物位測(cè)量技術發(fā)展

　　物位測(ce)量技術經(jing)曆了結構(gou)上從機械(xie)式儀表向(xiàng)電子式儀(yí)📞表發展，以(yǐ)及工作方(fang)式上由接(jiē)觸式向非(fei)接觸式發(fa)展的過程(chéng)。

　　上圖中，前(qián)4種測量技(ji)術都屬于(yú)接觸式測(ce)量方法，第(di)5種✨輻射🈲法(fǎ)爲非接觸(chù)測量方法(fǎ)。其中，直視(shi)法是指眼(yǎn)睛可💁以直(zhi)接觀測到(dao)介質容量(liàng)變化的一(yi)種方法；測(cè)力法是指(zhǐ)通過被測(cè)介質對指(zhǐ)示器或🐆傳(chuán)感器等目(mù)标施加外(wai)力來測量(liàng)的方法；壓(yā)力法是由(you)被測介質(zhi)🆚施加在測(ce)量探頭而(er)産生壓力(li)進行測量(liàng)的方法；電(dian)特性法是(shi)利用被測(cè)介質的電(dian)🆚特性進行(háng)測量的方(fāng)法；輻射法(fǎ)采用電磁(ci)頻譜原理(li)技術。

　　前4種(zhong)方法需要(yào)測量儀器(qì)的全部或(huo)一部分部(bù)件與被測(cè)介質💁(固體(ti)或液體物(wu)料)相接觸(chù)才能達到(dao)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(chan)☔生附着，當(dāng)物料爲腐(fu)蝕性或易(yi)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(yè)生産中，對(dui)物位儀表(biao)zui基本的要(yao)求是高精(jing)度和高可(kě)靠性，這就(jiù)需要有應(yīng)用範圍更(geng)大、精度更(geng)高的技術(shu)出現。

　　TOF測量(liang)原理

　　近幾(ji)年來，發展(zhǎn)較快的是(shì)行程時間(jian)或傳播時(shí)間ToF ( time of flight )測量原(yuan)理，又稱回(hui)波測距原(yuan)理。它是利(li)用能量波(bō)在空間中(zhong)的傳播時(shí)間來進行(hang)度量的一(yi)種方法。能(néng)量波在信(xin)号源與被(bèi)測對象之(zhi)間傳遞，能(neng)量波到達(dá)被測對象(xiang)後被反射(she)并返回到(dao)探頭上被(bei)接收，屬于(yú)非接觸測(ce)距。

　　ToF 測量技(jì)術可以利(li)用的能量(liàng)波有機械(xiè)波(聲或超(chao)聲波)、電磁(ci)🐉波(通常爲(wei)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(ji)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(wù)位計。

　　 雷達(da)物位計分(fèn)類

　　盡管輻(fú)射法物位(wèi)計都是采(cǎi)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(fǎn)射機理及(jí)在信号處(chù)理等方🔆面(mian)都有很大(da)的不同。以(yi)現在常用(yong)的超聲波(bo)和🔴微波物(wu)🤞位計爲例(lì)，它們⛱️都采(cai)用㊙️ToF測量原(yuan)理，都需要(yao)一個信号(hào)發生器和(he)一個回波(bo)信号接收(shou)器，但兩種(zhǒng)能量波在(zài)性質、頻率(lǜ)範圍、反射(shè)方法以及(jí)對于包含(han)距🌈離信号(hào)的反射波(bo)的處理上(shang)都💜有比較(jiào)大的差别(bié)。

　　超聲波物(wù)位計與微(wei)波物位計(jì)的對比

　　電(diàn)磁波的波(bo)段從3kHz～3000GHz ，微波(bo)是指頻率(lǜ)爲300MHz～300GHz的電磁(cí)波。在物⭕位(wèi)檢🤞測⛹🏻‍♀️中，微(wei)波使用的(de)頻段規定(dìng)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(lü)屬于X波段(duàn)微波;26GHz的頻(pin)率屬于K波(bō)段📞微波。

　　聲(shēng)波是機械(xie)波，頻率範(fàn)圍爲20Hz～20kHz ，因此(cǐ)，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(ba)頻率高🌂于(yu)20kHz 的聲波稱(chēng)爲“超聲波(bō)”。

　　電磁波與(yu)聲波産生(shēng)的原理是(shi)不同的，聲(shēng)波是靠物(wù)質的振動(dong)⭐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(zhǒng)物質，傳播(bo)不需要👈介(jie)質，能在真(zhēn)空中傳播(bō)。這兩種波(bō)在通過不(bú)同的介質(zhì)時都會發(fā)生折射、反(fǎn)射、繞射和(he)散射及吸(xi)🐇收等現象(xiang)，物位計正(zheng)是應用這(zhe)種特性來(lái)測量距離(lí)🏃🏻‍♂️的。

　　超聲波(bo)物位計由(yóu)聲納技術(shu)衍化而來(lái)，其安裝方(fāng)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(tǐ)導聲，超✊聲(shēng)探頭安裝(zhuāng)在料罐底(dǐ)部✏️外，超聲(sheng)波從底🏒部(bù)傳入，經被(bèi)測液體傳(chuan)播到液面(mian)，反射後傳(chuán)回探頭。超(chāo)聲波傳播(bō)時間與液(yè)位的高低(dī)成🤟正比。由(yóu)于超🔱聲波(bo)在各種被(bei)測介質中(zhong)傳播的聲(shēng)速不同，所(suǒ)以很難做(zuò)成通用産(chan)品;且料罐(guàn)底部(尤其(qi)是液體料(liào)罐的底部(bù))安裝探頭(tou)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(zuo)爲導聲介(jiè)質的頂部(bu)安裝應用(yòng)越來越廣(guǎng)泛。

　　與超聲(sheng)波物位計(ji)相比，雷達(dá)物位計的(de)微波信号(hào)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(te)性的影響(xiǎng)，傳播衰減(jiǎn)也很小，約(yuē)0.2dB/km 。回波信号(hào)強弱很大(dà)程度上取(qǔ)✉️決于被測(ce)液面上的(de)反射情況(kuàng)。在被測液(yè)面🐅上的反(fan)射💰率除了(le)取🈲決于被(bèi)測物料的(de)面積和形(xíng)狀外，主要(yao)取決于物(wù)料🏃‍♂️的相對(dui)介電常數(shù)εr。相對介電(diàn)常數高，反(fǎn)射率也高(gao)，得到的回(huí)波🈲強度高(gāo);相對介電(diàn)常數低🍉，物(wù)料會吸收(shōu)部分微波(bō)能量，回波(bo)強度較低(dī)。

　　　近年來，微(wei)電子技術(shù)的滲入大(da)大促進了(le)新型物位(wei)測量技術(shù)的發展，新(xin)的測量技(jì)術促使物(wu)位測量儀(yí)🚶‍♀️表産品結(jie)構産生了(le)很大變化(hua)。電池供電(dian)及無線雷(lei)達式物✌️位(wei)儀表也開(kāi)始在市場(chǎng)✍️上出現。所(suǒ)有這些技(ji)術上取得(dé)的進步以(yǐ)⛹🏻‍♀️及不斷下(xia)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)。