物(wu)位測量(liàng)技術發(fa)展

　　物位(wèi)測量技(ji)術經曆(lì)了結構(gou)上從機(ji)械式儀(yí)表向電(diàn)子㊙️式儀(yí)表發展(zhan)，以及工(gong)作方式(shì)上由接(jie)觸式向(xiàng)非接觸(chu)式發展(zhan)的過程(chéng)。

　　上圖中(zhong)，前4種測(ce)量技術(shu)都屬于(yú)接觸式(shi)測量方(fāng)法，第5種(zhǒng)輻射法(fǎ)爲非接(jie)觸測量(liang)方法。其(qi)中，直視(shi)法是指(zhǐ)眼睛可(ke)以直接(jie)觀❄️測到(dào)介質💁容(rong)量變化(huà)的一種(zhong)方法；測(cè)力法是(shi)✂️指通過(guò)被測介(jie)質對指(zhi)♻️示器或(huò)傳感器(qì)等目标(biāo)施加外(wai)力來測(cè)量的方(fāng)法；壓力(li)法是由(yóu)被測介(jie)質施加(jiā)在測量(liàng)✉️探頭而(ér)産生壓(ya)力進行(háng)測㊙️量的(de)方法；電(dian)💚特性法(fǎ)是利用(yong)被測介(jiè)質的電(diàn)特性進(jìn)行測量(liàng)的方法(fǎ)；輻射法(fa)采用電(dian)磁頻譜(pǔ)原理技(jì)術。

　　前4種(zhong)方法需(xū)要測量(liang)儀器的(de)全部或(huò)一部分(fèn)部件與(yǔ)被測介(jie)質(固體(ti)或液體(ti)物料)相(xiang)接觸才(cai)能達到(dào)測量🙇🏻的(de)目❓的。從(cóng)👌長期來(lái)看🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，物料(liao)🍉粘附物(wù)及沉積(jī)物會對(duì)這些機(ji)械部件(jiàn)産生附(fù)着，當物(wù)料爲腐(fǔ)蝕性或(huo)易産生(sheng)水鏽的(de)介質時(shi)，對儀器(qi)精度的(de)影響将(jiang)更加嚴(yán)重。在工(gōng)業生産(chǎn)中，對物(wu)位儀表(biao)zui基本的(de)要求是(shì)高精度(du)和高可(kě)靠性，這(zhè)就需要(yao)有應用(yòng)範圍更(gèng)大、精度(du)更高的(de)技術出(chū)現。

　　TOF測量(liang)原理

　　近(jin)幾年來(lai)，發展較(jiao)快的是(shì)行程時(shi)間或傳(chuan)播時間(jiān)ToF ( time of flight )測量原(yuán)理，又稱(chēng)回波測(cè)距原理(li)。它是利(li)用能量(liàng)波在空(kong)間中👌的(de)傳播時(shí)間來進(jìn)行🏃🏻‍♂️度量(liang)的一種(zhong)方法。能(néng)量波在(zai)信号源(yuan)與被測(cè)對象之(zhī)間傳遞(dì)，能量波(bo)到達被(bei)測💯對象(xiang)後被反(fǎn)射并返(fǎn)回到探(tan)頭⁉️上被(bèi)接收，屬(shu)于非接(jiē)🏃🏻觸測距(ju)。

　　ToF 測量技(jì)術可以(yi)利用的(de)能量波(bō)有機械(xie)波(聲或(huò)超聲波(bō))、電磁波(bo)(通常爲(wèi)K波段或(huo)C波段的(de)微波)和(he)激光(通(tōng)常爲紅(hong)外波段(duan)的☂️激光(guāng))，相應的(de)物位計(jì)稱爲超(chao)聲波物(wu)位計、微(wēi)波物位(wei)計和激(ji)光物位(wei)計。

　　 雷達(dá)物位計(jì)分類

　　盡(jìn)管輻射(shè)法物位(wei)計都是(shi)采用ToF測(cè)量原理(li)，但所采(cai)用的能(néng)量波🌈不(bú)同時，信(xin)号的反(fǎn)射機理(li)及在信(xìn)号處理(li)等方面(mian)都有很(hěn)大的不(bú)同。以現(xiàn)在常用(yòng)的超聲(sheng)波和微(wei)波物位(wei)計爲例(li)，它們都(dou)采用ToF測(ce)量原理(lǐ)，都需要(yao)一個信(xìn)号發生(sheng)器和一(yī)🐇個回波(bo)信号接(jiē)收器，但(dàn)兩種能(néng)量波在(zai)性質、頻(pín)率範圍(wei)、反射方(fang)法以及(jí)對于包(bāo)含距🙇🏻離(lí)信号的(de)反射波(bō)的處理(lǐ)上都有(you)比較大(da)的差别(bié)。

　　超聲波(bo)物位計(jì)與微波(bo)物位計(ji)的對比(bi)

　　電磁波(bō)的波段(duàn)從3kHz～3000GHz ，微波(bo)是指頻(pin)率爲300MHz～300GHz的(de)電磁波(bō)。在物位(wèi)檢📞測中(zhōng)，微⭕波使(shǐ)用的頻(pin)段規定(dìng)在4～30GHz之間(jiān)，典型波(bō)段爲6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的(de)頻率屬(shǔ)于C波段(duàn)㊙️微波;10GHz的(de)頻率屬(shu)于X波段(duan)微波;26GHz的(de)頻率屬(shu)于K波段(duàn)微波。

　　聲(shēng)波是機(ji)械波，頻(pin)率範圍(wéi)爲20Hz～20kHz ，因此(ci)，當聲波(bō)的振動(dong)頻率高(gao)于20kHz或低(di)于20kHz時，我(wǒ)們便聽(ting)不見了(le)。我們把(ba)頻率高(gāo)于20kHz 的🏃🏻‍♂️聲(shēng)波稱爲(wèi)“超聲波(bō)”。

　　電磁波(bō)與聲波(bo)産生的(de)原理是(shi)不同的(de)，聲波是(shi)靠物質(zhi)的💛振動(dòng)産生的(de)，在真空(kōng)中不能(neng)傳播;而(ér)電磁波(bo)是靠電(diàn)子的振(zhèn)蕩産生(shēng)的，其🥰本(ben)身就是(shi)一種物(wu)質，傳播(bō)不需要(yao)⭐介質，能(neng)😍在真空(kōng)中傳播(bō)。這兩種(zhong)波在通(tong)過不同(tóng)的介質(zhi)✂️時都會(huì)發生折(she)射、反射(she)、繞射和(hé)散射及(ji)吸收等(děng)現象，物(wu)位計正(zhèng)是應用(yong)這種特(tè)性來測(cè)量距離(lí)🔅的。

　　超聲(sheng)波物位(wèi)計由聲(shēng)納技術(shu)衍化而(ér)來，其安(an)裝方式(shi)有頂部(bù)安☁️裝和(he)底部安(an)裝兩種(zhong)。早期的(de)超聲物(wu)位計采(cǎi)用的也(ye)❗是液體(ti)導聲，超(chao)聲探頭(tóu)安裝在(zài)料罐底(dǐ)部外，超(chāo)聲波從(cong)底部傳(chuan)入，經被(bèi)測液體(ti)傳播到(dào)液面，反(fan)🐅射後傳(chuán)回探頭(tou)。超聲波(bō)傳播時(shi)間與液(yè)位的高(gao)低成💛正(zhèng)比。由于(yú)超聲波(bo)在各種(zhǒng)被測介(jiè)質中傳(chuan)播的聲(sheng)速不同(tong)，所以很(hen)難做成(cheng)通用産(chan)品;且料(liao)罐底部(bu)(尤其是(shi)🌐液體料(liao)罐的底(di)部💃)安裝(zhuāng)探頭的(de)方法在(zài)實用中(zhong)往往也(ye)有困難(nán)。因此，在(zài)實際工(gong)業過程(chéng)中，利💘用(yong)空氣作(zuò)爲🛀導聲(sheng)介質的(de)頂部安(an)裝應用(yòng)越來越(yuè)廣泛。

　　與(yǔ)超聲波(bo)物位計(ji)相比，雷(léi)達物位(wèi)計的微(wēi)波信号(hào)是在不(bú)同介電(dian)🏃‍♂️常數的(de)分界面(mian)上反射(she)的。微波(bo)以光速(sù)傳播，速(su)度幾乎(hū)⚽不受介(jie)質特性(xing)的影響(xiǎng)，傳播衰(shuai)減也😍很(hěn)小，約0.2dB/km 。回(huí)波信号(hao)強弱很(hen)大程🌐度(dù)上取決(jue)于被測(ce)液面上(shang)的反射(shè)情況。在(zai)被測液(yè)面上的(de)反射率(lü)除了取(qu)決于被(bèi)測物料(liào)的面積(jī)和㊙️形狀(zhuàng)外，主要(yao)取決于(yu)物料的(de)相對介(jie)電常👨‍❤️‍👨數(shù)εr。相對介(jiè)電常數(shu)高，反射(she)率也高(gao)，得到的(de)回波強(qiang)度高;相(xiàng)對介電(dian)常數低(dī)，物料會(huì)吸收部(bu)分微波(bō)能量，回(huí)波強💚度(du)較低。

　　　近(jin)年來，微(wēi)電子技(jì)術的滲(shèn)入大大(dà)促進了(le)新型物(wù)位⁉️測量(liang)技術的(de)發展，新(xin)的測量(liang)技術促(cù)使物位(wei)測量儀(yí)表産品(pǐn)結構産(chan)生了很(hen)大變化(hua)。電池供(gong)電及無(wú)線雷達(da)式物位(wèi)儀表也(ye)開始在(zai)市場上(shàng)出現。所(suo)有這些(xie)技術上(shàng)取得的(de)進步以(yi)及不斷(duàn)下降的(de)價格正(zhèng)推動着(zhe)雷達式(shi)物位儀(yí)表的不(bú)斷增長(zhang)。