2005年5月
二零零五年五月三十一日
本周科技小贴士:
学习电平传感技术。
有许多不同的方法来测量工业储存和加工容器中的产品水平。最常用的设备之一是压差(dp)发射机。dp装置实际上是测量容器中材料的高度和密度。这两个变量相乘，结果是施加在隔膜上的压力量，然后可以将其转换为液位指示。Dps相对经济且易于安装。这种“舒适”的技术在测量清洁液体的水平时相当准确和可靠。然而，密度补偿是精确测量所必需的。新安装需要额外的管道和隔离阀，这增加了初始安装成本。
测量水平面最简单的装置之一是浮动。浮子按位置传感器的类型分类(簧片开关，电缆-锅，磁致伸缩和声波或雷达)。使用浮子的优点是不受水箱高度限制，精度高(取决于浮子类型)，成本相对较低。然而，它们是侵入式传感器。此外，这些机械设备容易磨损、腐蚀、机械故障和“卡住”。“浮标会受到材料堆积的影响，这可能会影响它们的重量，从而影响精度。”
应用可以缩小选择范围
与浮子原理有关的液位计是置换剂。驱替技术是基于阿基米德原理。虽然它们的活动部件比典型的浮动装置少，但实际的机械运动是有限的。置换器经常被放置在外部“保持架”中，如果容器/保持架水平不对齐，可能会影响精度。大跨度位移装置可能非常昂贵。
声波仪器通过测量声音脉冲从工艺材料上反弹后返回压电换能器所需的时间长度来确定电平。为了获得最大的精度，发射机必须安装在容器的顶部，并且放置在容器的内部结构不会干扰信号路径的位置。声波装置是非接触的，侵入性最小。灰尘，溶剂蒸气，泡沫，表面湍流和环境噪声影响精度。升高的工艺温度会限制应用。
雷达设备在加工材料表面发射微波。其中一部分能量被反射回来并被传感器检测到。信号返回的时间决定电平。使用的技术包括:
调频连续波(FMCW)非常精确，忽略了蒸汽，并且不受工艺材料物理特性(介电常数除外)变化的影响。应用范围包括“静止”但不包括湍流。与其他技术相比，成本相当高(每点5000 - 10000美元)。
脉冲飞行时间(PTOF)功率更低，价格更低。由于其较低的功率，其性能可能受到容器阻塞、搅拌、泡沫、高压和低介电材料(介电常数小于2)的限制。
时域反射测量(TDR) -与FMCW和PTOF不同，TDR是一种侵入式测量，使用棒或柔性电缆来“引导”微波脉冲。它可以测量非混相流体中的正常(顶部低K)界面水平。它成本低，测量跨度大，在低介电材料中具有良好的性能。
有些方法侵入
基于电容或导纳的射频(RF)可以处理各种工艺条件。过程温度和压力仅受传感元件材料系统的限制。这种类型的液位变送器在传感器上感知随着液位变化而发生的电阻抗变化。射频器件忽略传感器上的材料堆积，并与所有类型的工艺材料一起工作。这是一项侵入性技术。
Teresa Parris，市场传播经理，John Roede，应用工程师，Drexelbrook工程公司，一个液位传感设备供应商。
来源:Teresa Parris, John Roede，“液位传感技术”，Back to Basics，控制工程、1999年6月，第104页
二零零五年五月二十四日
本周科技小贴士:
电源开关设备的缩写。
任何中压交流驱动的核心是处理大电压和大电流的快速和可控开关的电力电子设备。翻译“巴别塔”相关电力设备的缩写:
矩形脉冲断开(栅极关断)可控硅是一种功率半导体类似于可控硅(见下文)，但处理较低的电流，也可以通过负栅极终端信号关断。它的开关频率比可控硅高。功率因数低，效率低，且需要输出滤波，增加了其应用成本。
可控硅(硅控整流器)是一种单向的固态开关，提供高电流处理能力，保留其在非常大的MV驱动器中的使用。进入栅极端子的电流控制通断电压，即导通开始的点。当电流低于保持值时发生关断。缺点包括相对较慢的切换速度和产生的驱动器的大尺寸。gto和scr是成熟的功率器件。
IGBT(绝缘栅双极晶体管)结合了a的最佳特性场效应晶体管(金属氧化物半导体场效应晶体管)输入和双极晶体管输出在一个新的功率开关器件。由于在输入端不存在结效应，因此开关效果非常快。采用绝缘栅极，功耗小。标准igbt有电压开关限制，需要串联连接用于中压驱动。一种更新的高压装置，HV-IGBT，将工作电压扩展到中压驱动器所需的电压。这减少了对标准设备的连接需求。参见Online Extra atwww.globalelove.com了解更多详情。
IGCT集成栅极整流晶闸管将igbt的高开关频率和低开关损耗与gto的高电压处理能力和低导通损耗结合在一起。集成二极管和栅极单元降低了零件数量，从而提高了可靠性。
SGCT(对称栅整流晶闸管)是GTO器件的改进版本，类似于IGCT。sgct阻断两个方向的电压，同时只允许单向电流流动。然而，sgct不像igct那样需要串联二极管或反并联二极管。据说这将导致尽可能少的组件计数。目前，igct和sgct的供应商比igbt少。
来源:Frank Bartos，《中压交流驱动脱落自定义图像》，控制工程、2000年2月，第86页。
二零零五年五月十七日
本周科技小贴士:
选择一个机器人控制器。
Adept Technology副总裁Joe Campbell表示，以下10个问题可以帮助您选择机器人控制器:
应用程序的路径是密集的还是选择和放置的?针对路径功能进行优化的软件无法提供高速应用所需的性能。
所需的I/O响应有多快?虽然大多数I/O设备的响应都是毫秒级的，但像强制停止或运动锁定这样的功能需要微秒级的响应。
传感器在哪里?如果传感器位于控制器外部，请确保有足够的处理和通信带宽。
你安全吗?确保符合安全标准，包括ANSI 15.06。
国际吗?如果有，请确保控制器(或系统)有CE标志。
你的开放式架构是封闭的吗?如果您计划添加第三方板或软件，请确保供应商允许。
你了解你的关系网吗?确保您确切地知道可用的硬件连接和软件协议。
需要双机器人吗?如果在一个单元中使用两个机器人，确定您是否可以使用一个控制器，或者是否需要两个控制器。
你有足够的软件能力吗?将软件功能与应用程序相匹配。
它只是另一个控制器，不是吗?采用传统的控制工程准则来确定I/O容量;选择和设计图形用户界面，并提供电源隔离和备份，机箱和其他互连。
来源:Gary Mintchell，《每个应用的一个(或多个)控制器》控制工程、2002年2月，第61页。
二零零五年五月十日
本周科技小贴士:
条码扫描基础知识
许多(如果不是大多数的话)制造工厂在某种程度上采用了条形码。应用范围从零件跟踪和质量控制到成品识别。问题是，制造商使用的条形码扫描器是否最适合应用程序?正如有许多条形码符号一样，有不同类型的条形码扫描器可用。
条码扫描器由光源和光探测器组成。无论形状如何，所有类型的条形码扫描仪都是通过扫描和检测条形码标签上的暗条和空格之间的对比度来工作的。良好阅读的第一个要求是一个对比良好的印刷品，尽量减少污迹。
数据信号从模拟转换为数字，因此它可以由解码器处理，解码器要么内置于扫描仪中，要么是一个单独的插件设备。如果条形码是可读的，并且符号学被认为是有效的，则对该符号进行解码。解码后的数据随后传输到基于应用程序的软件中，可以显示在CRT、批处理终端或其他屏幕上，也可以用于其他企业数据库操作。
所有的扫描仪都有两种形式——手持式或固定式。手持扫描仪指向固定的物品。当物品本身经过扫描器时，固定位置扫描器从物品上读取条形码。在工业应用中，带有条形码标签的物品通常在传送带上通过扫描仪。
手持或固定位置
用于工业应用的手持式和固定位置扫描仪使用两种技术之一:电荷耦合器件(CCD)和激光。CCD扫描仪的工作原理是用光照射条形码，将条形码符号反射回一组传感器。激光扫描仪使用激光二极管产生的光束，通过快速移动的镜子扫描条形码。
手持CCD扫描仪有单线阵列和二维(2-D)，而固定位置CCD扫描仪有单线阵列和2-D阵列(视觉系统)。手持和固定位置激光扫描仪可在单线(或线性);栅格(当条形码不精确定位和必须增加可读性时使用);振动叶片(将激光扫过条形码以获得更好的可读性并读取一些二维条形码);和全向(可以读取条形码，无论方向)。
虽然最常见的条形码是单行阵列，但二维条形码的使用越来越多。零售产品上的条形码可能只包含两个数字——供应商标识号和唯一的产品部件号。二维代码能够将大量的数据打包到一个小空间中。这是有用的，例如，在跟踪制造工厂的工作过程中。
来源:欧姆龙电子公司，“扫描仪找到代码”，回归基础，控制工程、1999年4月，第124页。
| 扫描仪类型的优缺点 |
| CCD | 激光 |
| 更便宜的 较短的扫描范围(可达约6 ') 视野更小 较慢的扫描速率 能读懂一维和部分二维条码吗 不是全方位的(如果标签歪斜或稍微模糊，可靠性可能会受损) |
更昂贵的 更长的扫描范围(平均6-12 '，但最高可达35 ') 更大的视野 更快的扫描速度 能读懂一维和部分二维条码吗 全向(可以读取歪斜或稍微模糊的标签) |
| 来源:控制工程与输入欧姆龙电子 |
| 条码应用矩阵 |
| 扫描仪的类型 | 特征 | 制造业 | 仓库 | 库存 | 零售 | 分布 |
| 激光手持 | 线性条形码，固定产品 | * | * | * | * | x |
| 激光定位 | 线性条码，移动产品 | * | x | x | x | * |
| 单线阵CCD手持 | 线性条形码，固定产品，短读取范围 | * | x | x | * | x |
| 单线阵CCD定位 | 线性条形码，二维条形码，移动产品 | * | x | x | x | * |
| 2D阵列CCD手持设备 | 二维条形码，线性条形码 | * | x | x | x | * |
| 2D阵列CCD固定位置 | 二维条码，线性条码，移动产品 | * | * | x | * | * |
| 来源:控制工程与输入欧姆龙电子 |
二五年五月三日
本周科技小贴士:
保护过程仪表。
通常情况下，直到下雪，才会发现问题，才会考虑仪表保护。夏季是检查仪器防寒问题的最佳时间，并采取措施确保仪表在水银下降时准确和重复地工作。
在评估保护选项时，被动保护方法优于主动保护方法。按照偏好顺序，确保仪器在严酷的冬季条件下表现良好的六种流行方法是:
把仪器放在室内;
使用不受寒冷天气影响的仪器;
在脉冲管线和仪表上安装不冻结液体，形成液体密封;
对脉冲管线和仪表进行绝缘和/或热跟踪，以保持内容物高于冰点;
用干燥气体清洗脉冲管路，防止液体或蒸气进入;或
用不冻结的液体吹扫脉冲管路，防止工艺液体进入。
如果在室外，请将
应尽一切努力将仪器定位在室内或仪器外壳内。即使外壳不加热，如果外壳受到雪、雨、冰雹和落冰的打击，也会延长仪器的可靠性和寿命。
制造商不断提高产品性能，扩大影响仪器性能的环境限制。当考虑到所有因素时，为不需要冬季保护的仪器支付额外费用实际上可能是一笔交易。
液体密封有两种形式，开式和闭式。开式液体密封通常使用密封罐来形成过程介质与脉冲管线和仪表体中的非冷冻液体之间的界面。
封闭或整体密封采用隔膜和柔性充液毛细管系统。工艺压力的变化会导致隔膜发生轻微的挠曲。毛细管系统通过液压将变化传递给仪器。
当液体密封不起作用时，需要使用绝缘和/或热迹。
如果工艺介质被加热，将仪器安装在非常靠近工艺管道或容器的地方，并将所有部件绝缘，可以提供足够的保护。
热迹可以是电、蒸汽、盐溶液、乙二醇或其他介质。这些选择中的任何一种都会增加运营成本，并且需要定期维护。除非使用温度控制器，重要的是要记住在天气变暖时关闭连续加热的热追踪，在天气变冷时再次打开。
种种原因使清洗成为最不可取的保护措施。添加硬件，管道和吹扫介质的邻近创建一个微型过程。此外，除非严格保持吹扫流量，否则准确性和可重复性将受到影响。清洗已经成功地测量了开放容器中的液位变化，但这种应用的机会有限。
避免仪器故障
对于所有保护仪表的方法，有相同数量的方法不正确地应用和/或安装保护。继续阅读，了解在设计和/或安装仪表保护时最常见的三个错误。
首先，许多流量计有两条脉冲线。当使用热伴热时，两条线路必须同等保护。避免将一条蒸汽跟踪线分成两条线，每一条脉冲线，然后在蒸汽疏水阀前面重新连接两条线。蒸汽沿着阻力最小的路径运动。阻力最大的管线将停止流动，蒸汽将凝结、冻结，并可能导致示踪管线破裂。将管线分开是可以的，但要为每条管线配备自己的疏水阀。
其次，当使用仪器外壳，特别是“自制外壳”时，避免将仪器安装在用于安装仪器外壳的同一金属基座上的诱惑。应用于基座的热力学将导致用于保护仪器的热量向基座的冷端迁移。仪器外壳应安装在基座的顶部，并且应在外壳内安装一个单独的仪器安装支架。
最后，当使用翅片加热器加热仪表外壳、小型建筑物等时，翅片应处于垂直位置。翅片加热器依靠对流将热量从加热器中移走。当翅片水平时，空气不能在翅片之间流动，很少或没有热量传递。
戴夫·哈罗德，特约编辑
资料来源:Dave Harrold，“保护过程仪器以确保性能”，Back to Basics，控制工程、1999年7月，第108页。
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