物(wu)位測量(liàng)技術發(fā)展

　　物位(wèi)測量技(jì)術經曆(lì)了結構(gòu)上從機(ji)械式儀(yí)表向電(dian)子💰式儀(yí)表發展(zhan)，以及工(gōng)作方式(shì)上由接(jiē)觸式向(xiàng)非接觸(chu)式發展(zhan)🥵的過程(cheng)。

　　上圖中(zhong)，前4種測(ce)量技術(shù)都屬于(yú)接觸式(shì)測量方(fang)法，第5種(zhong)輻射法(fa)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(róng)量變化(hua)的一種(zhǒng)方法；測(ce)力法是(shì)指通過(guò)✍️被測介(jiè)質對指(zhǐ)示器或(huo)傳感器(qì)等目标(biao)施加外(wài)❤️力來測(ce)量的方(fāng)法；壓力(li)法是由(yóu)被測介(jiè)質🔞施加(jiā)在測量(liàng)探頭而(ér)産生壓(yā)力進行(háng)測量的(de)方法；電(diàn)特性法(fa)是利用(yong)被測介(jiè)質的電(dian)特性進(jin)行測量(liang)的方法(fa)；輻射法(fǎ)采用電(dian)磁頻譜(pu)原理技(ji)術。

　　前4種(zhǒng)方法需(xu)要測量(liàng)儀器的(de)全部或(huò)一部分(fèn)部件與(yǔ)✍️被㊙️測介(jiè)質(固體(ti)或液體(ti)物料)相(xiàng)接觸才(cái)能達到(dao)測量的(de)目♉的。從(cong)長期來(lái)看，物料(liào)粘附物(wù)及沉積(jī)物會對(duì)這🐅些機(ji)械部件(jiàn)産生附(fu)着，當物(wu)料爲腐(fǔ)蝕性或(huò)易産生(shēng)水鏽的(de)介✔️質時(shi)，對儀器(qì)精度的(de)影響将(jiang)更加嚴(yan)重。在☀️工(gong)業生産(chan)中，對物(wù)位儀表(biǎo)♍zui基本的(de)要求是(shì)高精度(dù)和高可(ke)靠性，這(zhe)就需要(yao)有應用(yong)範圍更(geng)大、精度(du)更高的(de)技術出(chū)現。

　　TOF測量(liàng)原理

　　近(jin)幾年來(lai)，發展較(jiao)快的是(shi)行程時(shi)間或傳(chuán)播時間(jian)ToF ( time of flight )測量原(yuán)理，又稱(chēng)回波測(ce)距原理(li)。它是利(li)用能量(liang)波在空(kōng)間中的(de)傳播時(shi)間來進(jìn)行度量(liàng)的一種(zhǒng)方法。能(neng)量波在(zài)信号源(yuán)與被測(cè)對象之(zhi)間傳遞(dì)，能量波(bō)到達被(bèi)測對象(xiàng)後被反(fan)射并返(fan)👈回到探(tàn)頭上被(bei)接收🈲，屬(shǔ)于非接(jiē)觸測距(ju)。

　　ToF 測量技(jì)術可以(yi)利用的(de)能量波(bo)有機械(xie)波(聲或(huò)超聲🔞波(bō))、電磁波(bō)(通常爲(wèi)K波段或(huo)C波段的(de)微波)和(he)激光(通(tong)常爲紅(hóng)㊙️外波段(duan)的激光(guang))，相應🐅的(de)物位計(jì)稱爲超(chao)聲波物(wu)🔴位計、微(wei)波物位(wèi)計和激(ji)光物位(wei)🛀🏻計。

　　 雷達(dá)物位計(ji)分類

　　盡(jìn)管輻射(shè)法物位(wèi)計都是(shi)采用ToF測(cè)量原理(li)，但所采(cǎi)用的能(neng)量波不(bú)同時，信(xin)号的反(fǎn)射機理(lǐ)及在信(xin)号處理(li)等方面(miàn)都有很(hen)大的不(bu)同。以現(xian)在常用(yòng)的超聲(sheng)波和微(wēi)波物位(wei)計爲例(lì)，它們都(dou)采用☁️ToF測(cè)量原理(lǐ)，都需要(yao)一個信(xìn)号發😄生(shēng)器和一(yī)個回波(bō)信号接(jie)收器，但(dàn)兩種能(neng)🤞量波在(zai)性質、頻(pin)率範圍(wéi)、反射方(fāng)法以及(jí)對于包(bao)含距離(li)信号的(de)反射波(bō)的處理(li)上都🔱有(yǒu)比較大(da)的差别(bie)。

　　超聲波(bō)物位計(ji)與微波(bo)物位計(ji)的對比(bǐ)

　　電磁波(bō)的波段(duan)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(zhong)，微波使(shǐ)用的頻(pín)段規定(dìng)在4～30GHz之間(jian)，典型波(bo)段爲6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的(de)⭕頻率屬(shu)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(shǔ)于K波段(duàn)微波。

　　聲(shēng)波是機(ji)械波，頻(pín)率範圍(wei)爲20Hz～20kHz ，因此(ci)，當聲波(bo)的振動(dòng)頻率高(gao)于20kHz或低(dī)于20kHz時，我(wo)們便聽(tīng)不見了(le)。我們把(bǎ)頻率高(gao)于20kHz 的聲(sheng)波稱爲(wèi)“超聲波(bo)”。

　　電磁波(bo)與聲波(bo)産生的(de)原理是(shi)不同的(de)，聲波是(shì)靠物質(zhi)的振動(dong)産生的(de)，在真空(kōng)中不能(néng)傳播;而(ér)電磁波(bō)是靠電(dian)🔴子的振(zhèn)蕩産生(shēng)的，其本(běn)身就是(shì)一種物(wù)質，傳播(bō)不需要(yào)介質，能(néng)在真空(kōng)中傳播(bo)。這兩種(zhǒng)波在通(tong)過不同(tong)的介質(zhì)時都會(huì)發生折(she)射、反射(shè)、繞射和(he)散射及(jí)吸收等(deng)現象，物(wù)位計正(zhèng)是應用(yong)這種特(te)性來測(ce)量距離(lí)的。

　　超聲(sheng)波物位(wèi)計由聲(shēng)納技術(shu)衍化而(er)來，其安(an)裝方式(shì)有頂部(bù)安裝和(hé)底部安(an)裝兩種(zhǒng)。早期的(de)超聲物(wu)位計采(cai)用的也(yě)是液體(ti)導✉️聲，超(chāo)聲探頭(tóu)安裝在(zài)料罐底(dǐ)部外，超(chāo)聲🌈波從(cong)底部傳(chuán)入，經被(bèi)測👄液體(tǐ)傳播到(dao)液面，反(fǎn)射後傳(chuan)回💋探頭(tóu)。超聲波(bo)傳播時(shi)間與液(ye)位的高(gāo)低成正(zheng)比。由于(yu)超📐聲波(bo)在各種(zhong)被測介(jiè)質中傳(chuán)播的聲(shēng)速🚩不同(tóng)，所以很(hěn)難做成(chéng)通用産(chǎn)品;且料(liao)罐底部(bù)(尤其是(shì)液體料(liào)罐的底(dǐ)部)安裝(zhuang)探頭的(de)方法在(zai)實用中(zhōng)往往也(yě)有困難(nán)。因此，在(zài)實🔅際工(gōng)業過程(cheng)中，利用(yòng)空氣作(zuo)爲導聲(sheng)介質的(de)頂部安(ān)裝💔應用(yòng)越來越(yue)廣泛。

　　與(yu)超聲波(bo)物位計(ji)相比，雷(lei)達物位(wei)計的微(wei)波信号(hào)是在不(bú)同介電(dian)常數的(de)分界面(mian)上反射(shè)的。微波(bo)以光速(su)傳播，速(su)度幾乎(hu)不受介(jiè)質特性(xing)的影響(xiang)，傳播衰(shuāi)減也很(hen)小，約0.2dB/km 。回(hui)波信☔号(hào)強弱很(hěn)大程度(du)上取決(jué)于被測(cè)液面上(shàng)的反射(shè)情況。在(zài)被測液(yè)面上的(de)反射🤞率(lü)除了取(qǔ)☂️決于被(bèi)測物料(liào)的面積(ji)和形狀(zhuang)外，主要(yao)取決于(yú)物料的(de)相對介(jie)電常數(shu)εr。相對介(jiè)電常🙇🏻數(shù)高，反射(shè)率也高(gāo)，得到的(de)回波強(qiang)度高;相(xiàng)對介電(dian)常數低(di)，物料會(hui)吸收部(bù)分微波(bo)能量，回(huí)波強度(du)較低。

　　　近(jin)年來，微(wei)電子技(ji)術的滲(shen)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(cu)使物位(wèi)測量儀(yí)表産🧑🏾‍🤝‍🧑🏼品(pǐn)結構産(chǎn)生了🧑🏽‍🤝‍🧑🏻很(hěn)大變化(huà)。電池供(gòng)電及無(wú)線雷達(da)式物位(wei)儀表🙇🏻也(yě)開始在(zài)市場👅上(shàng)出現。所(suǒ)有這些(xie)技術上(shang)取得的(de)進步以(yi)及不斷(duàn)下降的(de)價格正(zheng)推動着(zhe)雷達式(shì)物位儀(yi)表的不(bú)斷增長(zhang)。