过程控制“关闭以查看向导”

关键字 过程控制与仪器仪表 智能传感器 压力传感 温度传感 栏: 智能传感器的十大商业应用 光纤技术“大展拳脚” 这些薯条不能配鱼!

这是关于过程感知的五部分系列文章的第二部分。压力传感在3月份出现。其他包括温度传感(6月)，流量测量(9月)和液位传感(11月)。

如果你真的想在控制室或工程部门引起一些争议，那就谈谈智能传感器吧。尽管自固态电子技术发展以来，这些设备就以这样或那样的形式出现，但最热门的话题之一仍然是——什么是智能传感器?当然，要就具有“大脑”的传感器达成共识是很难的。

简而言之，无论所谓的智能传感器做的是数字通信这样简单的事情，还是处理车载算法计算这样高级的事情，硅都是众所周知的橡胶(黄砖)道路的交汇处。测量点的硅基智能不仅提供了对输入做出反应和操纵的能力，而且还提供了定制输出的能力，识别和描述自己到控制网络，响应网络软件指令，并与他们收集的数据进行交互。

智能传感器除了能够根据指令或自己的意愿操纵和发送数据到需要数据的个人电脑或控制器之外，通常还能解决更基本的问题。独立微机械传感器的小尺寸和高功率允许在传统智能仪器无法适应的领域对过程变量进行智能监控。“片上传感器”封装的“单块”结构可抵抗超压、冲击和振动。智能传感器通常采用传统的仪器封装。这些设备共享标准设备的“外观”，但具有机载计算能力来处理复杂的控制情况。

快速的沟通

智能仪器最基本的功能是以非模拟方式进行通信的能力。高速公路可寻址远程传感器(HART)类型的数字通信是智能传感器最常用的协议之一。这种形式的通信是在Endress+Hauser (E+H, Greenwood, Ind.) Promag电子流量计中使用的几种rs -485和Profibus PA之一。从E+H最初的硅基磁力仪演变而来，Promag的功能包括永久校准，板载内存/存储功能，以及可以计算瞬时流量和总体积的板载计算。

虽然安装需要数字通信，但它的其他机载功能允许Promag 33A安装在路易斯安那州巴吞鲁日附近的巴斯夫公司化工厂。，以精确测量非常小但临界的流量(0-0.5 gph)。机载计算提供的响应性和单元的校准稳定性有助于为用户提供小于0.1%的读数精度。该仪器的响应性也有助于识别管线浪涌，这在之前引起了该点总流量的怀疑。

“从一开始就保持传感器信号数字化，可以进行更复杂、更精确的信号处理，”斯玛国际公司(Houston, texas)表示。乔纳斯贝。“智能传感器信号也没有模拟传感相关的噪声拾取和信号退化。数字传感器的优势在于更高的性能、更好的灵活性、更少的维护和更多的诊断能力。”

秉承这项技术，Smar International制造了LD302现场总线压力变送器，使用数字传感器和数字处理进行板载计算和控制。该设备具有警报和远程询问功能的自我诊断功能。它使用基金会现场总线协议。

对数据的自我操作才是智能传感器真正的意义所在。一旦制造商找到了在传感器上存储信息的方法，下一步就是添加校准数据。一旦设备被校准并存储校准数据，智能传感器就可以使用该信息来纠正非线性和其他异常。

快速的变化

如果适当利用，板载内存和配置和校准数据存储使传感器易于现场校准。Drexelbrook工程公司(宾夕法尼亚州Horsham)SLT射频/导纳电平发射机具有这种能力。它们可用于高速公路可寻址远程传感器(HART)艺术或霍尼韦尔数字增强协议，并可通过手持通信器或笔记本电脑使用专有软件进行校准。

然而，当需要在非专用储罐、因温度而改变体积的液体、间歇式反应器和混合罐中测量液位时，易于配置显然是不够的。足够的机载计算能力允许Drexelbrook True Level III模型收集二次变量输入，进行必要的计算，并根据材料的电学或物理性质的变化调整其校准。这些设备也可用于液体，泥浆，颗粒和危险材料，以及液体界面。

利用二次变量输入和机载计算能力，智能传感器可以为某些应用提供附加价值。The Foxboro Co.现场测量与控制副总裁Larry Rice表示:“I/A系列智能压力变送器内置的智能功能已经解决了一些有趣的现实问题。一个恰当的例子;加拿大一家加工厂的控制工程师使用压力传感器的二次温度测量作为监测发送器体温的手段。如果变送器上的热伴踪物未能将变送器温度保持在可接受的范围内，则输出用于触发警报。”

这个特殊的应用程序使用FoxCom两线制I/ a系列设备，数字集成到I/ a系列系统中，压力和温度读数同时作为数字信号传输。这种方法不需要购买、安装和现场连接两个单独的变送器(压力和温度)，从而避免了潜在的变送器损坏和由此导致的过程停机时间。“客户为这个功能支付了30万美元的价值，”赖斯继续说道。

便宜又强大

随着今天的微处理器变得更加便宜和强大，传感器制造商将它们“硬塞”到封装中。有了这么大的容量，算法数据处理还会遥远吗?

由Bailey-Fischer & Porter Co. (BF&P, Warminster, Pa)制造的part - mag II是用于特定应用流量测量设备的智能传感器的一个例子。partii - mag是一种磁性流量计，它可以测量部分填充管道中的流量，充分利用算法操作。

据其开发人员称，在该设备发布之前，只有水槽，堰和一些超声波设备可以测量部分填充条件下的流量。然而，与水槽和堰不同，BF&P装置可用于坡度高达5°的管道。

partio - mag使用两个交互式变量读数来确定流量。首先，确定填充水平和平均流体速度。根据这些数据，计算横截面积，然后计算体积流量。由于平均流体速度受填充高度的影响，因此必须包含校正算法以抵消计算误差。为了使仪器可行，电极必须交替进行填充和速度测量，从而增加了计算的复杂性。

收集数据

能够收集控制和质量相关功能的过程数据，例如统计质量控制跟踪或ISO 9000认证，是智能仪器中可以找到的机载数字信号处理功能。Raytek公司(Santa Cruz, california)的Marathon MA2S红外(IR)过程温度传感器已被用于这两项工作。Marathon的产品线经理艾伦·杨(Alan Young)表示，许多制造商正是这样使用该设备的。

Young博士继续说道:“Raytech目前正在为一家钛铆钉制造商提供马拉松系列设备，该设备用于以每分钟400度的速度控制铆钉的成型温度(900华氏度)。除了能够以1.0毫秒的响应时间‘看到’这个速度下的每个铆钉外，MA2S还具有光学器件，允许测量点小至0.06英寸。这些小型紧固件需要。

机载电路允许红外设备同时充当发射器和接收器，允许工厂车间传感器和控制室计算机之间的双向通信。在这种情况下，智能通信允许过程工程师将其用作闭环控制系统的一部分，并随着时间的推移将数据存档到硬盘。此外，工程师还可以实时接收温度数据，以便进行工艺跟踪和修改。”

Honeywell-Measurex (Cupertino, california) Pulpstar传感器是一种在线设备，可提供各种制浆质量变量的连续测量。原始信号由该光学设备的微处理器处理以产生实时测量结果。连续产生的信号为纸浆漂白过程的闭环控制提供了可靠的测量，确保了漂白化学品的正确应用，并最大限度地减少了过程对环境的影响。

在船上处理存储和使用数据的能力使Pulpstar进入了智能类别。该设备配备了一个动态积分数据记录仪，记录所有内部测量以及测量和控制算法中使用的外部模拟输入。据说该功能提供了一个易于访问，准确的过程记录，用于调试，调谐和跟踪传感器维护。

在Pulpstar的案例中，基于微处理器的调整和跟踪功能赋予设备操作的精度和准确性，使其能够满足美国环境保护署对工厂控制的要求，同时减少含氯化学品的使用，并保持最终质量规格。

更多的权力

由于传统上需要两个压力变送器来精确测量饱和蒸汽的质量流量，因此跟踪这个过程变量会增加额外的硬件、设置和维护费用。此外，从蒸汽流量到质量流量的转换需要计算蒸汽表。

为了简化测量过程并控制安装和硬件成本，Moore Products Co. (Spring House, Pa.)推出了一款智能仪表系列，该系列配备了用于蒸汽应用的专用设备。XTC系列的340S型使用其多变量硅传感器来测量孔板或类似流动元件的绝对压力和差压。该装置的微处理器使用存储在其内存中的这些测量值和蒸汽表数据直接计算流量、能量传递(BTU/hr)和质量流量(lb/hr)。

那么，智能传感器是否会像稻草人一样，需要证明自己才能发现智能的价值呢?如果需要集成到全数字控制系统中以充分利用它们，那么过程工业仍有一段时间等待从模拟到全数字的过渡。然而，对于许多与HART等数字模拟技术兼容的好处来说，它们的时间更近了。

智能传感器的十大商业应用

根据巴特尔研究所(Columbus, O.)的焦点小组，智能传感器在许多领域都有潜力，甚至非工业应用也有明确的控制含义。可能的商业应用包括:

自适应优化装置控制;

自适应机器诊断和维护;

个人健康治疗和监测;

智能公路和智能车辆;

语音识别安全控制系统;

自动化家庭系统;

真正的系统即插即用连接;

自主服务机器人;

自动化小气候农业;和

自动存储。

光纤技术“大展拳脚”

使用光纤技术作为智能传感器的平台一直是莫纳什大学(澳大利亚墨尔本)先进材料中心(CAMT)开发工作的重点。据这个国家教学和研究中心的发言人说，CAMT在光纤传感器方面发展了广泛的专业知识和实践经验。

CAMT的研究人员发现，光纤可以用来感知化学和物理性质的变化，如压力、温度、应变和磁场强度。因为它们使用光而不是电，所以在爆炸性或危险的环境中使用是安全的。理论上，光纤传感器可以通过内部处理和筛选输入数据来减少错误输出和由此产生的假警报，从而达到不同程度的“智能”。

充当传感器

光纤作为传感器的能力是基于光在两种不同材料之间的边界处弯曲或折射的特性。光纤由两种不同的材料制成——内部的玻璃(或塑料)芯和周围的玻璃包层。从功能上讲，光被困在内核内，并在内核和包层相遇的边界处反射回来，允许它沿着具有镜像内表面的“管道”传播。

一束光在光纤中只能通过有限数量的路径——沿着中心或以固定模式或节点从镜像界面反弹。CAMT的研究表明，作用在光纤上的压力和温度的变化会影响光所经过的路径的数量，以及穿过每条路径的光的数量。因此，传感压力和温度的变化取决于监测光如何在光纤中传播。

监控化学

光纤传输的另一个特性是，在被反射回来之前，一些沿着光纤传播的光会从玻璃芯逃逸到玻璃包层中，这使得光纤可以用于监测化学性质。如果包层足够薄，光就有可能穿过它周围的任何物质，然后再反射回核心。确定被周围物质吸收的光的成分，就能表明这种物质是什么。这一原理允许一段薄包层的光纤用于检测周围材料中的某些化学物质。

虽然仍处于研究阶段，但这些应用表明，纯光纤器件在工艺应用中是一种“可能性”。随着光纤技术的不断突破，智能处理传感的用户可能会看到光明。

这些薯条不能配鱼!

虽然这听起来像一个菜单选项，但将来可能会有一个用于数据采集的全芯片系统。ADuC812由Analog Devices Inc. (Wilmington, Mass.)开发，是一种具有微控制器、存储功能和数据转换电路的单芯片器件。据该公司称，它将是第一个支持IEEE 1451.2通用传感器接口标准的IC。这意味着当与ADuC812一起使用时，智能传感器成为独立于网络的可互换设备。

该器件具有双12位D/A转换和12位A/D转换。包括低电压闪存和工业标准8052微控制器内核与几个标准串行端口配置。ADuC812适用于数据采集应用，需要精度，数据保留无电源(非易失性存储器)，远程管理，或计算标准传感器接口模块和传感器。

IEEE 1451.2工作组主席Stan Woods表示:“该设备将简化基于1451.2的智能传感器接口模块的设计。它的单片机提供了实现IEEE 1451.2接口逻辑的功能模块，存储传感器电子数据表的存储器，以及转换传感器信号或驱动执行器的电路。该设备的小尺寸允许比当前的数据采集系统减少5:1的占地面积。

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?您应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得您和您的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。