物(wù)位測量(liàng)技術發(fa)展

　　物位(wèi)測量技(jì)術經曆(li)了結構(gòu)上從機(ji)械式儀(yi)表向電(dian)子式✂️儀(yi)表發展(zhan)，以及工(gōng)作方式(shi)上由接(jie)觸式向(xiang)非接觸(chù)式發展(zhan)的過‼️程(chéng)。

　　上圖中(zhōng)，前4種測(ce)量技術(shù)都屬于(yu)接觸式(shi)測量方(fang)法，第5種(zhǒng)輻射法(fa)爲非接(jiē)觸測量(liang)方法。其(qí)中，直視(shi)法是指(zhǐ)眼睛可(kě)以直🔴接(jie)觀測到(dao)介質容(rong)量變化(hua)的一種(zhǒng)方法；測(cè)力法是(shì)指通過(guo)被測介(jie)質對指(zhǐ)♍示器或(huò)傳感器(qì)等目标(biao)施加外(wài)力來測(cè)量的方(fang)法；壓🏃力(lì)法是由(you)被測介(jiè)質施加(jiā)在測量(liang)♌探頭而(ér)産生壓(yā)力進行(háng)測量的(de)方法；電(dian)🏒特性法(fǎ)是利用(yòng)被測介(jie)質的電(diàn)特性進(jin)行測量(liang)🙇‍♀️的方法(fa)；輻射法(fǎ)采用電(dian)磁頻譜(pǔ)🔞原理技(ji)術。

　　前4種(zhong)方法需(xū)要測量(liàng)儀器的(de)全部或(huò)一部分(fèn)部件與(yu)被測介(jiè)質(固體(ti)或液體(tǐ)物料)相(xiang)接觸才(cai)能達到(dao)測量的(de)目的。從(cóng)長期來(lái)看，物料(liào)粘附物(wu)及沉積(ji)物會對(dui)這些機(jī)械部件(jiàn)産生附(fù)着，當物(wu)料爲腐(fǔ)蝕性或(huò)易産生(sheng)水鏽的(de)介☂️質時(shí)，對儀器(qì)精度的(de)🏒影響将(jiang)更加嚴(yan)重。在💞工(gong)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(ke)靠性，這(zhe)就需要(yào)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(jìn)幾年來(lai)，發展較(jiao)快的是(shì)行程時(shí)間或傳(chuan)播時間(jiān)ToF ( time of flight )測量原(yuán)理，又稱(cheng)回波測(ce)距原理(lǐ)。它是利(li)用能量(liàng)波在空(kōng)間中📞的(de)傳播時(shí)⭕間來進(jin)行度量(liang)的一種(zhong)方法。能(néng)量波在(zài)信号源(yuán)與被測(ce)對象之(zhi)間傳遞(dì)，能量波(bo)到達被(bèi)測對象(xiàng)後被反(fǎn)射并返(fan)回到探(tàn)頭上被(bei)接收，屬(shǔ)于非接(jie)觸測距(jù)。

　　ToF 測量技(ji)術可以(yǐ)利用的(de)能量波(bō)有機械(xie)波(聲或(huò)超聲波(bo))、電磁波(bō)(通常爲(wei)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(guang))，相應的(de)物位計(ji)稱爲超(chāo)聲波物(wù)位計、微(wēi)波物位(wèi)計和激(jī)光物位(wèi)計。

　　 雷達(da)物位計(jì)分類

　　盡(jìn)管輻射(she)法物位(wèi)計都是(shì)采用ToF測(ce)量原理(li)，但所采(cai)用的能(neng)量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻波不(bu)同時，信(xin)号的反(fǎn)射機理(li)及在信(xìn)号處理(lǐ)等方面(mian)都有很(hen)大的不(bú)同。以現(xian)在常用(yong)的超聲(sheng)波和微(wēi)波物位(wei)計爲例(lì)，它們都(dou)采用ToF測(ce)量原理(li)，都需要(yao)一個信(xin)号發生(shēng)器和一(yi)個回波(bō)信号接(jiē)收器，但(dan)兩種能(neng)✉️量波在(zài)性質、頻(pín)率範圍(wei)、反射方(fāng)法以及(ji)對于包(bāo)含距離(lí)信号的(de)反🌐射波(bo)的處理(lǐ)上都有(yǒu)比較大(dà)的差💔别(bié)。

　　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(bō)是指頻(pín)率爲300MHz～300GHz的(de)電磁波(bo)。在物位(wei)檢🧑🏽‍🤝‍🧑🏻測🔞中(zhōng)，微波使(shi)用的頻(pín)段規定(ding)在4～30GHz之間(jian)，典型波(bō)段爲6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的(de)頻率🔆屬(shǔ)于C波段(duan)微波;10GHz的(de)頻率屬(shǔ)于X波段(duàn)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(wéi)爲20Hz～20kHz ，因此(cǐ)，當聲波(bō)的振動(dong)頻率高(gāo)于20kHz或低(di)于20kHz時，我(wo)們便聽(tīng)不見了(le)。我們把(ba)頻率高(gao)于20kHz 的聲(shēng)波稱爲(wèi)“超聲波(bo)”。

　　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(kong)中不能(neng)傳播;而(er)電磁波(bō)是靠電(dian)子的振(zhèn)蕩産生(sheng)的，其本(ben)身就是(shi)一種物(wu)質，傳播(bō)不需要(yào)介質，能(neng)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(hui)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(yòng)這種特(tè)性來測(ce)量距離(lí)🔴的。

　　超聲(shēng)波物位(wèi)計由聲(shēng)納技術(shù)衍化而(er)來，其安(an)裝方式(shi)有頂部(bu)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(yě)是液🤞體(tǐ)導🌈聲，超(chāo)聲探頭(tóu)安裝在(zai)料罐底(dǐ)部⁉️外，超(chao)聲波從(cóng)底部傳(chuan)入，經被(bei)測液體(tǐ)傳🔴播到(dao)液面，反(fan)射後傳(chuán)回探頭(tóu)。超聲波(bo)傳播時(shi)間與液(yè)位的高(gāo)低成正(zheng)比。由于(yú)超聲波(bo)在各種(zhong)被測介(jie)質中傳(chuan)播的聲(shēng)速不同(tong)，所以很(hěn)難✍️做成(chéng)通用産(chǎn)品;且料(liào)罐底部(bù)(尤其是(shì)液體料(liào)罐的底(dǐ)部)安裝(zhuāng)探⭐頭的(de)方法在(zai)實用中(zhong)往往也(yě)有困難(nán)。因此，在(zài)實際工(gong)業過程(cheng)中，利📧用(yòng)空氣作(zuò)爲導聲(shēng)介質的(de)頂部安(ān)裝應用(yong)越來越(yue)廣泛。

　　與(yu)超聲波(bo)物位計(ji)相比，雷(lei)達物位(wèi)計的微(wei)波信号(hào)是在🐆不(bu)㊙️同介電(dian)📱常數的(de)分界面(mian)上反射(shè)的。微波(bo)以光速(sù)傳播，速(sù)度幾乎(hū)不受介(jie)質特性(xìng)的影響(xiang)，傳播衰(shuāi)減也很(hěn)小，約0.2dB/km 。回(hui)波信㊙️号(hao)強弱很(hěn)大程度(dù)上取決(jue)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(lǜ)除了取(qǔ)決于被(bèi)測物料(liao)的面積(jī)和形狀(zhuang)外，主要(yao)取決于(yu)物料❤️的(de)相對介(jie)電🛀🏻常數(shu)εr。相對介(jie)電常數(shu)高，反射(shè)率也高(gao)，得🌈到的(de)回波🧡強(qiang)度高;相(xiang)對介電(diàn)常數低(dī)，物料會(hui)吸收部(bu)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻分💯微波(bō)能量，回(huí)波強度(du)較低。

　　　近(jin)年來，微(wei)電子技(ji)術的滲(shèn)入大大(da)促進了(le)新型物(wu)位🏃測量(liàng)技術🌐的(de)💋發展，新(xīn)的測量(liang)技術促(cu)使物位(wèi)測量儀(yi)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(dá)式物位(wei)儀表也(yě)開始在(zài)市場上(shàng)出現。所(suǒ)有這些(xiē)技術上(shang)取得的(de)進步以(yǐ)及不斷(duàn)下降的(de)價格正(zhèng)推動着(zhe)🙇‍♀️雷達式(shi)物位♋儀(yi)表的不(bú)斷增長(zhǎng)。