物位測量技術發展

　　物位測量技術經曆了結構(gòu)上從(cóng)機械式儀(yí)表向電子(zǐ)式儀表發展，以及工作方(fāng)式上(shàng)由接觸式(shì)向非接觸式發展的(de)過程。

　　上圖中，前4種測量技術都屬于接觸式測量方法，第5種(zhǒng)輻射法爲(wèi)非接觸測量(liàng)方法。其中(zhōng)，直視法是(shì)指眼睛可(kě)以(yǐ)直接觀測到介質容量變化(huà)的一種方法；測力法是指通過被測(cè)介質對指示器或傳感器等目标施加外力來(lái)測量的方法；壓力法是由被測介質施加在測(cè)量探頭而産生壓力進行測量的方法；電特性法是(shì)利用被測介質的電特(tè)性進行測量的方法；輻射法采用電磁頻譜原理(lǐ)技術。

　　前4種方法需要(yào)測量儀器的全部或一部分部件與被測介質(zhì)(固體或液體物料)相接(jiē)觸才能(néng)達到測量(liàng)的目的。從長期來看(kàn)，物料(liào)粘附物及沉積物會對這(zhè)些機械部件産生附(fù)着，當物料爲腐蝕(shí)性或易産生水鏽的(de)介質時，對儀器精(jīng)度的影響将更(gèng)加嚴重。在工業生産中，對物位儀(yí)表zui基本的要求是高精度和高可靠性，這就需要有應用範圍更大(dà)、精度更高的技術出現。

　　TOF測量原理

　　近幾年來(lái)，發展較快的是行程時間或傳播時(shí)間ToF ( time of flight )測量原理，又(yòu)稱回波測距原理。它(tā)是利用能量波在空間中(zhōng)的傳播時間來進行度量(liàng)的一種方(fāng)法。能量波在信(xìn)号源與(yǔ)被測對(duì)象之間傳(chuán)遞，能量波到達被測(cè)對(duì)象(xiàng)後被反射并返(fǎn)回到探頭上被接收(shōu)，屬于非接觸測距。

　　ToF 測(cè)量技術可以利用的(de)能量波有機械波(bō)(聲(shēng)或超(chāo)聲波)、電磁波(通(tōng)常爲K波段或C波段的(de)微波)和激光(通常(cháng)爲(wèi)紅外(wài)波段(duàn)的激光)，相應的物位計稱爲超聲波物位(wèi)計、微波物位(wèi)計和激(jī)光物位計。

　　 雷達物位計分(fèn)類

　　盡(jìn)管輻(fú)射法物位計都是采用ToF測量原理，但所采(cǎi)用的能量波不同時，信号的反(fǎn)射機理及在信号處理等方面都有(yǒu)很大的不(bú)同。以現在(zài)常用的超聲波和微波物位計爲例，它們都采用ToF測量原(yuán)理，都需要一個信号發生器和一個回波信号接收器，但(dàn)兩種能量波在(zài)性質、頻率範圍、反射方法(fǎ)以及(jí)對(duì)于包含距離信号的反射波的處(chù)理上都有比較大的差别。

　　超聲波物位計與微波物位計的對比

　　電(diàn)磁波(bō)的波段從(cóng)3kHz～3000GHz ，微波是指頻率爲300MHz～300GHz的電磁(cí)波。在物位檢測(cè)中，微波使用的頻段(duàn)規定在4～30GHz之間，典型波段爲6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的頻率屬于C波段微波;10GHz的頻率屬于X波段微波(bō);26GHz的頻率屬于K波段(duàn)微波。

　　聲波是機械(xiè)波，頻(pín)率範圍爲20Hz～20kHz ，因(yīn)此，當聲波的振動頻(pín)率高于20kHz或低于20kHz時，我們便聽不見了。我(wǒ)們把(bǎ)頻(pín)率高于20kHz 的聲波稱爲“超(chāo)聲波”。

　　電磁(cí)波與聲波産生的原(yuán)理是(shì)不同的，聲波是靠物質的振動産生的，在真空中不能傳播;而電磁波是靠電子的振蕩産生的，其本身就是(shì)一種物(wù)質，傳播不需要介質，能在真空中(zhōng)傳播。這兩種波在通過不同的(de)介質時都會發(fā)生(shēng)折射、反射、繞(rào)射和散射(shè)及吸收等現象，物位(wèi)計正(zhèng)是應(yīng)用這種特性來測量(liàng)距離的。

　　超聲波(bō)物位計由聲納技術衍化而來，其安(ān)裝方式有頂部安裝和底部安裝兩種。早期的超聲(shēng)物位計采用的也是(shì)液體導聲，超聲探頭安裝在料(liào)罐底部外，超聲波從底部傳入，經被測液體傳播到(dào)液面，反(fǎn)射後傳回探頭。超(chāo)聲波傳播時間與(yǔ)液位的高低成正(zhèng)比。由于超(chāo)聲波在各種被測介質中(zhōng)傳播的聲速不(bú)同，所以很難做(zuò)成通(tōng)用産品;且料罐底(dǐ)部(尤其是液體料(liào)罐的底部)安裝探頭的方法在實用中往往也有困難。因(yīn)此，在(zài)實際工業過程中，利用空氣(qì)作爲導聲介質的頂部安裝應用越來越廣泛。

　　與超聲波(bō)物位計相比，雷達物位(wèi)計的微波信号是在不同介電常數的分界面上反射的。微波以光速傳(chuán)播，速度幾乎不受(shòu)介質特性的影響，傳播衰減也很小，約0.2dB/km 。回波信号強弱很大程度上取決于(yú)被測液面(miàn)上的反射情況。在被測液面上的反射率除了取決(jué)于被測(cè)物料的面積和形狀外，主(zhǔ)要取決于物料的相對介電(diàn)常數εr。相對介電常數(shù)高，反射率也高，得(dé)到的回波強度高;相對介電(diàn)常數低，物料會吸收部分微波能量，回波(bō)強度(dù)較低。

　　　近年(nián)來，微電(diàn)子技(jì)術的(de)滲入大大促進了新型物位(wèi)測量技(jì)術的發展，新的測量技術促使物位測量儀表産(chǎn)品結構産生了很大(dà)變化。電池供電(diàn)及無(wú)線雷達式物位儀表也開始在(zài)市場上出(chū)現。所有這些技術上取得(dé)的進步以及不斷下降的價格正推(tuī)動着(zhe)雷達式物(wù)位儀表的不斷增長。