物位测量技术发展

　　物位测量技术经历了结构上从机械式仪表向电子式仪表发展，以及工作方式上由接触式向非接触式发展的过程。

　　上图中，前4种测量技术都属于接触式测量方法，第5种辐射法为非接触测量方法。其中，直视法是指眼睛可以直接观测到介质容量变化的一种方法；测力法是指通过被测介质对指示器或传感器等目标施加外力来测量的方法；压力法是由被测介质施加在测量探头而产生压力进行测量的方法；电特性法是利用被测介质的电特性进行测量的方法；辐射法采用电磁频谱原理技术。

　　前4种方法需要测量仪器的全部或一部分部件与被测介质(固体或液体物料)相接触才能达到测量的目的。从长期来看，物料粘附物及沉积物会对这些机械部件产生附着，当物料为腐蚀性或易产生水锈的介质时，对仪器精度的影响将更加严重。在工业生产中，对物位仪表zui基本的要求是高精度和高可靠性，这就需要有应用范围更大、精度更高的技术出现。

　　TOF测量原理

　　近几年来，发展较快的是行程时间或传播时间ToF ( time of flight )测量原理，又称回波测距原理。它是利用能量波在空间中的传播时间来进行度量的一种方法。能量波在信号源与被测对象之间传递，能量波到达被测对象后被反射并返回到探头上被接收，属于非接触测距。

　　ToF 测量技术可以利用的能量波有机械波(声或超声波)、电磁波(通常为K波段或C波段的微波)和激光(通常为红外波段的激光)，相应的物位计称为超声波物位计、微波物位计和激光物位计。

　　雷达物位计分类

　　尽管辐射法物位计都是采用ToF测量原理，但所采用的能量波不同时，信号的反射机理及在信号处理等方面都有很大的不同。以现在常用的超声波和微波物位计为例，它们都采用ToF测量原理，都需要一个信号发生器和一个回波信号接收器，但两种能量波在性质、频率范围、反射方法以及对于包含距离信号的反射波的处理上都有比较大的差别。

　　超声波物位计与微波物位计的对比

　　电磁波的波段从3kHz～3000GHz ，微波是指频率为300MHz～300GHz的电磁波。在物位检测中，微波使用的频段规定在4～30GHz之间，典型波段为6.3GHz、10GHz 、26GHz。6.3 GHz 的频率属于C波段微波;10GHz的频率属于X波段微波;26GHz的频率属于K波段微波。

　　声波是机械波，频率范围为20Hz～20kHz ，因此，当声波的振动频率高于20kHz或低于20kHz时，我们便听不见了。我们把频率高于20kHz 的声波称为“超声波”。

　　电磁波与声波产生的原理是不同的，声波是靠物质的振动产生的，在真空中不能传播;而电磁波是靠电子的振荡产生的，其本身就是一种物质，传播不需要介质，能在真空中传播。这两种波在通过不同的介质时都会发生折射、反射、绕射和散射及吸收等现象，物位计正是应用这种特性来测量距离的。

　　超声波物位计由声纳技术衍化而来，其安装方式有顶部安装和底部安装两种。早期的超声物位计采用的也是液体导声，超声探头安装在料罐底部外，超声波从底部传入，经被测液体传播到液面，反射后传回探头。超声波传播时间与液位的高低成正比。由于超声波在各种被测介质中传播的声速不同，所以很难做成通用产品;且料罐底部(尤其是液体料罐的底部)安装探头的方法在实用中往往也有困难。因此，在实际工业过程中，利用空气作为导声介质的顶部安装应用越来越广泛。

　　与超声波物位计相比，雷达物位计的微波信号是在不同介电常数的分界面上反射的。微波以光速传播，速度几乎不受介质特性的影响，传播衰减也很小，约0.2dB/km 。回波信号强弱很大程度上取决于被测液面上的反射情况。在被测液面上的反射率除了取决于被测物料的面积和形状外，主要取决于物料的相对介电常数εr。相对介电常数高，反射率也高，得到的回波强度高;相对介电常数低，物料会吸收部分微波能量，回波强度较低。

　　　近年来，微电子技术的渗入大大促进了新型物位测量技术的发展，新的测量技术促使物位测量仪表产品结构产生了很大变化。电池供电及无线雷达式物位仪表也开始在市场上出现。所有这些技术上取得的进步以及不断下降的价格正推动着雷达式物位仪表的不断增长。