干货 | 替换传统测量方式的11种非接触式测量仪表

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本文具体论述了常见非打仗丈量技术及响应的丈量仪器,并连系现实利用说了然这些非打仗丈量方式的道理、优弱点、精度及适用范围,帮助仪表人加深对非打仗丈量技术的了解。

非打仗丈量方式以光电、电磁、超声波等技术为根本,在仪器的感受元件不与被测物体概况打仗的情况下,即可获得被测物体的各类表面或内在的数据特征。

典型的非打仗丈量方式可分为光学法和非光学法。光学法包括结构光法、激光三角法、激光测距法、干与丈量法和图像分析法等;而非光学法包括声学丈量法、磁学丈量法、X射线扫描法、电涡流丈量法等。本文就自动化仪表常见非打仗丈量技术停止先容,帮助仪表人加深对非打仗丈量技术的了解。

01 激光测距法

激光具有杰出的准直性及很是小的发散角,使仪器可以停止点对点的丈量,顺应很是狭窄和复杂的丈量情况。

根基道理:激光测距法操纵激光的这些特点,将激光信号从发射器发出,照耀到物体概况后发生反射,反射后的激光沿基底细同的途径传回给接收装配,检测激光信号从发出到接收所经过的时候或相位的变化,便可以计较出激光测距仪到被测物体间的间隔。

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相位式激光测距道理

激光测距首要分为脉冲测距和相位测距两大类。对于脉冲测距法来说,其系统结构简单,探测间隔远,可是传统的测距系统采用间接计数来丈量光脉冲往返时候,精度低。相位测距系统结构相对复杂,可是其精度较高,随着光电技术的快速成长,相位激光测距技术获得不竭优化和提升,已能满足超短间隔和超高精度的丈量需求。随着激光测距仪朝着小型化、智能化的偏向成长,由于激光测距技术独有的优点,将在各类间隔丈量范畴有越来越广漠的利用远景。

常见利用:激光物位计

激光物位计,由半导体激光器发射持续或高速脉冲激光束,激光束碰到被测物体概况停止反射,光芒返回由激光接收器接收。并切确记录激光自觉射到接收之间的时候差,从而肯定从激光雷到达被测物之间的间隔。

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优点:

丈量光束发散角小、偏向性好;

量程大、测距远、盲点最少;

不受介质温度影响,不受温度变化影响;

非插入式丈量,非打仗丈量;

丈量速度快,合适变化快的液位及料位丈量;

操纵简单,可编程丈量;

丈量切确、高精度合适高要求项目;

分辨率横跨一般仪表十倍;

波束角小,合适长间隔定位,避免障碍物。

弱点:

易受测试波段光源干扰、深色被测物吸收;

价位高。

利用处所:液态沥青、聚合反应堆容器(高压)、反应堆容器(真空)、熔融态玻璃、黑色及有色金属、合金聚苯乙烯、尼龙、聚氯乙稀等芯块、滑石粉或石灰粉、矿石、放矿溜井里的废石、湿或干木屑、采矿,化工,制药,造纸,塑料,油气等高风险地区。

常见利用:激光气体分析仪

半导体激光吸收光谱技术—操纵激光能量被气体份子“选频”吸收构成吸收光谱的道理来丈量气体浓度。半导体激光器发射出特定波长激光束(仅被被测气体吸收),穿过被测气体时,激光强度的衰减与被测气体浓度成一定函数关系,是以,经过丈量激光强度衰减信息便可以分析获得被测气体的浓度。


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优点:

1、不受布景气体的影响;

2、不受粉尘与视窗净化的影响;

3、自动批改温度,压力对丈量的影响。

激光气体在线分析仪用来停止持续产业进程和蔼体排放丈量,合适于卑劣产业情况利用,如钢铁各类燃炉、铝业和有色金属、化工、石化、水泥、发电和渣滓焚烧等。

02 射线穿透技术

化工行业的装配装备存在高温、高压、腐蚀性等特别的情况,常规仪表遭到这些装配现场特别情况的限制,出现安装困难,即使委曲安装,持久的高温影响下,对仪器仪表形成损坏。这类情况下,仪表的选型就会斟酌利用放射性料位计来取代常规仪表的利用。

射线品种和穿透才能:

1、α射线:现实是氦核2个质子、2其中子、4个质量单元,带2个单元正电荷。一张纸可以盖住,能量传递快。

2、β射线:电子,质量1个电子,带1个单元负电荷。薄的铝片可以盖住。

3、γ射线:电磁波、无静止质量、不点电荷。穿透才能较强,衰减-密度x厚度。

4、中子:质量-质子,不带电荷。穿透才能与材料有关,轻元素屏障结果比力好。

化工行业,常选用γ射线,γ射线首先由法国科学家P.V.维拉德发现,是继α、β射线后发现的第三种原子核射线。是波是非于0.01埃的电磁波,有很强的穿透力。

常见利用:γ射线料位计

γ射线料位计也叫γ射线物位计、γ射线液位计,γ射线与被测物料相互感化所发生的辐射强度的变化,从而持续丈量料位的变化

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优点:

放射性料位计不受装备的高温、高压等限制,在安装进程中,不与生产装备打仗,同时在安装利用进程中,也不影响装备的温度,压强等工艺条件。由于其非打仗特征,故而可顺应的料仓压力、物料温度值、粉尘状态、粘度、腐蚀性等极端工况,对温度、压力、粉尘、粘度、腐蚀的顺应性最高。

弱点:

由于γ射线料位计中的放射源首要开释γ射线,可对人体形成一定的辐射危险,所以在利用进程中,需要严酷顺从国家相关标准。其次本钱高昂,也是放射性料位计弱点之一。

03 电磁波丈量技术

电磁波测距是操纵电磁波作为载波,经调制后由一端发射进来,由另一端反射或转送返来 ,测定发射波与回波相隔的时候,以丈量间隔的方式。

常见利用:非打仗式雷达物位计

依照微波的波形,又可分为脉冲雷达物位计和调频持续波雷达物位计。

脉冲雷达物位计经过发射微波脉冲,脉冲以光速(在空气中)传布,在碰到被测介质概况(介电常数必须大于传布介质的介电常数)后,部分微波被反射返来(反射量取决于料面平整度/介电常数巨细),被同一天线接收,介质的反射量(率)越大,信号就越强,越好丈量;反射量(率)越小,信号就越弱,越轻易受干扰。经过正确的识别发射脉冲与接收脉冲的时候间隔△t,可以进一步计较出天线到达被测介质概况的间隔D。


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调频持续波雷达物位计用24GHZ作为丈量基频(载频),2GHZ为调理频宽,全部扫描时候为7ms,完成一次线性扫描,信号发射后,经过一定的时候提早后,接收到回波信号。在线性扫频中发生的时候差,与液位间隔呈反比例,由于有很多反射波,将一切的回波时候停止快速傅立叶(FFT)变更,将时候信号转换成有一定能量的频谱,比力高和比力陡的视频谱信号为有用信号。


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由于雷达物位计具有丈量精准、性能稳定、牢靠性高、保护简洁、适用范围广等优点,其利用范围很是普遍,涵盖了电力、钢铁、冶金、水泥、石油化工、造纸、食品等行业,适用于粉尘、温度、压力变化大,有惰性气体及蒸汽存在的场所。

04 红外丈量技术

红外线与我们所熟悉的太阳能、无线电波一样,是在一定波长范围内的电磁波。光束经过三梭镜后会构成一条由红、黄、橙、绿、青、蓝、紫七色光排成的光谱,这些都是可见光,可见光的波长是0.0004mm—0.001mm的电磁波,红外线的波长是0.3mm—0.0007mm的电磁波,波长比可见光长,位于红光的外侧属于不偏见光。

生产进程中,红外测温技术在产物资量控制和监测,装备在线故障诊断战争安庇护以及节俭能源等方面发挥了侧重要感化。比起打仗式测温方式,红外测温有着响应时候快、非打仗、利用平安及利用寿命长等优点。

常见利用:非打仗红外测温仪

非打仗红外测温仪,由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处置、显现输出等部分组成。光学系统是将方针物体辐射出的红外能量会聚起来,聚焦在光电探测器上,并改变成响应的电信号,再经过电路运算处置电路后,换算改变成被测方针的线性的温度信号值,以便实现进一步的信号处置及控制。


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优点:

1、能测活动物体的温度;

2、测温范围广,适于高温丈量;

3、热惯性小,探测器的响应时候短,测温响应速度快,约2-3s,易于实现快速与静态温度丈量。在一些特定的条件下,例如核子辐射场,辐射测温可以停止正确而牢靠的丈量;

4、测温进程中不破坏被测工具的温度场,不影响原温度场散布。

弱点:

1、由因而非打仗式。辐射温度计的丈量受中心介质的影响较大。出格是在产业现场条件下。四周情况比力卑劣,中心介质对丈量成果的影响就更大。在这方面,温度计波长范围的挑选是很重要的;

2、它不能间接测得被测工具的实在温度。要获得实在温度,需要停止发射率的批改。而发射率是一个影响身分相当复杂的参数,这就增加了对丈量成果停止处置的难度;

3、由于辐射测温的道理复杂,致使温度计结构复杂,价格较高。

非打仗式测温仪表首要有辐射温度计、光纤辐射温度计等。其中前者又分为全辐射温度计、亮度温度计(光学高温计、光电高温计)和比色温度计。

常见利用:非打仗在线红外水份测定仪

在线水份检测仪指的是在传送带上的物料不竭活动,经过近红外光芒照耀,非打仗的丈量物料的水份。

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工作道理:份子结构,像水中的氢-氧键会吸收特定波长的近红外线(特定丈量波段1940nm),在特定波长下,所反射回去的近红外线能量和物料中水份子吸收的近红外线能量成反比,按照能量的损失量就能计较出被测物料的含水率。水份子不是静止的:当碰到特定的能量带时,它们会振动。水份子中约束两个氢原子与氧原子的键会伸展、收缩、或以别的形状扭曲。需要外来的能量引发这些振动。需要的能量遍及全部电磁光谱的特定波段。在全部光谱的分歧部位,有一些吸收波段非常激烈,有一些非常微小。在光谱的近红内部位,该等波段对于水份子出格激烈,同时仪器在发射、过滤和接收能量方面更轻易实现。

常见利用:红外热成像仪

红外热成像仪,可以以“面”的形式对方针整体实时成像,使操纵者经过屏幕显现的图像色彩和热门追踪显现功用就能初步判定发热情况和故障部位,然后加今后续分析,从而高效力、高正确率地确认题目地点。

红外热像仪是经过非打仗探测红外热量,并将其转换天生热图像和温度值,进而显现在显现器上,并可以对温度值停止计较的一种检测装备。红外热像仪可以将探测到的热量切确量化,可以对发热的故障地区停止正确识别和严酷分析。

红外成像仪很是易于利用,热成像垂手可得,操纵和直观的屏显指南,不需专业培训即可停止正确的丈量,只需指向方针,瞄准焦仪器,它就会自动调剂温度范围来显现清楚鲜明的图像。


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05 声学丈量技术

声学丈量法首要用于测距,其中超声波测距技术利用比力普遍。为了以超声波为检测手段,必须发生超声波和接收超声波。要求利用高频声学换能器,来停止超声波的发射和接管。超声波的指向性很强,在固体介质中传布时能量损失小,传布间隔远,是以常用于丈量间隔。

根基道理:超声波测距的道理是在已知超声波在某介质中的传布速度的情况下,当超声波脉冲经过介质到达被测面时,会反射回波,经过丈量仪器丈量发射超声波与接收到回波之间的时候间隔,即可计较出仪器到被测面的间隔。

特点:操纵超声波检测速度快,灵敏度高,仪器体积小,精度也能到达大部分产业利用的要求。传统的声学仪器大部分为模拟信号仪器,精度不高,稳定性和牢靠性不尽人意。数字化声学丈量技术却可以填补这些弱点,而且具有轻易升级更新、可获得很高的性能目标、存储数据方便等优点,慢慢被人利用。

常见利用:超声波物位计

超声波物位计多用于持续性丈量,首要操纵声波碰到液面发生反射波的道理,测出从发射波发出到反射波返回全部进程所需要的时候。现实利用中,就是将超声波物位计垂直安装于液体概况,当超声波物位计工作时,会向液面发射一个超声波脉冲,经过一段时候,超声波物位计的传感器就会接到被液面返回的信号,按照超声波物位计发出和接收超声波的时候差,从而计较出液面到传感器的间隔,即可计较出液位的具体高度。


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优点:

1、与激光测距技术相比,有简单和经济的优点;

2、超声技术一般不需要活动部件,所以在安装和保护上又响应比力方便;

3、超声波物位计不但能定点和持续测位,而且能方便的供给遥测或遥控所需的信号;

4、超声波物位计与放射性测位技术相比,不需要防护。

弱点:

1、当超声波传布介质密度发生变化,声速也将发生变化,严重影响丈量精度;

2、超声波物位计对温度压力比力敏感,所以一般需要在常温常压下丈量;

3、有些物资对超声波有激烈吸收感化,选用丈量方式和丈量仪器时要充实斟酌液位丈量的具体情况和条件。

超声波物位计可普遍利用于石油、矿业、发电厂、化工场、水处置厂、污水处置站、农业用水、环保监测、食品(酿酒业,饮料业、增加剂、食用油、奶制品)、抗洪防汛、水文监测、明渠、空间定位等很多行业。

常见利用:声纳式外测液位计

一种操纵声纳测距道理,“微振动分析”技术自在器外丈量液位的仪表,不需要在罐壁上开孔,不用法兰,不动火、不清罐,不打仗罐内的液体和蔼体,可实现在线安装、保护,是一种完全非打仗隔离式仪表。


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优点:

1、稳定牢靠:高度切确和牢靠的非打仗液位丈量,无需对不竭变化的进程条件(如密度、粘度、酸碱度、介电常数、温度和压力)停止抵偿;

2、平何在线安装:无进程毗连接口的安装方式无泄露风险,并答应在内含液体的储罐在线停止安装;

3、保护量小:无活动部件且无需重新标定,最洪流高山削减了保护工作;

4、液位丈量最理想挑选:隔离式非打仗技术是剧毒、易燃易爆、高纯度和腐蚀性利用的理想挑选。

弱点:受介质形状影响,只能丈量液态介质,同时动力粘度<30mp.s。

常见利用:超声波外测液位开关

超声波外测液位开关是一种操纵超声波壁内传布衰减道理,连系“变频超声波”技术实现检测的液位开关,采用余振式的工作方式。丈量探头吸附在容器外壁,是一种从罐外检测液位的完全非打仗隔离式仪表。可普遍适用于各类液体的液位检测。


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优点:

1、平安:在丈量有迫害、有腐蚀、有压力、易燃爆、易挥发、易泄露的液体时,不利用阀门、连通管、讨论,没有漏点,不打仗罐内的液体和蔼体,很是平安。即使在仪表损坏或维修状态下,也绝无引发泄露、迫害、爆炸的能够;

2、安装、维修方便:安装维修时不动火,不清罐,不影响生产;

3、牢靠耐用:传感器和仪表中无机械活动部件,并严酷密封,与外界隔离,不会磨损或腐蚀;

4、适用普遍:与被测介质的压力、温度、密度、介电常数、黏度及有无腐蚀性无关。

弱点:受介质形状影响,只能丈量液态介质。

常见利用:外夹式超声波流量计

超声波流量计操纵超声波在流体的逆流和逆流平分歧的传布速度来丈量。最多见的偶然差法、速差法和频差法。超声波流量计具有非打仗式丈量、高压损、丈量范围宽等优点,已经被普遍用于石油化工等行业的流量计量,出格适用于大口径管道、非导电性流量丈量。


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外夹式超声流量计可从以下角度分类:

第一,按照根基道理,外夹式超声波流量计可分为时差法、声循环法、相位差法、相关法、波距法、多普勒法等。

第二,按照超声波探针的安装方式,可以按照内部耦合和插入、插入和丈量管段的存在与否来区额内部夹钳超声波流量计。

第三,外夹式超声波流量计可按照通道数分为多通道和单声道范例。

第四,按照性能特征,超声波可以将内部钳位超声波流量计分为便携式、牢固式、标准型和高温防水型。

优点:

1、外夹式超声波流量计可以实现非打仗测流量,即使是插入式或内贴式超声波流量计,其压损也几近为零,其测流量的方便性与经济性是最好的。
2、超声波流量计水、气、油各类介质都可以丈量,其利用的范畴非常广漠。
3、超声波流量计的制造本钱几近和口径无关,在大口径流量计量场一切着价格公道,安装利用方便的综合合作上风。
4、便携式超声波流量计可以实现一台流量计在各类管径,各类材质的管线上测流量,是作为标准表停止在线校准、比对或时代核对的首选流量计范例。
5、超声波流量计具有其测流道理基于长度与时候两个根基物理量的溯源方便性,可以预见它势必超越别的道理的流量计成为流量标准甚至是流量基准的载体。
6、超声波流量计运转能耗极小,可方便地实现终年电池供电,加上先辈的智能化主机可方便地停止收集无线通讯,其利用远景加倍广漠。

弱点:

1、由于被测液体的温度受超声波探头与管道之间的耦合材料耐温水平的限制,以及高温下被测液体传声速度的原始数据不全影响。今朝一般国产的超声波流量计只能用于丈量200 ℃以下的流体。

2、超声波流量计的丈量线路比一般流量计复杂。

3、丈量精度不够高。今朝进口的超声波流量计正确度品级在0.5 级左右。而国产的超声波流量计正确度品级一般在1级大概更低些,不可以完全满足检测要求。超声波流量计受外界条件的影响比力大。比如丈量管道四周有高电场、磁场等城市对超声波流量计丈量有影响。

经过几十年来的成长,非打仗丈量技术获得了长足的进步,随着平安要求的提升,非打仗丈量技术将会获得越来越多的提高和利用。

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