接触式和非接触式仪表到底有何区别？
在现代工业自动化和精密制造中，工业仪表起着至关重要的作用。它们用于测量、监控和调节生产过程中的各类物理量，如温度、压力、液位等。根据测量方式的不同，工业仪表可以分为接触式和非接触式两种类型。接触式仪表通过直接接触被测物体来获取数据，而非接触式仪表则通过电磁、光学或声波等技术进行远程测量。本文将详细分析这两种仪表的工作原理、优缺点和适用场景，以帮助您更好地理解它们的应用。
一、接触式工业仪表
接触式工业仪表通过与被测物体直接接触来进行测量，广泛应用于温度、压力、液位等各类测量任务。常见的接触式仪表有热电偶、压力传感器、硬度计、拉力计、卡尺、千分尺以及液位计（如音叉液位开关、振棒料位开关、阻旋料位计等）。
1.1 接触式仪表工作原理
接触式仪表依赖于与物体直接接触，通过物理量的变化来获取数据：
- 温度传感器：例如热电偶、热敏电阻（NTC/PTC）和电阻温度检测器（RTD）。这些传感器通过接触物体，测量温度变化所引起的电压、电阻或电流变化。
- 压力传感器：通过与气体或液体接触，检测膜片位移，进而测量压力。
- 物位计：例如音叉液位开关、振棒料位开关和阻旋料位开关，通过直接接触液体或物料，监测液位或料位的变化。
1.2 接触式仪表的优缺点
优点：
- 高精度：接触式仪表提供的测量通常较为精确，尤其适合尺寸测量、物质硬度和液位监测等应用。
- 成熟技术，成本较低：接触式仪表技术较为成熟，制造成本较低，因此在传统工业中得到了广泛应用。
- 可靠性高：工作原理简单，接触式仪表通常具有较好的稳定性。
缺点：
- 物体表面影响：接触式仪表需要与物体接触，这可能会对物体表面造成影响，尤其在高精度要求的场合，可能导致测量误差。
- 环境适应性差：在高温、高压、腐蚀等恶劣环境下，接触式仪表的使用可能会受到影响，甚至导致损坏。
- 需要维护与校准：由于探头容易磨损或污染，接触式仪表需要定期的校准和维护。
1.3 应用场景
接触式仪表被广泛应用于多个领域：
- 质量控制：例如在机械加工中进行尺寸测量（卡尺、千分尺等）。
- 材料测试：用于硬度、拉力等物理性质的测试。
- 液位监控：音叉液位开关、振棒料位开关和阻旋料位计广泛用于化工、石油、食品等行业的液位监测。
二、非接触式工业仪表
非接触式工业仪表通过电磁、光学或声波等方式进行测量，避免与被测物体直接接触。常见的非接触式仪表包括激光测距仪、红外温度计、超声波测厚仪、激光位移传感器、雷达液位计、超声波液位计等。
2.1 非接触式仪表工作原理
非接触式仪表通过测量物体发射或反射的信号来获取数据：
- 激光测距仪：通过测量激光束从物体表面反射回来的时间，来测量距离。
- 红外温度计：通过检测物体发出的红外辐射来推算其温度。
- 雷达液位计：利用雷达波与物体表面之间的反射信号来测量液位，适用于高温、高压、腐蚀性介质环境。
- 超声波液位计：通过超声波信号的反射来测量液位，常用于液体和固体的料位监测。
2.2 非接触式仪表的优缺点
优点：
- 无接触损伤：非接触式仪表不会接触物体，适合测量易损、精密或高温的物体。
- 适应复杂环境：不受高温、高压、腐蚀等环境因素影响，适用于极端环境。
- 远程测量：能够在危险区域或无法接触的地方进行测量，保证操作人员的安全。
缺点：
- 精度较低：非接触式仪表通常受到环境因素（如温度、湿度、气流、灰尘等）影响，精度可能低于接触式仪表。
- 成本较高：非接触式仪表技术复杂，初期投入较高，且维护要求较为严格。
2.3 应用场景
非接触式仪表在以下领域得到了广泛应用：
- 高温与高精度测量：如冶金、钢铁、电力等行业中使用红外温度计和激光位移传感器进行高温环境下的精确测量。
- 远程监测与无人操作：例如在石油、化工等危险环境中，使用非接触式仪表进行实时监控。
- 液位监控：雷达液位计和超声波液位计适用于高温、高压、强腐蚀等环境中的液位或料位监测。
三、接触式与非接触式仪表的比较
3.1 工作原理对比
- 接触式仪表：通过直接接触物体，测量物理量（如电压、电流、电阻等）的变化来获取数据。
- 非接触式仪表：通过测量物体发射或反射的信号（如光、电磁波、声波等），无需接触物体。
3.2 精度与适用性对比
- 接触式仪表：在精确度要求较高的测量中表现优异，适用于需要直接接触物体的场合。但在高温、高压等环境下的适用性有限。
- 非接触式仪表：虽然精度可能受到环境影响，但在远程测量、危险环境下的使用具有明显优势。适合高温、高压等恶劣环境。
3.3 成本与维护对比
- 接触式仪表：通常成本较低，但需要定期校准和维护，特别是在高温或腐蚀性环境中，仪表可能会磨损或损坏。
- 非接触式仪表：初期投资较高，但能够在恶劣环境中稳定工作，减少了与物体接触的损伤，长期来看维护成本较低。
四、总结
接触式与非接触式工业仪表各有优缺点，适用于不同的测量需求。接触式仪表以其高精度和成熟技术，在传统制造和精密测量领域得到了广泛应用；而非接触式仪表则凭借其无接触、环境适应性强、远程测量等优势，成为现代化工业应用中的重要工具。根据具体的应用场景、精度要求及工作环境，选择合适的仪表类型，可以提高生产效率和测量精度。
