世紀(jì)之交的自動(dòng)化儀表--檢測(cè)儀表與執(zhí)行器的技術(shù)發(fā)展(2)
| 6 新一代固態(tài)傳感器與智能壓力／差壓變送器 微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，促進(jìn)了微機(jī)械加工技術(shù)日益更新。它引伸到儀表領(lǐng)域，奠定了現(xiàn)代傳感器的技術(shù)基礎(chǔ)，推動(dòng)著全新的固態(tài)傳感器和集成化智能變送器的發(fā)展和實(shí)用化，現(xiàn)已取得了引人注目的成果。固態(tài)傳感器與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型傳感器相比較，在技術(shù)和性能上發(fā)生了質(zhì)的變化，它使傳感器技術(shù)向微型化、高精度、低功耗、智能化方面邁出了一大步，這標(biāo)志著檢測(cè)傳感器與變送器將發(fā)生一場(chǎng)劃時(shí)代的變革。 近年來(lái)，多種微結(jié)構(gòu)的固態(tài)硅傳感器已被開發(fā)出來(lái)并投入生產(chǎn)應(yīng)用。如微型伺服加速度計(jì)、微結(jié)構(gòu)加速度開關(guān)、微硅振環(huán)陀螺、微硅諧振式壓力傳感器、微硅質(zhì)量流量計(jì)等，人們預(yù)測(cè)，許多傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型傳感器所能實(shí)現(xiàn)的各種原理，采用微機(jī)械加工技術(shù)同樣可以做出各種微結(jié)構(gòu)傳感器，在此基礎(chǔ)上再實(shí)現(xiàn)傳感器與處理器集成化，就可設(shè)計(jì)出新一代數(shù)字式智能變送器。典型的事例是日本橫河公司的EJA型智能壓力／差壓變送器，它采用先進(jìn)的單晶硅諧振式傳感器，這在變送器工作原理上是具有技術(shù)創(chuàng)新性質(zhì)的突破。人們?cè)u(píng)價(jià)說(shuō)，它已成為當(dāng)今變送器家族中比較具有活力的產(chǎn)品。代表著檢測(cè)儀表發(fā)展的重要方向。 7 微波物位計(jì)（雷達(dá)物位計(jì)） 基于雷達(dá)測(cè)量技術(shù)的新發(fā)展，近年來(lái)高性能、低價(jià)格的微波物位計(jì)已真正大量進(jìn)入過(guò)程檢測(cè)儀表市場(chǎng)。化工、石化、醫(yī)藥、食品等工業(yè)普遍存在高溫、高壓、腐蝕、揮發(fā)、冷凝等復(fù)雜工況條件，必需采用非接觸式測(cè)量方法才能達(dá)到長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的效果。因此，微波物位計(jì)在各種連續(xù)式物位計(jì)中市場(chǎng)增長(zhǎng)率為最高。 微波是一種電磁波，其傳播速度不受介質(zhì)特性影響。微波物位計(jì)是利用無(wú)線電回波測(cè)距原理實(shí)現(xiàn)物位測(cè)量的。微波從天線發(fā)出，在被測(cè)目標(biāo)反射后回波再被無(wú)線接收，按微波來(lái)回傳播時(shí)間來(lái)計(jì)算距離即是物位。目前微波物位計(jì)有脈沖雷達(dá)和調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)兩種。近年推出的普及型微波物位計(jì)大多采用脈沖方式，精度已達(dá)（0．2％～0．3％）FS，價(jià)格較低，能滿足一般測(cè)量要求。調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)是將距離轉(zhuǎn)換為頻率進(jìn)行測(cè)量、能得到較高精度。這兩種微波物位計(jì)被測(cè)物體通常限于液體為主。 對(duì)于粉料測(cè)量、干料測(cè)量、界面測(cè)量、漿料液位、帶泡沫液位的連續(xù)測(cè)量歷來(lái)是物位測(cè)量的難點(diǎn)，這時(shí)可采用相位跟蹤法通過(guò)測(cè)量發(fā)送射頻波與從物料表面反射回波之間相位角來(lái)測(cè)量物位。這種測(cè)量方法能取得良好效果。 8 儲(chǔ)罐計(jì)量測(cè)量?jī)x表--磁致伸縮式液位計(jì) 物位儀表當(dāng)前發(fā)展的重要領(lǐng)域是罐區(qū)管理及其計(jì)量自動(dòng)化。儲(chǔ)罐計(jì)量是指對(duì)大型儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)液存量進(jìn)行測(cè)量，從而獲得儲(chǔ)庫(kù)庫(kù)存量，它是一個(gè)企業(yè)掌握庫(kù)存資料，以便指導(dǎo)生產(chǎn)和銷售的重要管理項(xiàng)目。采用儲(chǔ)罐計(jì)量會(huì)比采用流量計(jì)更經(jīng)濟(jì)、精度更高。因此，庫(kù)存量測(cè)量要求高的測(cè)量精度和高的測(cè)量復(fù)現(xiàn)性。 現(xiàn)用測(cè)量方法有3種：一種是體積測(cè)量法，通過(guò)液位和溫度測(cè)量而計(jì)算出儲(chǔ)液體積，然后再換算成重量；另一種是重量測(cè)量法，通過(guò)液柱靜壓強(qiáng)測(cè)量而計(jì)算出儲(chǔ)液重量；第三種是混合式測(cè)量系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)高精度液位和界位測(cè)量，能獲得高精度的體積，又能實(shí)現(xiàn)高精度平均密度測(cè)量，從而獲得高精度質(zhì)量計(jì)量。在這里，能否高精度測(cè)量?jī)?chǔ)罐液位及油水界面是系統(tǒng)的關(guān)鍵，因此液位計(jì)的選擇至關(guān)重要。 目前在大量程液位計(jì)中可達(dá)到1mm精度的有雷達(dá)物位計(jì)、伺服型浮子液位計(jì)和磁致伸縮式液位計(jì)，相比之下，用磁致伸縮式物位計(jì)裝在儲(chǔ)罐頂上，同時(shí)在罐底安裝高精度壓力變送器，然后配上一套包括數(shù)據(jù)采集器的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)和一套供業(yè)務(wù)管理的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，就可以組成十分完善的混合式儲(chǔ)罐計(jì)算系統(tǒng)。它經(jīng)過(guò)油庫(kù)實(shí)際運(yùn)行獲得滿意的效果。 磁致伸縮式液位計(jì)是將磁致伸縮線性位移傳感器引用來(lái)測(cè)量高精度大量程的新型液位計(jì)，能同時(shí)測(cè)量液位和液液界面及多點(diǎn)溫度。******量程可達(dá)18m，測(cè)量精度達(dá)±0．5mm或±0．05％FS，重復(fù)性達(dá)0．002％FS，傳感元件是非接觸式的，由一根測(cè)桿和套在桿上可滑動(dòng)浮子組成，兩個(gè)不同比重的浮子浮在液面和油水界面，測(cè)桿由保護(hù)外管、波導(dǎo)管及銅導(dǎo)線三層組成，它無(wú)磨損，可靠耐用，能耐高溫、高壓、不受介質(zhì)比重影響，不受過(guò)程壓力變化的影響，解決了原來(lái)液位測(cè)量中的許多難題。 9 智能閥門定位器 智能閥門定位器是新一代智能化、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不可缺少的配套產(chǎn)品。它內(nèi)裝高集成度的微控制器，采用電平衡（數(shù)字平衡）原理代替?zhèn)鹘y(tǒng)的力平衡原理，將電控命令轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)定位增量來(lái)實(shí)現(xiàn)閥位控制；利用數(shù)字式開、停、關(guān)的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作；閥位反饋直接通過(guò)高精度位置傳感器，實(shí)現(xiàn)電／氣轉(zhuǎn)換功能，因而具有提高輸出力、提高動(dòng)作速度和調(diào)節(jié)精度（最小行程分辯率可達(dá)0．05％），克服閥桿摩擦力，實(shí)現(xiàn)正確定位等特點(diǎn)。 智能閥門定位器具備許多符合現(xiàn)代過(guò)程控制技術(shù)要求的功能：對(duì)所有控制參數(shù)都可組態(tài)的功能（如死區(qū)、正反作用、報(bào)警上下限、行程零點(diǎn)、行程范圍、執(zhí)行機(jī)構(gòu)類型選擇等），實(shí)現(xiàn)分程控制功能，實(shí)現(xiàn)上行、下行速度調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)線性、等百分比、快開等特性修正功能，自校正功能、自診斷功能，故障報(bào)警及故障處理功能，多種通信支持功能等。 由于智能閥門定位器的功能完善，對(duì)降低投資、節(jié)約能源、提高過(guò)程控制水平能帶來(lái)極大益處，現(xiàn)已越來(lái)越受到用戶的關(guān)注，并被選用。同時(shí)，它與智能變送器一起將徹底改變現(xiàn)場(chǎng)儀表的狀況，促使過(guò)程控制早日進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的新時(shí)代。 10 中國(guó)電磁閥載譽(yù)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng) 電磁閥作為自動(dòng)化儀表的一種重要的執(zhí)行器，近年來(lái)需用量急劇上升，其銷量已超過(guò)調(diào)節(jié)閥。它是開關(guān)信號(hào)控制，動(dòng)作快速，使用特別安全，市場(chǎng)潛力很大。 我國(guó)電磁閥的制造生產(chǎn)，在學(xué)習(xí)、借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，依靠自身不斷發(fā)明創(chuàng)造，至今有了長(zhǎng)足進(jìn)步。值得一提的是，早在1981年浙江永久科技實(shí)業(yè)公司率先發(fā)明了多功能電磁閥系列，榮獲日內(nèi)瓦國(guó)際新技術(shù)金獎(jiǎng)，接著立足于應(yīng)用，對(duì)電磁閥進(jìn)行精簡(jiǎn)化、智能化、通用化、專用化方面的創(chuàng)新研究，先后設(shè)計(jì)了新穎的多路電磁閥、雙聯(lián)組合電磁閥、三位電磁閥、數(shù)字閥、自保持電磁閥、反沖過(guò)濾閥、精巧電磁閥（蒸汽）、燃?xì)怆姶砰y以及水廠用、油用、消防用電磁閥等等，其中多項(xiàng)技術(shù)獲得美國(guó)、日本、歐盟專利而產(chǎn)品出口外國(guó)。1998年又成功地開發(fā)了液化石油氣LPG雙燃料汽車燃供系統(tǒng)用組合閥，符合我國(guó)環(huán)保法規(guī)要求，可靠、價(jià)廉，完全能取代進(jìn)口產(chǎn)品。它證明國(guó)產(chǎn)電磁閥的質(zhì)量與性能是先進(jìn)的。我們提倡樹立民族自信心。支持民族電磁閥工業(yè)，優(yōu)先選用國(guó)產(chǎn)電磁閥。當(dāng)然也應(yīng)看到電磁閥行業(yè)不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)十分嚴(yán)重，偽劣假冒現(xiàn)象使消費(fèi)者深受其害。 11 新一代全功能超輕型調(diào)節(jié)閥 調(diào)節(jié)閥是過(guò)程控制中重要的終端控制儀表，它是一種內(nèi)含控制流體流量的可變節(jié)流件的壓力密體組件，在管路中具有調(diào)節(jié)、切斷和分配流體的功能。在過(guò)去30多年里調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)沒(méi)有大的改變，更說(shuō)不上更新?lián)Q代。以往人們只是在改進(jìn)和完善上下功夫，在80年代初曾出現(xiàn)精小型調(diào)節(jié)閥，將調(diào)節(jié)閥的高度和重量降低30％，但在功能和可靠性上沒(méi)有突破，這顯然與過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展不相適應(yīng)，因而特別受到人們關(guān)注。 近年來(lái)，重慶華林機(jī)械工程公司創(chuàng)新設(shè)計(jì)成功新一代全功能超輕型調(diào)節(jié)閥，針對(duì)傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥的笨重、品種繁多、功能不全、可靠性差等問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)與改型，取得創(chuàng)新成果。迄今已試產(chǎn)并經(jīng)生產(chǎn)使用，效果良好，倍受用戶肯定、信賴、鼓勵(lì)和關(guān)注，看來(lái)將逐步取代傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥，特別是它與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的配套，對(duì)促進(jìn)我國(guó)電動(dòng)執(zhí)行器的推廣應(yīng)用能做出更大貢獻(xiàn)。 新一代超輕型調(diào)節(jié)閥在重量上比傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥減輕60％～80％，高度下降50％～70％；功能上具備調(diào)節(jié)、切斷、大壓差、防堵、耐蝕、耐高溫高壓全部功能，品種規(guī)格簡(jiǎn)化60％～70％；閥桿閥芯閥座部件加強(qiáng)密封，減小摩擦、防止堵卡，提高壽命，泄漏率達(dá)10－6～10－7。人們期待新一代產(chǎn)品問(wèn)世。 12 智能電動(dòng)執(zhí)行器 智能電動(dòng)執(zhí)行器系列是一類新型終端控制儀表，它根據(jù)控制電信號(hào)，直接操作改閥的位移。由于人們對(duì)控制系統(tǒng)的精度和動(dòng)態(tài)特性提出了越來(lái)越高的要求，選用電動(dòng)執(zhí)行器與控制系統(tǒng)連接，直接接受電控制信號(hào)，能夠獲得最快響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)控制也更為合理、方便、經(jīng)濟(jì)，因而受到用戶的歡迎。這樣還可免去采用氣動(dòng)執(zhí)行器必需配置良好的氣源設(shè)備投資和現(xiàn)場(chǎng)氣路管線安裝的麻煩。 新型電動(dòng)執(zhí)行器大都將伺服放大器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)合為一體，并增設(shè)了行程保護(hù)、過(guò)力矩保護(hù)和電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)等以提高可靠性，還具有斷電信號(hào)保護(hù)、輸出現(xiàn)場(chǎng)閥位指示和故障報(bào)警功能。它可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作或遠(yuǎn)方操作，完成手動(dòng)操作及手動(dòng)／自動(dòng)之間無(wú)擾動(dòng)切換。 智能電動(dòng)執(zhí)行器則利用微機(jī)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)通信技術(shù)擴(kuò)大功能，實(shí)現(xiàn)雙向通信、PID調(diào)節(jié)、在線自動(dòng)標(biāo)定、自校正與自診斷等多種控制技術(shù)要求的功能，有效提高控制水平，現(xiàn)已越來(lái)越受到用戶的選用和關(guān)注。 參考文獻(xiàn)： ［1］吳秋峰，等．迎接21世紀(jì)工業(yè)控制的一些思考．測(cè)控技術(shù)，1999（2） ［2］張?jiān)谛?，等．用于工業(yè)過(guò)程檢測(cè)的分布式光纖溫度傳感器．上海：′99工業(yè)儀表與自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集．中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)過(guò)程檢測(cè)控制儀表分會(huì)，1999 ［3］王京安．一體化節(jié)流式流量計(jì)．自動(dòng)化儀表，1998，19（8） ［4］李傳經(jīng)．流量測(cè)量的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向．里斯本：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO TC30會(huì)議概況，1998 |
