物(wù)位測量(liàng)技術發(fa)展

　　物位(wei)測量技(jì)術經曆(lì)了結構(gou)上從機(jī)械式儀(yí)表向電(dian)子式儀(yi)表☔發展(zhǎn)，以及工(gōng)作方式(shì)上由接(jie)觸式向(xiang)非接觸(chu)式發展(zhan)的過程(chéng)。

　　上圖中(zhong)，前4種測(ce)量技術(shù)都屬于(yú)接觸式(shì)測量方(fāng)法，第5種(zhong)輻射💔法(fa)爲非接(jiē)觸測量(liàng)方法。其(qi)中，直視(shì)法是指(zhǐ)眼睛可(ke)以直接(jiē)觀測到(dào)🐕介質容(rong)量變化(huà)的一種(zhong)方法；測(ce)♉力法是(shì)指通過(guò)被測介(jiè)質對指(zhi)示器或(huo)傳感器(qi)等目标(biao)施加外(wài)力來測(ce)量的方(fang)法；壓🈲力(li)法是由(you)🌍被測介(jie)質施加(jia)在測量(liang)探頭而(er)産生壓(ya)力進行(hang)測量的(de)方法；電(dian)特性法(fǎ)是利💃🏻用(yòng)🙇‍♀️被測介(jie)質的電(dian)特性進(jin)行測量(liang)的方✉️法(fǎ)；輻射法(fǎ)📱采用電(dian)磁頻譜(pu)原理技(jì)術。

　　前4種(zhong)方法需(xu)要測量(liang)儀器的(de)全部或(huo)一部分(fèn)部件與(yu)被測介(jiè)💃🏻質(固體(tǐ)或液體(ti)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(wù)及沉積(jī)物會對(dui)這些機(jī)械部件(jiàn)産㊙️生附(fù)着，當物(wù)料爲腐(fu)蝕性或(huò)易産生(shēng)水鏽的(de)介質時(shi)，對儀器(qi)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(biao)♻️zui基本的(de)要求是(shì)高精度(du)和高可(ke)靠性，這(zhè)就需要(yào)有應用(yòng)範圍更(geng)大、精度(du)更高的(de)技術出(chū)現。

　　TOF測量(liàng)原理

　　近(jìn)幾年來(lái)，發展較(jiao)快的是(shi)行程時(shí)間或傳(chuán)播時間(jiān)ToF ( time of flight )測量💃原(yuán)⭕理，又稱(chēng)回波測(ce)距原理(li)。它是利(lì)用能量(liang)波在空(kōng)間中㊙️的(de)傳播時(shí)間來進(jin)行度量(liang)的一種(zhǒng)方法。能(néng)量波在(zai)信号源(yuán)與被測(cè)對象🌈之(zhī)間傳遞(dì)，能量波(bo)到達被(bèi)測對象(xiàng)後被反(fǎn)射并返(fǎn)回到探(tan)頭上被(bei)接收，屬(shu)于非接(jiē)觸測距(ju)。

　　ToF 測量技(ji)術可以(yi)利用的(de)能量波(bo)有機械(xiè)波(聲或(huo)超聲波(bo)🎯)、電磁💜波(bo)(通常爲(wei)K波段或(huo)C波段的(de)微波)和(hé)激光(通(tōng)常爲紅(hóng)外波段(duan)的激光(guang))，相應的(de)物位計(jì)稱爲超(chāo)聲波物(wu)位計、微(wei)💋波物位(wei)計和激(ji)光物位(wei)♌計。

　　 雷達(da)物位計(jì)分類

　　盡(jin)管輻射(she)法物位(wèi)計都是(shi)采用ToF測(ce)量原理(li)，但所采(cai)用的能(néng)量波不(bú)同時，信(xin)号的反(fan)射機理(li)及在信(xìn)号處理(li)等方面(mian)都有很(hen)大的🤟不(bú)同。以現(xian)在常用(yòng)的超聲(sheng)波和微(wei)波物位(wei)計爲例(lì)，它們都(dou)采用ToF測(ce)量原理(li)，都需要(yào)一個信(xin)号發生(shēng)器和一(yi)個回波(bō)信号接(jie)收器，但(dan)兩種能(neng)🛀🏻量波在(zài)性質、頻(pín)率範圍(wei)、反射方(fang)法以及(ji)✔️對于包(bāo)含距離(li)信号的(de)反射波(bo)的處理(lǐ)上都有(you)比較大(dà)的差别(bie)。

　　超聲波(bō)物位計(ji)與微波(bō)物位計(ji)的對比(bi)

　　電磁波(bo)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(wèi)檢測中(zhong)，微波使(shi)用的頻(pín)段規定(dìng)在4～30GHz之間(jiān)，典型波(bo)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(duan)微波;26GHz的(de)頻率屬(shǔ)于K波段(duàn)微波。

　　聲(sheng)波是機(ji)械波，頻(pín)率範圍(wei)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(wǒ)們便聽(tīng)不見了(le)。我們把(bǎ)頻率高(gao)于20kHz 的聲(shēng)波稱爲(wei)“超聲波(bō)”。

　　電磁波(bo)與聲波(bo)産生的(de)原理是(shì)不同的(de)，聲波是(shi)靠物質(zhi)的振動(dong)産生的(de)，在真空(kong)中不能(néng)傳播;而(ér)電磁波(bō)是靠電(diàn)子的振(zhen)蕩産生(shēng)的，其本(ben)身就是(shì)一種物(wù)質，傳播(bō)不需要(yao)介質，能(néng)⛱️在真空(kong)中傳播(bō)。這兩種(zhong)波在通(tōng)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(jí)吸收等(deng)現象，物(wu)位計正(zheng)是應用(yong)這種特(tè)性來測(ce)量距離(lí)🔞的。

　　超聲(shēng)波物位(wei)計由聲(sheng)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(ān)裝兩種(zhong)。早期的(de)超聲物(wu)位計采(cǎi)用🔞的也(yě)是液💋體(ti)導聲，超(chāo)聲探頭(tou)安裝在(zai)料罐底(dǐ)部外，超(chao)聲波從(cóng)底部傳(chuán)入，經被(bèi)測📞液體(tǐ)傳播到(dào)液面，反(fan)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(yú)超聲波(bō)在各種(zhǒng)被測介(jiè)質中傳(chuan)播的聲(sheng)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(shi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼液體料(liào)罐的底(di)部)安裝(zhuāng)探頭的(de)方法在(zài)實用中(zhōng)往往也(yě)有困難(nan)。因此，在(zai)實際工(gōng)業過程(chéng)中，利用(yòng)空氣作(zuò)爲導聲(shēng)介質🧡的(de)頂部安(ān)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(wei)計的微(wei)波信号(hao)是✍️在不(bú)同介電(dian)👨‍❤️‍👨常數的(de)分界面(miàn)上反射(she)的。微波(bō)以光速(sù)傳播🧡，速(su)度幾乎(hū)不受介(jie)質特性(xing)的影響(xiang)，傳播衰(shuāi)減也很(hen)小，約0.2dB/km 。回(huí)波信号(hào)強弱很(hěn)大程度(du)上取決(jué)于被測(cè)液💛面上(shang)的反射(shè)情況。在(zài)被測液(ye)面上的(de)反射率(lü)除了取(qu)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(jiè)電常數(shù)εr。相對介(jiè)電常🛀🏻數(shu)高，反射(she)率也高(gāo)，得到的(de)回波🍉強(qiang)度高;相(xiàng)對介電(diàn)常數低(di)，物料會(hui)吸收部(bù)分❗微波(bo)能量，回(hui)波強度(du)較低。

　　　近(jin)年來，微(wēi)電子技(jì)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(xīn)的測量(liang)技術促(cù)使物位(wei)測量儀(yí)表産品(pin)結⁉️構産(chǎn)生了很(hěn)大變化(hua)。電池供(gong)電及無(wu)線雷達(da)式物位(wèi)儀表👨‍❤️‍👨也(yě)開始在(zài)市場上(shàng)出現。所(suǒ)有這些(xiē)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(shì)物位儀(yi)表的不(bú)斷增長(zhang)。