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物(wù)位測量技術發(fā)展
物位測量技(ji)術經曆了結構(gou)上從機械式儀(yi)表向電🔞子式儀(yi)表發展,以及工(gōng)作方式上由接(jie)觸式向非接觸(chu)式發展的過程(chéng)。
上圖中,前4種測(ce)量技術都屬于(yu)接觸式測量方(fāng)法,第5種輻射法(fa)爲❄️非接觸測量(liang)方法。其中,直視(shi)法是指眼睛可(ke)以直接觀測到(dao)介質容量變化(hua)的一種方法;測(cè)力法是指通過(guo)被測介質對指(zhi)🔴示器或傳感器(qi)等目标施加外(wài)力來測量💃🏻的方(fang)法;壓力法是由(yóu)🔅被測介質💜施加(jiā)在測量探頭而(ér)産生壓力進行(hang)測量的方法;電(dian)🥰特性法是利用(yong)被測介質的電(dian)特性進行測量(liang)的方法;輻射法(fǎ)采用電磁頻譜(pǔ)原理技術。
前4種(zhong)方法需要測量(liang)儀器的全部或(huo)一部分部件與(yu)被測介👄質(固體(ti)或液體物料)相(xiang)接觸才能達到(dao)測量的目的。從(cong)長期來看,物料(liào)粘附物及沉積(jī)物會對這些機(jī)械部件産生附(fu)着,當物料爲腐(fǔ)蝕性或易産生(shēng)水鏽的介🥵質時(shi),對儀器精度的(de)影響将更🈲加嚴(yán)重。在😄工業生産(chan)中,對物位儀表(biao)zui基本的要求是(shì)高精度和👌高可(ke)靠性,這就♌需要(yào)有應用範圍更(geng)大、精度更高的(de)技術出現。
TOF測量(liang)原理
近幾年來(lái),發展較快的是(shi)行程時間或傳(chuan)播時間ToF ( time of flight )測✨量原(yuan)理⭐,又稱回波測(ce)距原理。它是利(lì)用能量波在空(kong)間中的傳播時(shi)間來進行度量(liang)的一種方法。能(néng)量波在信号源(yuan)與被測對象🈲之(zhi)間傳㊙️遞,能量波(bō)到達被測對象(xiàng)後被💃🏻反射并返(fan)回到探頭上被(bèi)接收,屬于非接(jiē)觸測距。
ToF 測量技(jì)術可以利用的(de)能量波有機械(xiè)波(聲或超聲波(bo))、電磁波(通常爲(wèi)K波段或C波段的(de)微波)和激光(通(tōng)常爲紅外波☁️段(duàn)的激光),相應的(de)物位計稱爲超(chāo)聲波物位計、微(wei)波物位計和激(ji)♌光物位計。
雷達(dá)物位計分類
盡(jìn)管輻射法物位(wei)計都是采用ToF測(cè)量原理,但所采(cai)用的能🔴量波不(bú)👈同時,信号的反(fǎn)射機理及在信(xìn)号處理等方面(mian)都有很大的不(bu)同。以現在常用(yong)的超聲波和微(wei)波物位計爲🚶♀️例(li),它們🌏都采用ToF測(cè)量原理,都需要(yao)一個信号發🐪生(sheng)器和一個回波(bō)信号接收器,但(dàn)兩種能🔱量波在(zài)性質、頻率範圍(wei)、反射方法以及(jí)對于包含距離(lí)信号的反射波(bō)的處理上都有(yǒu)比較大的差别(bié)。
超聲波物位計(ji)與微波物位計(jì)的對比
電磁波(bo)的波段從3kHz~3000GHz ,微波(bō)是指頻率爲300MHz~300GHz的(de)電磁波。在物位(wèi)檢測中,微波使(shǐ)用的頻段規定(ding)在4~30GHz之間,典型波(bo)段爲6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的頻率屬(shu)于C波段微波🔆;10GHz的(de)頻率屬于X波段(duan)微波;26GHz的頻率屬(shǔ)于K波段微波。
聲(sheng)波是機械波,頻(pin)率範圍爲20Hz~20kHz ,因此(ci),當聲波的振動(dòng)頻💋率高于🍉20kHz或低(dī)于20kHz時,我們便聽(ting)不見了。我們把(ba)頻率高于20kHz 的聲(sheng)波稱爲“超聲波(bo)”。
電磁波與聲波(bo)産生的原理是(shi)不同的,聲波是(shi)靠物質的振動(dòng)産生的,在真空(kong)中不能傳播;而(ér)電磁波是靠電(diàn)子的振蕩産生(shēng)⭐的,其本身就是(shì)一種物質,傳播(bō)不需要介質,能(néng)在真空中傳播(bo)。這兩種㊙️波在通(tong)過不同的介質(zhi)時都會發生折(shé)射、反射、繞射和(he)散射及吸收等(děng)現象,物位計正(zhèng)是應用這種特(te)性來測量距離(li)的。
超聲波物位(wèi)計由聲納技術(shù)衍化而來,其安(an)裝方式有📞頂部(bu)安裝和底部安(an)裝兩種。早期的(de)超聲物位計采(cǎi)用的也是液💜體(tǐ)導聲,超聲探頭(tóu)安裝在料罐底(di)部外,超聲波從(cóng)底部傳入,經被(bèi)測液體傳播到(dao)液面,反射後傳(chuán)回探頭。超聲波(bo)傳播時間與液(ye)位🐪的高低成正(zheng)比。由于超聲波(bō)在各種被測介(jiè)質中傳播的聲(shēng)速不同,所以很(hen)難做成通用産(chan)品;且料罐底部(bu)(尤其是液體料(liao)罐的底部)安裝(zhuang)探頭的方法在(zai)實用中往往🌐也(ye)有困難。因此,在(zài)實♌際工業過程(chéng)中,利用空氣作(zuò)爲🏃🏻♂️導聲介質的(de)頂部安裝應用(yòng)越來越廣泛。
與(yǔ)超聲波物位計(jì)相比,雷達物位(wèi)計的微波信号(hao)是在不同介電(dian)常數的分界面(miàn)上反射的。微波(bo)以光速傳播,速(su)度♋幾乎不受💋介(jie)質特性的影響(xiǎng),傳播衰減也很(hěn)小,約0.2dB/km 。回波信号(hào)強弱👅很大程度(dù)上取決于被測(cè)液面上的反射(she)情況。在被測液(yè)面🚶♀️上的反射率(lǜ)除了取決于被(bei)測物料的面積(ji)和形狀外,主要(yào)取決于物料㊙️的(de)相對介電常數(shù)εr。相對介電常數(shu)高,反射率也高(gao),得到的回波強(qiang)度高;相對介電(diàn)常數低🛀,物料會(hui)吸收部分微波(bō)能量,回波強度(dù)較低。
近年來,微(wei)電子技術的滲(shèn)入大大促進了(le)新型物位✉️測量(liang)技💃🏻術的發展,新(xīn)的測量技術促(cù)使物位測量儀(yí)🏃🏻表産品結💛構産(chǎn)生了很大變化(huà)。電池供電及無(wú)線雷達式物位(wei)儀表也開始在(zai)市場上出現。所(suǒ)有這些技術上(shang)取得的進步以(yǐ)及不斷下降的(de)價格正推動着(zhe)雷達式物位儀(yi)表的不斷增長(zhǎng)。
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