物(wu)位測量技術發(fā)展

　　物位測量技(jì)術經曆了結構(gou)上從機械式儀(yí)表向電子式儀(yí)表發展，以及工(gōng)作方式上由接(jiē)觸式向非接觸(chù)式發展的過程(chéng)。

　　上圖中，前4種測(cè)量技術都屬于(yu)接觸式測量方(fāng)法，第5種輻射法(fa)🚶爲非接觸測量(liang)方法。其中，直視(shi)法是指眼睛可(kě)以直接觀測到(dao)介質容量變化(hua)的一種方法；測(cè)力法是指通過(guo)被測介質對指(zhi)示器或🧡傳感器(qi)等目标施加外(wài)力來測量🔅的方(fang)法；壓力法是由(yóu)被測介質施加(jiā)在測量探頭而(er)産生壓力進行(hang)測量的方法；電(dian)特性法是利♋用(yòng)被測介質的電(diàn)特性進行測量(liang)的方法；輻射法(fa)🌐采用電磁頻譜(pǔ)♌原理技術。

　　前4種(zhǒng)方法需要測量(liang)儀器的全部或(huo)一部分部件與(yu)被測介質(固體(ti)或液體物料)相(xiàng)接觸才能達到(dào)測量的目的。從(cóng)長期來看，物料(liào)粘附物及沉積(jī)物會對這些機(ji)械部件産生附(fù)着，當物料爲腐(fu)蝕性或易産生(sheng)水鏽的介🛀🏻質時(shí)，對儀器精度的(de)影響将更加嚴(yan)重。在工業生産(chǎn)中，對物位儀表(biao)zui基本的要求是(shì)高精度和高可(ke)靠性，這就需要(yao)有應用範圍更(gèng)大、精度更高的(de)技術出現。

　　TOF測量(liàng)原理

　　近幾年來(lai)，發展較快的是(shì)行程時間或傳(chuán)播時間ToF ( time of flight )測量原(yuán)理，又稱回波測(ce)距原理。它是利(li)用能量波在空(kong)間中的傳播時(shi)間來💯進行👨‍❤️‍👨度量(liang)的一種方法。能(néng)量波在信号源(yuán)與被🏃測對象之(zhi)間傳遞，能量波(bō)到達被測對象(xiang)後被反射并返(fǎn)回到探頭上被(bei)接收，屬于非接(jie)觸測距。

　　ToF 測量技(ji)術可以利用的(de)能量波有機械(xiè)波(聲或超聲波(bo))、電磁波(通常爲(wèi)K波段或C波段的(de)微波)和激光(通(tong)常爲紅外波段(duàn)的激光🌈)，相應的(de)物位計稱爲超(chāo)聲波物位計、微(wei)波物位計和激(jī)💋光物位計。

　　 雷達(dá)物位計分類

　　盡(jìn)管輻射法物位(wei)計都是采用ToF測(ce)量原理，但所采(cai)用的能🌏量🏃‍♀️波不(bu)同時，信号的反(fǎn)射機理及在信(xin)号處理❓等方面(miàn)都有很⛷️大的不(bu)同。以現在常用(yong)的超聲波和微(wei)波物位計爲例(lì)，它們都采用ToF測(ce)量原理，都需要(yao)一🌏個信号發生(shēng)器和一個回波(bo)信号接收器，但(dan)兩種能㊙️量波在(zai)性質、頻率範圍(wéi)、反射方法以及(jí)💯對于包含距🆚離(li)信号的反㊙️射波(bō)的處理上都👣有(you)比較大的差别(bie)。

　　超聲波物位計(ji)與微波物位計(ji)的對比

　　電磁波(bo)的波段從3kHz～3000GHz ，微波(bo)是指頻率爲300MHz～300GHz的(de)電磁波。在物位(wei)檢測中，微波使(shi)用的頻段規定(ding)在4～30GHz之間，典型波(bō)段爲6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的頻率屬(shǔ)于🐕C波段微波;10GHz的(de)頻率屬于X波段(duàn)微波;26GHz的頻率屬(shu)于K波段微波。

　　聲(shēng)波是機械波，頻(pin)率範圍爲20Hz～20kHz ，因此(ci)，當聲波的振動(dòng)頻率高于💯20kHz或低(di)于20kHz時，我們便聽(ting)不見了。我們把(ba)頻率高☁️于20kHz 的聲(shēng)波😍稱爲✨“超聲波(bō)”。

　　電磁波與聲波(bo)産生的原理是(shi)不同的，聲波是(shi)靠物質的振⛷️動(dong)産生的，在真空(kōng)中不能傳播;而(ér)電磁波是靠電(dian)子的振蕩産生(shēng)的，其本身就是(shi)一種物質，傳播(bō)不需要介質，能(neng)在真空中傳播(bō)。這兩種波在通(tong)過不同的介質(zhi)👣時都會發👅生折(shé)射、反射、繞射和(he)散射及吸👉收等(deng)現象，物位計正(zhèng)是應用這種特(te)性來測量距離(li)⛷️的。

　　超聲波物位(wei)計由聲納技術(shu)衍化而來，其安(ān)裝方式有頂部(bù)安裝和底部安(ān)裝兩種。早期的(de)超聲物位計㊙️采(cǎi)用的也是液體(ti)導聲，超聲探頭(tou)安裝在料罐底(dǐ)部外，超聲波從(cóng)底部傳入，經被(bei)測液體傳播到(dào)液面，反射後傳(chuán)回探頭。超聲波(bō)傳播時🏃🏻‍♂️間與液(ye)位的高低成正(zheng)比。由于超聲波(bo)在各種被測介(jie)質中傳播的聲(shēng)速不同，所以很(hen)🤞難做成通用産(chan)品🤟;且料罐底部(bù)(尤其是✨液體料(liào)罐的底部)安裝(zhuang)探頭的方法在(zài)實用中往往🌈也(ye)有困難。因此，在(zai)實際工業過程(cheng)中，利用空氣作(zuò)爲😍導聲介質的(de)頂部安裝🔞應用(yong)越來越廣泛。

　　與(yǔ)超聲波物位計(jì)相比，雷達物位(wèi)計的微波信号(hao)是在🈲不同🐅介電(diàn)常數的分界面(mian)上反射的。微波(bo)以光速‼️傳播，速(sù)度😍幾乎不受👅介(jie)質特性的影響(xiǎng)，傳播衰減也🌈很(hen)小，約0.2dB/km 。回波信号(hào)強弱很大程度(dù)上取決于被測(cè)液面上的反射(she)情況。在被測液(ye)面上的反射率(lü)除了取決于被(bei)測物料的面積(ji)和🚶‍♀️形狀外，主要(yao)取決于物料☁️的(de)相對介電常數(shu)εr。相對介電常數(shu)高，反射率也高(gāo)，得到的回波強(qiang)度高;相對介電(dian)常數低，物料會(huì)吸收部分微波(bō)能量，回波強度(du)較低。

　　　近年來，微(wei)電子技術的滲(shèn)入大大促進了(le)新型物位測量(liàng)技術🥰的發展，新(xin)的測量技術促(cù)使物位測量儀(yí)表産品結構産(chǎn)生了很大變化(huà)。電池供電及無(wu)線雷達式物👅位(wèi)儀表也開始在(zai)市場上出現👣。所(suo)有這些技術上(shang)取得的進步以(yi)及不斷下降的(de)價格🌈正推動着(zhe)雷達式物位㊙️儀(yí)表的不斷增長(zhang)。