物位測(ce)量技術發(fa)展

　　物位測(cè)量技術經(jīng)曆了結構(gou)上從機械(xie)式儀表向(xiang)電⛹🏻‍♀️子式☔儀(yi)🚶表發展，以(yǐ)及工作方(fang)式上由接(jiē)觸式向非(fēi)接觸式發(fa)展的過程(chéng)。

　　上圖中，前(qian)4種測量技(jì)術都屬于(yú)接觸式測(cè)量方法，第(dì)5種輻射💰法(fa)爲非接觸(chù)測量方法(fa)。其中，直視(shi)法是指眼(yan)睛可以直(zhi)接觀測到(dào)介質✂️容量(liang)變化的一(yi)種方法；測(ce)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(wài)力來測量(liang)🈲的方法；壓(yā)⭐力法是由(yóu)被測介質(zhi)🙇‍♀️施加在測(ce)量探頭而(ér)産生壓力(lì)進行測量(liàng)的方法；電(diàn)特性法是(shi)利用被測(ce)介質的電(diàn)特性進行(hang)測量的方(fang)法；輻射法(fǎ)采用電磁(cí)頻譜原理(li)技術。

　　前4種(zhong)方法需要(yào)測量儀器(qi)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(dào)測量的目(mù)的。從長期(qī)來看，物料(liao)粘附物及(jí)沉積物會(huì)對這👨‍❤️‍👨些機(ji)械🈲部件産(chǎn)生附着，當(dāng)物料爲腐(fu)蝕性或易(yì)産生水鏽(xiu)的介質時(shi)，對儀器精(jīng)度的影響(xiǎng)将更加嚴(yán)重。在工業(ye)生産中，對(dui)物位儀表(biǎo)💛zui基本的要(yao)求是高精(jīng)度和高可(ke)靠性，這✊就(jiù)需要有應(yīng)用範圍更(gèng)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(jiān)或傳播時(shí)間ToF ( time of flight )測量原(yuan)理，又🔴稱回(hui)波測距原(yuán)理。它是利(li)用能量波(bō)在空間中(zhong)的傳播時(shi)間來進行(hang)⭐度量的一(yī)種方法。能(neng)量波在信(xìn)号源與被(bèi)測對象之(zhī)間傳遞，能(néng)量波到達(dá)被測👄對象(xiang)後被🛀🏻反射(she)并返回到(dào)探頭上被(bei)接收⛱️，屬于(yú)非接觸測(cè)距。

　　ToF 測量技(ji)術可以利(lì)用的能量(liang)波有機械(xiè)波(聲或超(chao)聲波🐇)、電💰磁(ci)波💘(通常爲(wèi)K波段或C波(bo)段的微波(bo))和激光(通(tōng)常爲紅外(wài)波段的激(jī)光)，相應的(de)物位計稱(cheng)爲超聲波(bo)物位計、微(wēi)波物位計(jì)和激光物(wu)位計。

　　 雷達(da)物位計分(fèn)類

　　盡管輻(fu)射法物位(wèi)計都是采(cai)用ToF測量原(yuán)理，但所采(cai)用的能量(liang)波不同時(shí)，信号的反(fan)射機理及(ji)在信号處(chu)理等方面(miàn)都有很💘大(dà)的不同。以(yi)現在常用(yòng)的超聲波(bō)和🛀微波物(wu)位計爲🚶例(lì)，它們都采(cǎi)用ToF測量原(yuán)理，都需要(yào)一個信号(hào)發生器和(hé)一個回波(bo)信号接收(shou)器，但兩種(zhong)能量波在(zai)性質、頻率(lü)範圍、反射(shè)方法以及(jí)❤️對于包含(hán)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(wu)位計與微(wei)波物位計(jì)的對比

　　電(dian)磁波的波(bō)段從3kHz～3000GHz ，微波(bo)是指頻率(lü)爲300MHz～300GHz的電磁(ci)波。在物㊙️位(wei)檢測中🏃🏻‍♂️，微(wei)波使用的(de)頻段規定(dìng)在4～30GHz之間，典(dian)型波段爲(wèi)6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的頻率屬(shu)于C波段微(wēi)波;10GHz的頻率(lü)屬于X波段(duàn)微波;26GHz的頻(pín)率屬于K波(bo)段微波。

　　聲(sheng)波是機械(xiè)波，頻率範(fan)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(yú)20kHz 的聲波稱(chēng)爲“超聲🌈波(bo)”。

　　電磁波與(yu)聲波産生(shēng)的原理是(shi)不同的，聲(shēng)波是靠物(wu)質❤️的振動(dong)産生的，在(zài)真空中不(bú)能傳播;而(er)電磁波是(shì)靠電子的(de)振蕩産生(sheng)的，其🚩本身(shen)就是一種(zhong)物質，傳播(bo)不需要介(jiè)質，能在真(zhen)空中傳播(bō)🌈。這兩種波(bo)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(xī)收等現象(xiang)，物位計正(zheng)是應用這(zhè)種特性來(lai)測量距離(li)🤩的。

　　超聲波(bo)物位計由(you)聲納技術(shù)衍化而來(lai)，其安裝方(fang)式有頂部(bu)安裝和底(di)部安裝兩(liang)種。早期的(de)超聲物位(wei)計🐪采用的(de)也是液體(ti)導聲，超聲(sheng)探頭安裝(zhuang)在料罐底(dǐ)部外，超聲(sheng)波從底部(bu)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(bo)時間與液(ye)位的高低(di)成正比。由(you)于超聲波(bo)在各種🌈被(bèi)測介質中(zhōng)傳播的聲(shēng)速♍不同，所(suǒ)以很難做(zuo)成通用産(chǎn)品🔞;且料罐(guàn)底部(尤其(qi)是🧑🏽‍🤝‍🧑🏻液體料(liào)罐的底部(bu))安裝探頭(tóu)的方法在(zai)實用中往(wang)往也有困(kùn)難。因此，在(zài)實際工業(yè)過程中，利(li)用空氣作(zuò)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(jì)相比，雷達(da)物位計的(de)微波信号(hao)是在♈不㊙️同(tóng)介電常數(shu)的分界面(miàn)上反射的(de)。微波以光(guāng)速傳播📐，速(su)度♈幾乎不(bú)受介質特(tè)性的影響(xiǎng)，傳播衰減(jian)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(cè)液面上的(de)反射情況(kuàng)。在被測液(ye)面上的反(fǎn)射率除了(le)取決于被(bei)測物💋料的(de)面積和形(xíng)狀外，主要(yào)取決于物(wù)料的相對(duì)介電常數(shu)εr。相對介電(diàn)常數高，反(fǎn)射率也高(gāo)，得到的回(hui)波強度高(gao)🛀🏻;相對介電(dian)常數低❓，物(wù)料會吸收(shōu)部分😄微波(bo)能量，回波(bō)強✊度較低(di)。

　　　近年來，微(wei)電子技術(shu)的滲入大(da)大促進了(le)新型物位(wèi)測量技術(shù)的發展，新(xin)的測量技(jì)術促使物(wù)位測量儀(yi)表産品結(jié)構産生了(le)很大💚變化(hua)。電池供電(diàn)及無線雷(léi)達式物位(wèi)儀表也開(kāi)始👈在市場(chang)上出現。所(suǒ)有這些技(jì)㊙️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)。