为应用选择传感器:回答观众的问题

传感器的选择是2017年8月22日，控制工程网络直播;下面两位专家将回答观众的其他问题。网络广播的存档版本，以及RCEP专业发展小时(PDH)测试的链接，可在以下网址获得www.globalelove.com/webcasts．

网络广播提供了关于如何为自动化和控制应用选择传感器的建议，包括关于实现的细节对于选择正确类型的传感器是多么重要。网络广播学习目标随之而来。

1. 定义什么是传感和区分传感的两个主要应用领域，机器位置和条件和产品质量。
2. 定义传感器的位置和约束条件。
3. 列出传感器应用的方法、技术和注意事项。
4. 概述指定过程传感器的基本原理。
5. 介绍几种过程传感器技术及其应用。
6. 提供从已安装应用程序中获得的经验教训。

网络直播演讲者信息如下。

弗兰克羊肉他是公司的创始人、所有者和制造和自动化业务顾问，专门从事控制、编程、机器制造和设计自动化咨询有限公司．羊肉也是控制工程编辑顾问委员会成员。

克里斯托弗·j·汤普森，体育，是工艺工程、工艺解决方案部的部门经理Matrix技术公司．Matrix Technologies Inc.被评为年度系统集成商控制工程杂志，2008年，2012年和2016年。

更多关于传感器选择的答案

下面，兰姆和汤普森为网络直播观众关于工业传感器的问题提供了额外的答案。

问:你能谈谈传感器使用的通信协议吗?

羊:大多数通信协议用于控制网络，而不是传感器本身。例如，Allen-Bradley的Remote IO是将节点实时连接到控制系统的早期选择之一，但它需要传感器和控制器之间的中介设备。后来出现了DeviceNet(现在由ODVA管理)，这是一种将单个设备放在网络上的尝试。Profibus [PI North America，由西门子和其他公司推广]和Modbus [Modbus Organization Inc.，由Modicon和其他公司推广]也是早期处理I/O的网络，尽管不是基于单个设备。HART协议(通过4-20 mA链路进行通信)是另一种早期方法。

大多数传感器仍然连接到处理通信的设备上，而不是直接连接，但几乎每个控制供应商都有某种他们喜欢的以太网协议。EtherNet/IP(也叫ODVA)、Profinet (PI北美)和EtherCAT (EtherCAT技术集团，由倍福自动化和其他公司支持)都是这方面的选择。传感器制造商通常为主要平台制作版本。

问:你能谈谈雷达和超声波传感器和发射机的应用吗?

汤普森:雷达传感器通常用于测量某些类型的容器(如罐、容器、筒仓或料斗)中的液体或散装液位。传感器发射一个微波脉冲，该脉冲要么被指向一个固定探头(导波)，要么进入容器的开放区域(非接触)。在这两种情况下，发射器然后检测微波脉冲的反射时间，因为它从流体反弹回来或在容器中建立固体水平。导波还可以检测液-液应用中的界面能级，其测量在很大程度上不依赖于在各种操作条件下发生的性质变化。非接触式雷达传感器可以在某些固体、低介电介质的流体、大量表面湍流、冷凝蒸汽环境以及容器壁或内部的回声中使用。

超声波传感器的工作原理与雷达类似，传感器测量超声波脉冲发射的传播时间或反射时间。传感器将这个时间与容器中的液体或散装固体水平或流经管道的流量相关联。流量传感器通常用于液体和气体，发射的超声波必须能够穿透或从被传感的材料反射。超声波液位传感器是固定的，但流量计既可以是固定的，也可以是便携式的，可以是直列式的，也可以是夹式的。超声波液位传感器可以通过与一些固体、泡沫、容器壁或内部的干扰或回声、烟雾和/或灰尘以及重蒸汽一起使用来抑制。流量传感器的应用高度依赖于被测量的流体。如果对传感器有任何疑问或不确定性，请咨询可能的供应商测试，仪器试用或租赁，或应用保修。

问:你能谈谈传感器在危险区域的使用吗?

羊:为了防止危险区域的爆炸和燃烧，传感器安装在防爆外壳中，或使用本质安全的“NAMUR”级传感器。这些传感器工作在<8 V dc以防止火花，通常通过本质安全屏障连接。

问:你能讨论一下气体流量计的精度考虑因素吗?

汤普森:对于大多数气体流量计，精度将取决于被传感的材料，遇到的工艺条件，安装位置，操作范围和所选择的技术。对于大多数应用来说，冷凝蒸汽是一个挑战，因此在将液滴形成的可能性降至最低的范围内工作是很重要的。根据技术的不同，温度下降不仅会影响测量的精度，还会影响仪表的使用能力(例如，涡流、涡轮、压差)。含有微粒的气体也会对一些米构成挑战，这取决于微粒的类型和浓度。

适当的温度/压力修正以及流量计本身的适当流量分布(例如，充分的调节或上游/下游直线运行)将影响压差流量计的精度，而热质量计将难以处理含有可变成分、气溶胶、液滴等的气流。流量计的精度问题可以通过对被测流体的准确描述，对工作参数的清晰定义，以及在传感器选择之前了解潜在的技术限制来解决。

问:你能讨论一下电气参数(交流/直流，接收器/源，电压和模拟)吗?

羊:离散传感器通常在标准电压下可用;24v直流和120v交流，但也可以提供12v直流输出。他们也可以使用触点闭合，类似继电器触点;你可以使用不同的电压。直流传感器有两种“口味”，基于下沉或NPN晶体管的设备，以及基于源源或PNP晶体管的设备。下沉传感器从源型输入接收电流，源型传感器为下沉型输入提供电流;因此，它们是互补的。交流传感器一般采用可控硅(固态交流设备)输出。模拟传感器一般可在0-10 V或4-20 mA品种;mA输出被认为对噪声更免疫，但0-10 V信号通常可以运行更长的距离。

问:你能讨论一下在选择传感器时向利益相关者提出的最佳问题吗?

汤普森:一般来说，传感器规范本身的许多组件可能来自利益相关者，例如工艺条件、流组成、精度要求等，并且应该获得指定的值是准确的。其他问题包括:

1. 这个应用程序和过去使用的传感器的历史是什么?
2. 有没有什么经验教训可以融入到我们的设计考虑中?
3. 在工厂或整个组织的其他地方是否已经确定了首选的技术或制造/模型?
4. 传感器的精度、可靠性和范围要求是什么?
5. 基于安装位置的任何访问或操作限制(例如内部干扰，维护可达性)?
6. 所需的传感器冗余度是多少?计划校准的频率是多少?
7. 是否考虑了所有的水流成分，并准确地描述了与提议的建筑材料相反的特征?
8. 如果是由于故障导致的替换，是否已经确定并缓解了根本原因?
9. 什么类型的本地或远程指示是过程控制所必需的，从控制点对面的仪器位置是否有任何延迟?
10. 传感器和变送器将安装在什么样的环境中(例如电气分类的危险位置，极端温度)?

问:你能讨论一下噪声对传感器测量的影响吗?

羊:噪声给模拟信号调节器和输入带来不准确性。有时使用物理滤波器，以及屏蔽电缆来接地干扰。只有屏蔽电缆的一端需要接地。数字滤波器有时也用于去除来自交流设备的50 Hz或60 Hz干扰，以及去除指定最大持续时间的尖峰的滤波器。软件滤波器也可以用来平均或滤波信号。

问:当使用传感器时，现场总线系统的优势是什么?

羊:现场总线允许传感器安装在远离控制器的地方，减少布线。它们还可以通过更少的电线传输更多的信息，因此诊断功能也可以包含在信号中。

汤普森:这取决于应用程序和最终目标。必须有适当的平台架构来支持通信，并且安装的单个传感器也必须提供这些功能。如果从头开始，安装可能需要减少控制硬件，提高精度，并为最终用户提供传感以外的选项(如诊断和PID控制功能)。话虽如此，如果从现有的4-20 mA架构开始，其他选项(例如HART)可能值得考虑。

问:你能讨论一下CO/NO吗₂传感器?

羊:我对这些一无所知;我相信可以用质谱法。

问:遥测(无线数据采集)是否需要特殊的传感器?

羊:通常传感器将是一个标准的直流传感器，连接到无线设备，如无线路由器或交换机，或连接到具有无线功能的I/O设备。

问:32位系统比16位系统准确多少?

羊:我听说在工业环境中使用的最高分辨率是16位。这可以提供65,536个不同的电平(32,767个用于-10到+10 V范围，只使用正值)，这通常是绰绰有余的。标准工业系统中的大多数模拟-数字(A-D)转换器最多是13-14位。如果使用32位A-D转换器，它将在0-10 V范围内提供超过40亿的值，我相信噪声会消耗大部分精度。

问:请解释一下传感器冗余，特别是温度传感器。我应该使用两个以降低成本，还是三个以确保正确的传感器读数?

羊:在美国，冗余系统是为了防止传感器出现故障，而不是为了提高精度。与其引入几个温度值而不知道哪个是正确的，不如确保传感器校准的准确性。我会使用两个，并确保它们读起来相同，或尽可能接近。

问:我认为电流传感器比电压传感器更可取，因为它没有信号损失，噪音更小，那么什么时候适合使用电压传感器呢?

羊:大多数传感器使用电流正是出于这个原因。电压信号通常可以通过较长的电缆传输。它们最常用于变频驱动(VFD)速度参考信号。

问:对于纯水，在选择最佳流量测量系统时应考虑哪些因素?

汤普森:纯水可以有很多不同的含义，比如蒸馏水、脱盐水和反渗透水(RO)，所以清楚地定义水的实际性质很重要。正确选择建筑材料是至关重要的，因为纯水具有很强的腐蚀性。流量容量、测量范围和精度也需要确定。科里奥利表，机械表(例如涡轮，正位移)，转子流量计是典型的可能性。超声波流量计可以使用，但可能会遇到一些问题，没有足够的曝气(气泡)。磁表在这种应用中是无效的。

-内容经理Mark T. Hoske编辑控制工程， CFE传媒，mhoske@cfemedia.com．

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如果你错过了这次网络直播，想要观看它，它将在2017年8月22日直播后存档一年。找到它和其他:www.globalelove.com/webcasts

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