超(chāo)聲波和微波物位(wei)計爲例，它們都采(cǎi)用ToF測量原理，都需(xu)要一個信号發生(sheng)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(fǎ)以及對于包含距(jù)離信号的反射波(bo)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(pín)率屬于C波段微波(bo);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(wéi)爲20Hz～20kHz ，因此，當聲波的(de)振動頻率高于20kHz或(huo)低于20kHz時，我們便聽(tīng)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(yuán)理是不同的，聲波(bo)是靠物質的♍振動(dòng)産🈲生的，在真空中(zhong)不能傳播;而電磁(ci)波是靠電⛷️子的振(zhèn)蕩産生的，其本身(shen)就是一種物質，傳(chuán)播不需要介質，能(neng)在真空中傳播。這(zhè)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(zhèng)是應用這種特性(xing)來測量距離的。

　　超(chāo)聲波物位計由聲(shēng)納技術衍化而來(lai)，其安裝方式有頂(dǐng)部安裝和底部安(an)裝兩種。早期的超(chao)聲物位計㊙️采用的(de)也☁️是液體導聲，超(chāo)聲探頭安裝在料(liao)罐底部外，超聲波(bō)從底部傳入，經被(bei)測液體傳播到液(ye)面，反射後傳回探(tàn)頭。超聲波傳播時(shi)間與液位的高低(di)成❗正比。由于超聲(sheng)波在各種被測介(jie)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(yè)體料罐的底部)安(an)裝探頭的方法在(zai)實用中往往也有(yǒu)困難。因此，在實✏️際(jì)工業過程中，利用(yong)空氣作爲導聲介(jiè)質的頂部安裝應(ying)用越來越廣泛。

　　與(yǔ)超聲波物位計相(xiàng)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(sù)度幾乎不受介質(zhì)特性的影響，傳播(bo)衰減也🏃🏻‍♂️很小，約0.2dB/km 。回(hui)波信号強弱很大(dà)程度上取決于被(bèi)測液面上的反射(shè)情況。在被測液面(mian)上的反射🤟率除了(le)取決于被測物料(liào)的面積和形狀外(wài)，主要取決于物料(liào)的相對介電常♻️數(shu)εr。相對介電常數高(gāo)，反射率也高，得到(dào)的回波強度高👌;相(xiang)對介電常數低，物(wù)料會吸收部分微(wei)波能量，回波強⚽度(du)較低。

　　　近年來，微電(diàn)子技術的滲入大(dà)大促進了新型物(wù)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(sheng)了🐕很大🚩變化。電池(chi)供電及無線雷達(da)式物位儀表🧑🏾‍🤝‍🧑🏼也開(kāi)始在市場上出現(xiàn)。所有這些技術上(shàng)取得的進步以及(ji)不斷下💁降的價格(gé)正推動着雷達式(shì)物位儀表的不斷(duàn)增長。