一、物位 测量传感器的分类及其原理
物位测量传感器可分两大类:一类是测量物位连续变化的传感器:另一类是测量以气状态为目标的开关式传感器(即物位开关)。
连续式测量传感器主要用于连续控制的料仓、灰库等方面，有时也可用于多点报警系统;开关式物位测量传感器主要用于顺序控制的限位，报警等。下面主要介绍三 种连续式物位测量传感器的基本原理)、PLC/DCS接口及应用技术。
1.1 雷达测量原理
雷达测量应用"发射一反射一接收"测量原理。雷达传感器的天线以波束的形式发射最小5.8GHz的雷达信号，反射回来的回波信号仍由天线接收;雷达脉冲信 号从发射到接收的运行时间与测量传感器到介质表面的距离以及物位成比例。一束雷达脉冲的发射时间为lnS，每隔277ns天线系统发射一束脉冲信号。脉冲 波束的频率是3.6MHz，在发射间隔时间内，天线系统作为接收装置使用;传感器分析处理运行时间小于十亿分之一秒的回波信号，并在极短的一瞬间分析处理 回波图。
1.2 相位跟踪测量原理
相位跟踪原理利用高频传输线作为探头。探头由两根平行导线组成，垂直悬挂在贮罐内。电子部件沿测量传感器发送一个高频正弦波，这一正弦波产生一个电磁场。 电磁场同时绕两根导线移动。这一信号以一个恒定的速度向料面移动，到达料面处，该信号被反射并以相同的速度往回移动。该信号之所以会从料面反射回来，是因 为测量传感器的阻抗在空气与物料的介面处发生了突变。因为电磁场延伸到测量传感器两根导线的外部，所以探头的阻抗取决于周围介质的介电常数?
1.3 超声波测址原理
它是一种非接触式的物位测量传感器，其原理是工作时向液面或粉体表面发射一束超声波，被其反射后，测量传感器再接收此反射波。设声速一定，根据声波往返的 时间就可以计算出测量传感器到液面(粉体表面)的距离，即测量出液面(粉体表面)位置。其传感元件有二种，一种是由线圈、磁铁和膜构成的，另一种是由压电 式磁致伸缩材料构成的。 前者产生lOKHZ的超声波，后者产生加20~40KHZ的超声波。超声波的频率愈低，距离的衰减愈小，但反射效率也小。
一般地说，在空气(或真空中)，介电常数等于1，在所有物科中，介电常数总是比1大。因此，在空气与物科的介面上，由于介电常数的差别，总会产生一个回 波。最小介电常数之差约为0.5，即物料的最小介电常数约为1.5。
二、三种新型 连续物位测量传感器的功能特点、PLC接口技术的分析比较
2.1 雷达测量传感器的功能分析及PLC接口
2.2.1 功能特点:
雷达传感器连续,非接触测量传感器探头到介质表面的距离。不同的距离对应不同的物位。应用特殊的"调整间隔时间"技术，将每秒钟3600000个回波图放 大、定位，然后分别进行整合、判断，以每0.1秒精确地分析处理这些被放大的回波信号，节省分析频率的时间。雷达信号是一种特殊形式的电磁波，其物理特性 与可见光相似。根据量子论观点:雷达信号可以穿透空间，传播速度相当于光速。
雷达信号是否可以被反射，取决于两个因素:①、被测介质的导电性;②、被测介质的介电常数:所有导电的介质都能很好地反射雷达信号，尽管介质的导电性不是 很好，也能被很准确地测量。
雷达测量传感器可以测量所有介质电常数>1.5的介质(空气的介电常数是1)。介质的导电性越好或介电常数越大，回波信号的反射效果越好。
2.1.2 分析处理
①、智能自动
雷达测量传感器采用先进的电子部件，测量效率很高。能够探测到比十亿分之一还短的雷达信号运行时间，还将多年的物位及雷达测量技术应用于智能信号分析处 理。
它的参数可以被调整并存储在一个记忆存储器里。内置一个数据库支持此记忆存储器，数据库内有多年来雷达物位测量的经验参数。与人类记忆相似，数据库的记忆 是长期记亿，历史存储器相当于短时记忆，雷达信号的图片相当于瞬时记忆。
②、计算概率
ECHOFOXR按照计算概率的方法(模糊逻辑)连续快速计算和判断，哪些回波图是正确的，并且每0.1秒重新给出物位。基于两个数据库的数据和实际的回 波图，测量传感器在很短的时间内作出决定。标有ECHOFOXR的测量传感器可以根据经验参数辨别有用回波和虚假回波，并将虚假回波滤出。
2.1.3 输出信号与P叨的接口
测量传感器的信号输出和传输十分重要。有两种输出:
①与物位成比例的4~20mA模以信号;
4~20mA模拟信号一种通用的标准信号。适用于设计单点模以量测量或PLC/DCS系统;
②与测量值成比例的数字型信号;
数字型信号传输适用于大型测量系统，带数字型输出的传感器可以任意联网。一根两芯线缆上可以连接5~15个传感器(数字型输出)
数字型输出的特点是测量精度高，误差小。
2.1.4 应用场合
雷达式测量传感器不受温度、压力、气体等条件的限制和影响，可无接触、精确地测量不同介质的物位，应用于灰粉、固态颗粒、高温等各种工况，安全且节省能 源。在实际应用中，雷达料位的发射功率非常小，通过金属容器外壁可以将雷达信号完全隔离。(静电屏蔽)
2.2 相位跟踪测量传感器的功能分析及PLC接口
2.2.1 功能特点:
相位跟踪法是通过测量发送RF(Radio Frequency)射频波与从物料表面反射回波之间的相位角来测量物位的。RF波是在一根垂直悬挂在料仓内的传输线(即传感元件)中传播的。发送RF波 与反射波之间的相移是RF波沿传输线向料面移动，然后再返回顶部时所走过的距离直接度量。该测量方法取决于物料的性质，与介电常数无关。因为RF波的传播 不随压力和温度条件变化，所以物料读数将在过程物位测量常温、常压下保持稳定。在粒状和粉状物料中，这种测量方法不受加料过程中粉尘、气力输送中空气扰动 的影响，罐内的粉尘对其检测的影响亦较小。测量液体时，不受液体种类、比重变化、介电常数及液体在探头上凝结物的影响。
2.2.2 分析处理
料仓测量过程与物料性质无关，这是解决多年物料测量难点的重大突破。因为按相位跟踪原理，其测量的是物料上面空间的高度，而不是物料本身，所以与物料无 关。料位测量的结果不取决于料仓内电容或导电率的物理特性:介电常数的变化仅改变反射信号(做)的幅值，而不改变肤与心之间的相位。因此，利用这个测量原 理可以在介电常数变化的条件下工作。另外，因为充满粉尘的空气和粘附在探头的物科，它们所占据的空间，与探头周围的测量空间相比是微不足道的，故加料过程 中的粉尘及因温度变化而引起的介电常数的变化、料仓的结构，如高度、直径等这些固体料测量中的干扰均不会影响相位跟踪法的测量精度。RF波本身的检测特点 决定相位跟踪物位检测传感器可不受罐内温度变化、物料被搅拌的的影响。
2.2.3 输出信号与PLC的接口
根据公式:
H:料仓中料位高度，
Ho:料仓总高(探头长度)，
L:探头顶部到料面的距离，
V:速度，
△f:f2与f1的频差
因为V是固定的值，可不需现场校准。
采用智能传感器控制扫频过程，测出频率(f2，f1)，就能自动计算出料仓内的料位高度H。
智能化测量算法采用自校核技术;用配BUS诊断软件进行RS232C数据口通迅，提供就地指示、控制接点，4~20mA输出及2个串行数据口，可分别供 RS232/RS485使用。
2.2.4 应用场合
不需对温度及压力进行补偿。因射频波可以固定的速度在真空、空气中传播，它不受温度、压力、灰尘的影响。相位跟踪需要的能量很小，它的本质是安全的。
2.3 超声波跟踪测且传感器的功能分析及PLE接口
2.3.1 功能特点
非接触式超声波物位测量系统由两部分组成:一个超声波信号换能器和一个远距离安装的电子发收器。换能器不断发射一系列的超声波脉冲并接收来自被监测的液休 或固体表面返回的反射回波。发收器中的微处理器将信号转换成距离、物位或体积，并将此数据作为LCD数字读数显示。
超声波涣能器具有内藏式温度补偿和高输出的特点，可提高自清洁能力。采用可增强换能器灵敏度的动态阻抗匹配(完美的发射/接收匹配)以使回波幅度达到最 大。
在理想条件下，监测一个容器中的液体或料位，接收来自反射表面的单个强回波是二个简单的过程。但在实际应用中，来自扰动、粉尘和来自虚假目标幻影的回波、 泡沫、蒸汽及因距离产生的声衰减效应等许多因素，使测量工况变得复杂:这是限制系统测量能力的一部分。现在的声波智能TM回波处理软件，加上新的换能器， 可以弥补以前超声波传感器不能涉足的场合。
2.3.2分析处理
①电子单元中枢，声波智能TM软件使AiRanger DPL Plus和XPLPIus具有独特的回波包络线数字化，以区别由固体或液体表面反射的"真正"回波与由容器障碍物和声学或电气噪声产生的虚假回波。
②人工智能为适应工况条件变化采用高可靠性处理<
