接觸式和非接觸式儀表到底有何區別？
在現代工業自動化和精密制造中，工業儀表起著至關重要的作用。它們用于測量、監控和調節生產過程中的各類物理量，如溫度、壓力、液位等。根據測量方式的不同，工業儀表可以分為接觸式和非接觸式兩種類型。接觸式儀表通過直接接觸被測物體來獲取數據，而非接觸式儀表則通過電磁、光學或聲波等技術進行遠程測量。本文將詳細分析這兩種儀表的工作原理、優缺點和適用場景，以幫助您更好地理解它們的應用。
一、接觸式工業儀表
接觸式工業儀表通過與被測物體直接接觸來進行測量，廣泛應用于溫度、壓力、液位等各類測量任務。常見的接觸式儀表有熱電偶、壓力傳感器、硬度計、拉力計、卡尺、千分尺以及液位計（如音叉液位開關、振棒料位開關、阻旋料位計等）。
1.1 接觸式儀表工作原理
接觸式儀表依賴于與物體直接接觸，通過物理量的變化來獲取數據：
- 溫度傳感器：例如熱電偶、熱敏電阻（NTC/PTC）和電阻溫度檢測器（RTD）。這些傳感器通過接觸物體，測量溫度變化所引起的電壓、電阻或電流變化。
- 壓力傳感器：通過與氣體或液體接觸，檢測膜片位移，進而測量壓力。
- 物位計：例如音叉液位開關、振棒料位開關和阻旋料位開關，通過直接接觸液體或物料，監測液位或料位的變化。
1.2 接觸式儀表的優缺點
優點：
- 高精度：接觸式儀表提供的測量通常較為精確，尤其適合尺寸測量、物質硬度和液位監測等應用。
- 成熟技術，成本較低：接觸式儀表技術較為成熟，制造成本較低，因此在傳統工業中得到了廣泛應用。
- 可靠性高：工作原理簡單，接觸式儀表通常具有較好的穩定性。
缺點：
- 物體表面影響：接觸式儀表需要與物體接觸，這可能會對物體表面造成影響，尤其在高精度要求的場合，可能導致測量誤差。
- 環境適應性差：在高溫、高壓、腐蝕等惡劣環境下，接觸式儀表的使用可能會受到影響，甚至導致損壞。
- 需要維護與校準：由于探頭容易磨損或污染，接觸式儀表需要定期的校準和維護。
1.3 應用場景
接觸式儀表被廣泛應用于多個領域：
- 質量控制：例如在機械加工中進行尺寸測量（卡尺、千分尺等）。
- 材料測試：用于硬度、拉力等物理性質的測試。
- 液位監控：音叉液位開關、振棒料位開關和阻旋料位計廣泛用于化工、石油、食品等行業的液位監測。
二、非接觸式工業儀表
非接觸式工業儀表通過電磁、光學或聲波等方式進行測量，避免與被測物體直接接觸。常見的非接觸式儀表包括激光測距儀、紅外溫度計、超聲波測厚儀、激光位移傳感器、雷達液位計、超聲波液位計等。
2.1 非接觸式儀表工作原理
非接觸式儀表通過測量物體發射或反射的信號來獲取數據：
- 激光測距儀：通過測量激光束從物體表面反射回來的時間，來測量距離。
- 紅外溫度計：通過檢測物體發出的紅外輻射來推算其溫度。
- 雷達液位計：利用雷達波與物體表面之間的反射信號來測量液位，適用于高溫、高壓、腐蝕性介質環境。
- 超聲波液位計：通過超聲波信號的反射來測量液位，常用于液體和固體的料位監測。
2.2 非接觸式儀表的優缺點
優點：
- 無接觸損傷：非接觸式儀表不會接觸物體，適合測量易損、精密或高溫的物體。
- 適應復雜環境：不受高溫、高壓、腐蝕等環境因素影響，適用于極端環境。
- 遠程測量：能夠在危險區域或無法接觸的地方進行測量，保證操作人員的安全。
缺點：
- 精度較低：非接觸式儀表通常受到環境因素（如溫度、濕度、氣流、灰塵等）影響，精度可能低于接觸式儀表。
- 成本較高：非接觸式儀表技術復雜，初期投入較高，且維護要求較為嚴格。
2.3 應用場景
非接觸式儀表在以下領域得到了廣泛應用：
- 高溫與高精度測量：如冶金、鋼鐵、電力等行業中使用紅外溫度計和激光位移傳感器進行高溫環境下的精確測量。
- 遠程監測與無人操作：例如在石油、化工等危險環境中，使用非接觸式儀表進行實時監控。
- 液位監控：雷達液位計和超聲波液位計適用于高溫、高壓、強腐蝕等環境中的液位或料位監測。
三、接觸式與非接觸式儀表的比較
3.1 工作原理對比
- 接觸式儀表：通過直接接觸物體，測量物理量（如電壓、電流、電阻等）的變化來獲取數據。
- 非接觸式儀表：通過測量物體發射或反射的信號（如光、電磁波、聲波等），無需接觸物體。
3.2 精度與適用性對比
- 接觸式儀表：在精確度要求較高的測量中表現優異，適用于需要直接接觸物體的場合。但在高溫、高壓等環境下的適用性有限。
- 非接觸式儀表：雖然精度可能受到環境影響，但在遠程測量、危險環境下的使用具有明顯優勢。適合高溫、高壓等惡劣環境。
3.3 成本與維護對比
- 接觸式儀表：通常成本較低，但需要定期校準和維護，特別是在高溫或腐蝕性環境中，儀表可能會磨損或損壞。
- 非接觸式儀表：初期投資較高，但能夠在惡劣環境中穩定工作，減少了與物體接觸的損傷，長期來看維護成本較低。
四、總結
接觸式與非接觸式工業儀表各有優缺點，適用于不同的測量需求。接觸式儀表以其高精度和成熟技術，在傳統制造和精密測量領域得到了廣泛應用；而非接觸式儀表則憑借其無接觸、環境適應性強、遠程測量等優勢，成為現代化工業應用中的重要工具。根據具體的應用場景、精度要求及工作環境，選擇合適的儀表類型，可以提高生產效率和測量精度。
