物(wù)位測量技術發(fa)展

　　物位測量技(jì)術經曆了結構(gou)上從機械式儀(yi)表向電子式儀(yi)表發展，以及工(gōng)作方式上由接(jie)觸式向非接觸(chu)式發展🏃🏻‍♂️的過程(cheng)。

　　上圖中，前4種測(cè)量技術都屬于(yú)接觸式測量方(fāng)法，第5種輻射法(fa)爲非接觸測量(liàng)方法。其中，直視(shi)法是指眼睛可(ke)✉️以直接觀👣測到(dao)介質♋容量變化(huà)的一種方法；測(cè)力法是指通過(guò)❓被測介質對指(zhǐ)示器或傳感器(qì)等目标施加外(wai)力來測量的方(fāng)法；壓力法是由(yóu)被測介質施加(jia)在測量探頭而(er)産生壓力進行(hang)測量的方法；電(diàn)♈特性法是利用(yong)被測介質的電(diàn)特性進行測量(liàng)的方法；輻射法(fǎ)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(huò)一部分部件與(yǔ)被測介質😍(固體(ti)或液體物料)相(xiang)接觸才能達到(dao)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(fǔ)蝕性或易産生(shēng)水鏽的介質時(shi)，對儀器精度的(de)影響将更加嚴(yan)重。在工業生産(chan)中，對物位儀表(biǎo)zui基本的要求是(shi)高精度和高可(ke)靠性，這就🤟需要(yào)有應用範圍更(geng)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(chuan)播時間ToF ( time of flight )測量原(yuán)理🐉，又稱回波測(cè)距原理。它是利(li)用能量波在空(kōng)💯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(bèi)接收🛀🏻，屬于非接(jiē)💋觸測距。

　　ToF 測量技(ji)術可以利用的(de)能量波有機械(xie)波(聲或超聲波(bō))、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(duan)的激光)，相應的(de)物位計稱爲超(chāo)聲波物位計、微(wēi)波物位計和激(ji)光物位計。

　　 雷達(da)物位計分類

　　盡(jìn)管輻射法物位(wei)計都是采用ToF測(cè)量原理，但所采(cǎi)用的能量波不(bú)同時，信号的反(fan)射機理及在信(xin)号處理等方面(mian)都有很大的不(bú)同。以現在常用(yòng)的超聲波和微(wei)波物位計爲例(lì)，它們都采用ToF測(cè)量原💯理，都需要(yào)一個信号發生(sheng)器和一個回波(bō)信号接收器，但(dan)兩種能量波在(zài)性質、頻率範圍(wei)、反射方法以及(ji)對于包含距📱離(li)信号的反✨射波(bō)的處理上都有(yǒu)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(bō)是指頻率爲300MHz～300GHz的(de)電磁波。在物⭐位(wei)檢🐪測🚩中，微波使(shǐ)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(shu)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(cǐ)，當聲波的振動(dòng)頻率高于20kHz或低(dī)于20kHz時，我們便聽(tīng)不見了。我們把(ba)頻率高🔴于20kHz 的聲(sheng)波⁉️稱爲❗“超聲波(bō)”。

　　電磁波與聲波(bō)産生的原理是(shi)不同的，聲波是(shì)靠物質的振動(dòng)🌈産生的，在真空(kong)中不能傳播;而(er)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(bo)不需要介質，能(néng)在真空中傳播(bō)。這兩種⛹🏻‍♀️波在通(tōng)過不同的介質(zhi)時都會發💋生折(shé)射、反射、繞射和(hé)散射及吸收等(děng)現象，物位計正(zheng)是應用這種特(tè)性來測量距離(li)的。

　　超聲波物位(wei)計由聲納技術(shù)衍化而來，其安(an)裝方式😘有頂部(bù)安裝和底部安(an)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(tóu)安裝在料罐底(dǐ)部外，超聲🈚波從(cong)底部傳入，經被(bei)測液體傳播到(dào)液面，反射後傳(chuan)回探頭。超聲波(bo)傳播時間與液(ye)位的高低成正(zheng)比。由于超聲波(bō)在各種㊙️被測介(jiè)質中⭐傳播的聲(shēng)速不同，所以很(hěn)難做成通用産(chǎn)品;且料罐底部(bu)(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(yě)✍️有困難。因此，在(zài)實際工業過程(cheng)中，利用空氣作(zuo)爲導聲介質🔴的(de)頂部安裝應用(yong)越來越廣泛。

　　與(yu)超聲波物位計(ji)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(miàn)上反射的。微波(bo)以光速傳播，速(su)度幾乎不受介(jie)質特性的影響(xiang)，傳播衰減也很(hěn)小，約0.2dB/km 。回波信💯号(hao)強弱很大程度(du)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(lǜ)除了取決于被(bei)測物料的面積(jī)和形狀外，主要(yào)💛取決于物料的(de)相對介電👨‍❤️‍👨常數(shù)εr。相對介電常數(shù)高，反射率也✏️高(gao)，得👌到的回波強(qiang)度高;相對介電(diàn)常數低，物料會(huì)吸收部👅分👣微波(bō)能量，回波強度(dù)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(liang)技術的📐發展，新(xīn)的測量技術促(cu)使物位測量儀(yi)表産品結構産(chan)生了很大變化(huà)。電池供電及無(wu)線雷🌈達式物位(wei)儀表也開始在(zài)市場上出現。所(suo)有這些技術上(shàng)取得的進步以(yǐ)及不斷下降的(de)價格🧑🏾‍🤝‍🧑🏼正推動着(zhe)雷達式物位🌐儀(yi)表的不斷增長(zhang)。