物位測量技(jì)術發展

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

　　上圖中，前4種(zhǒng)測量技術都(dou)屬于接觸式(shi)測量方法，第(di)5種輻射法爲(wei)非接觸測量(liang)方法。其中，直(zhi)視法是指眼(yan)睛可以直接(jie)觀測到🔅介質(zhi)容量變化的(de)一種方法；測(ce)力法是♊指通(tōng)過被測介質(zhi)對指示器或(huò)傳感器等目(mù)标施加外力(lì)來測量🏃🏻‍♂️的方(fāng)法；壓力法是(shì)由被測介質(zhi)✌️施加在測量(liang)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(zhi)的電特性進(jìn)行測量的方(fang)法；輻射法采(cǎi)用電💃磁頻譜(pǔ)原理技術。

　　前(qian)4種方法需要(yào)測量儀器的(de)全部或一部(bù)分部件與被(bèi)測介質(固體(tǐ)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(zhan)附物及沉積(jī)物會對這些(xiē)機械🏃‍♀️部件産(chan)生附着🏒，當物(wù)料❗爲腐蝕性(xìng)或易産生水(shuǐ)鏽的介質時(shí)，對儀器精度(dù)的影響将更(geng)✊加嚴重。在工(gōng)業生産中，對(duì)物位儀表zui基(jī)本的要求是(shì)高精度和高(gāo)可靠性，這就(jiu)需要有應用(yong)範📞圍更大、精(jīng)度更高的技(ji)術出現。

　　TOF測量(liang)原理

　　近幾年(nián)來，發展較快(kuài)的是行程時(shí)間或傳播時(shi)間ToF ( time of flight )測📱量原⛹🏻‍♀️理(li)⭐，又稱回波測(ce)距原理。它是(shi)利用能量波(bo)在空間中的(de)傳播時間來(lai)進行度量的(de)一種方法。能(neng)量波㊙️在信号(hao)源與被測對(duì)象之間傳遞(di)，能量波到達(da)被測對象後(hou)被反射并返(fan)回到探頭😘上(shang)被接收，屬于(yú)非接觸測距(ju)。

　　ToF 測量技術可(ke)以利用的能(néng)量波有機械(xiè)波(聲或超聲(sheng)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(ying)的物位計稱(chēng)爲超聲波物(wù)位計、微💘波物(wu)位計和激光(guang)物位計。

　　 雷達(da)物位計分類(lei)

　　盡管輻射法(fa)物位計都是(shi)采用ToF測量原(yuán)理，但所采用(yong)的能量波不(bú)同時，信号的(de)反射機理及(ji)在信号處理(lǐ)💋等方面都🧡有(yǒu)很👈大的不同(tong)。以現在常用(yong)的超聲波和(he)微波物📧位計(jì)爲例，它們⭐都(dōu)采用ToF測量原(yuan)理，都需要一(yi)個信号發生(sheng)器和一個回(huí)波信号接收(shou)器，但兩種能(néng)📧量波在性質(zhì)、頻率範圍、反(fan)射方法以及(ji)對于包含距(jù)離信号的反(fan)射✉️波的處理(li)上都有比較(jiao)大的差别。

　　超(chao)聲波物位計(jì)與微波物位(wèi)計的對比

　　電(diàn)磁波的波段(duàn)從3kHz～3000GHz ，微波是指(zhǐ)頻率爲300MHz～300GHz的電(diàn)磁波。在物位(wei)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(wèi)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(bo)段微波;26GHz的頻(pín)率屬于K波段(duàn)🚩微波。

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

　　電磁波與(yu)聲波産生的(de)原理是不同(tóng)的，聲波是靠(kào)物㊙️質的振動(dong)産生的，在真(zhen)空中不能傳(chuán)播;而電磁波(bo)是靠電😍子的(de)振蕩㊙️産生⛱️的(de)，其本身就是(shì)一種物質，傳(chuán)播😄不需要☎️介(jie)質，能在真空(kong)中傳播。這兩(liang)種波在通過(guò)不同的介質(zhi)時都會發生(shēng)折射、反射、繞(rao)射和散射及(jí)吸收等現象(xiang)，物位計正是(shi)應🍉用這種特(te)性來測量距(jù)離的。

　　超聲波(bō)物位計由聲(shēng)納技術衍化(hua)而來，其安裝(zhuāng)方式有頂部(bu)安裝和底部(bu)安裝兩種。早(zao)期的超聲物(wù)位計💘采用的(de)也🚶‍♀️是液體導(dǎo)聲，超聲探頭(tou)安裝在料罐(guàn)底部🐇外，超聲(shēng)波從底部傳(chuán)入，經被測液(ye)體傳播到液(yè)面，反射後傳(chuan)回探頭。超聲(shēng)波傳播時🈲間(jiān)與液位的高(gāo)低成正比。由(yóu)于超聲波在(zài)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(qie)料罐底部(尤(you)其是液體料(liào)罐的底部)安(an)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(qi)作爲導聲介(jie)質的頂部安(ān)裝應用越來(lai)越廣泛。

　　與超(chāo)聲波物位計(ji)相比，雷達物(wu)位計的微波(bō)信号是在🍉不(bú)同介電常數(shù)的分界面上(shang)反射的。微波(bo)以光速傳播(bō)💃，速度幾乎不(bu)受介質😘特性(xing)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(cheng)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(lü)除了取決于(yu)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(gāo);相對介電常(cháng)數低，物料會(hui)吸收部分微(wei)波能量，回波(bo)強😘度較低。

　　　近(jin)年來，微電子(zǐ)技術的滲入(rù)大大促進了(le)新型物位測(cè)量技術💘的發(fā)展，新的測量(liang)技術促使物(wu)位測量儀🏒表(biao)産品結構産(chǎn)生了很大變(bian)化。電池供電(diàn)及無線雷達(dá)式物位儀表(biao)也開始在市(shì)場上出現🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。所(suo)有這些技術(shù)上取得的進(jin)步以及不斷(duàn)下降的價格(gé)正推動着雷(léi)達式物位㊙️儀(yí)表的不斷增(zēng)長。