物位測量技術(shù)發(fā)展
物位測量技術(shù)經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)上從機(jī)械式儀表向電子式儀表發(fā)展，以及工作方式上由接觸式向非接觸式發(fā)展的過程。
上圖中，前4種測量技術(shù)都屬于接觸式測量方法，第5種輻射法為非接觸測量方法。其中，直視法是指眼睛可以直接觀測到介質(zhì)容量變化的一種方法；測力法是指通過被測介質(zhì)對指示器或傳感器等目標(biāo)施加外力來測量的方法；壓力法是由被測介質(zhì)施加在測量探頭而產(chǎn)生壓力進(jìn)行測量的方法；電特性法是利用被測介質(zhì)的電特性進(jìn)行測量的方法；輻射法采用電磁頻譜原理技術(shù)。
前4種方法需要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)相接觸才能達(dá)到測量的目的。從長期來看，物料粘附物及沉積物會對這些機(jī)械部件產(chǎn)生附著，當(dāng)物料為腐蝕性或易產(chǎn)生水銹的介質(zhì)時(shí)，對儀器精度的影響將更加嚴(yán)重。在工業(yè)生產(chǎn)中，對物位儀表zui基本的要求是高精度和高可靠性，這就需要有應(yīng)用范圍更大、精度更高的技術(shù)出現(xiàn)。
TOF測量原理
近幾年來，發(fā)展較快的是行程時(shí)間或傳播時(shí)間ToF ( time of flight )測量原理，又稱回波測距原理。它是利用能量波在空間中的傳播時(shí)間來進(jìn)行度量的一種方法。能量波在信號源與被測對象之間傳遞，能量波到達(dá)被測對象后被反射并返回到探頭上被接收，屬于非接觸測距。
ToF 測量技術(shù)可以利用的能量波有機(jī)械波(聲或超聲波)、電磁波(通常為K波段或C波段的微波)和激光(通常為紅外波段的激光)，相應(yīng)的物位計(jì)稱為超聲波物位計(jì)、微波物位計(jì)和激光物位計(jì)。
雷達(dá)物位計(jì)分類
盡管輻射法物位計(jì)都是采用ToF測量原理，但所采用的能量波不同時(shí)，信號的反射機(jī)理及在信號處理等方面都有很大的不同。以現(xiàn)在常用的超聲波和微波物位計(jì)為例，它們都采用ToF測量原理，都需要一個(gè)信號發(fā)生器和一個(gè)回波信號接收器，但兩種能量波在性質(zhì)、頻率范圍、反射方法以及對于包含距離信號的反射波的處理上都有比較大的差別。
超聲波物位計(jì)與微波物位計(jì)的對比
電磁波的波段從3kHz～3000GHz ，微波是指頻率為300MHz～300GHz的電磁波。在物位檢測中，微波使用的頻段規(guī)定在4～30GHz之間，典型波段為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;26GHz的頻率屬于K波段微波。
聲波是機(jī)械波，頻率范圍為20Hz～20kHz ，因此，當(dāng)聲波的振動頻率高于20kHz或低于20kHz時(shí)，我們便聽不見了。我們把頻率高于20kHz 的聲波稱為“超聲波”。
電磁波與聲波產(chǎn)生的原理是不同的，聲波是靠物質(zhì)的振動產(chǎn)生的，在真空中不能傳播;而電磁波是靠電子的振蕩產(chǎn)生的，其本身就是一種物質(zhì)，傳播不需要介質(zhì)，能在真空中傳播。這兩種波在通過不同的介質(zhì)時(shí)都會發(fā)生折射、反射、繞射和散射及吸收等現(xiàn)象，物位計(jì)正是應(yīng)用這種特性來測量距離的。
超聲波物位計(jì)由聲納技術(shù)衍化而來，其安裝方式有頂部安裝和底部安裝兩種。早期的超聲物位計(jì)采用的也是液體導(dǎo)聲，超聲探頭安裝在料罐底部外，超聲波從底部傳入，經(jīng)被測液體傳播到液面，反射后傳回探頭。超聲波傳播時(shí)間與液位的高低成正比。由于超聲波在各種被測介質(zhì)中傳播的聲速不同，所以很難做成通用產(chǎn)品;且料罐底部(尤其是液體料罐的底部)安裝探頭的方法在實(shí)用中往往也有困難。因此，在實(shí)際工業(yè)過程中，利用空氣作為導(dǎo)聲介質(zhì)的頂部安裝應(yīng)用越來越廣泛。
與超聲波物位計(jì)相比，雷達(dá)物位計(jì)的微波信號是在不同介電常數(shù)的分界面上反射的。微波以光速傳播，速度幾乎不受介質(zhì)特性的影響，傳播衰減也很小，約0.2dB/km 。回波信號強(qiáng)弱很大程度上取決于被測液面上的反射情況。在被測液面上的反射率除了取決于被測物料的面積和形狀外，主要取決于物料的相對介電常數(shù)εr。相對介電常數(shù)高，反射率也高，得到的回波強(qiáng)度高;相對介電常數(shù)低，物料會吸收部分微波能量，回波強(qiáng)度較低。
近年來，微電子技術(shù)的滲入大大促進(jìn)了新型物位測量技術(shù)的發(fā)展，新的測量技術(shù)促使物位測量儀表產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了很大變化。電池供電及無線雷達(dá)式物位儀表也開始在市場上出現(xiàn)。所有這些技術(shù)上取得的進(jìn)步以及不斷下降的價(jià)格正推動著雷達(dá)式物位儀表的不斷增長。
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