世紀(jì)之交的自動化儀表--檢測儀表與執(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)志著檢測傳感器與變送器將發(fā)生一場劃時代的變革。 近年來，多種微結(jié)構(gòu)的固態(tài)硅傳感器已被開發(fā)出來并投入生產(chǎn)應(yīng)用。如微型伺服加速度計、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)量流量計等，人們預(yù)測，許多傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型傳感器所能實現(xiàn)的各種原理，采用微機械加工技術(shù)同樣可以做出各種微結(jié)構(gòu)傳感器，在此基礎(chǔ)上再實現(xiàn)傳感器與處理器集成化，就可設(shè)計出新一代數(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。人們評價說，它已成為當(dāng)今變送器家族中比較具有活力的產(chǎn)品。代表著檢測儀表發(fā)展的重要方向。 7 微波物位計（雷達(dá)物位計） 基于雷達(dá)測量技術(shù)的新發(fā)展，近年來高性能、低價格的微波物位計已真正大量進(jìn)入過程檢測儀表市場?；ぁ⑹?、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量方法才能達(dá)到長期可靠運行的效果。因此，微波物位計在各種連續(xù)式物位計中市場增長率為最高。 微波是一種電磁波，其傳播速度不受介質(zhì)特性影響。微波物位計是利用無線電回波測距原理實現(xiàn)物位測量的。微波從天線發(fā)出，在被測目標(biāo)反射后回波再被無線接收，按微波來回傳播時間來計算距離即是物位。目前微波物位計有脈沖雷達(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大多采用脈沖方式，精度已達(dá)（0．2％～0．3％）FS，價格較低，能滿足一般測量要求。調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)是將距離轉(zhuǎn)換為頻率進(jìn)行測量、能得到較高精度。這兩種微波物位計被測物體通常限于液體為主。 對于粉料測量、干料測量、界面測量、漿料液位、帶泡沫液位的連續(xù)測量歷來是物位測量的難點，這時可采用相位跟蹤法通過測量發(fā)送射頻波與從物料表面反射回波之間相位角來測量物位。這種測量方法能取得良好效果。 8 儲罐計量測量儀表--磁致伸縮式液位計 物位儀表當(dāng)前發(fā)展的重要領(lǐng)域是罐區(qū)管理及其計量自動化。儲罐計量是指對大型儲罐內(nèi)儲液存量進(jìn)行測量，從而獲得儲庫庫存量，它是一個企業(yè)掌握庫存資料，以便指導(dǎo)生產(chǎn)和銷售的重要管理項目。采用儲罐計量會比采用流量計更經(jīng)濟、精度更高。因此，庫存量測量要求高的測量精度和高的測量復(fù)現(xiàn)性。 現(xiàn)用測量方法有3種：一種是體積測量法，通過液位和溫度測量而計算出儲液體積，然后再換算成重量；另一種是重量測量法，通過液柱靜壓強測量而計算出儲液重量；第三種是混合式測量系統(tǒng)，其優(yōu)點是能實現(xiàn)高精度液位和界位測量，能獲得高精度的體積，又能實現(xiàn)高精度平均密度測量，從而獲得高精度質(zhì)量計量。在這里，能否高精度測量儲罐液位及油水界面是系統(tǒng)的關(guān)鍵，因此液位計的選擇至關(guān)重要。 目前在大量程液位計中可達(dá)到1mm精度的有雷達(dá)物位計、伺服型浮子液位計和磁致伸縮式液位計，相比之下，用磁致伸縮式物位計裝在儲罐頂上，同時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)場監(jiān)測計算機管理系統(tǒng)和一套供業(yè)務(wù)管理的遠(yuǎn)程計算機管理系統(tǒng)，就可以組成十分完善的混合式儲罐計算系統(tǒng)。它經(jīng)過油庫實際運行獲得滿意的效果。 磁致伸縮式液位計是將磁致伸縮線性位移傳感器引用來測量高精度大量程的新型液位計，能同時測量液位和液液界面及多點溫度。******量程可達(dá)18m，測量精度達(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，由一根測桿和套在桿上可滑動浮子組成，兩個不同比重的浮子浮在液面和油水界面，測桿由保護(hù)外管、波導(dǎo)管及銅導(dǎo)線三層組成，它無磨損，可靠耐用，能耐高溫、高壓、不受介質(zhì)比重影響，不受過程壓力變化的影響，解決了原來液位測量中的許多難題。 9 智能閥門定位器 智能閥門定位器是新一代智能化、氣動執(zhí)行機構(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)換成氣動定位增量來實現(xiàn)閥位控制；利用數(shù)字式開、停、關(guān)的信號來驅(qū)動氣動執(zhí)行機構(gòu)的動作；閥位反饋直接通過高精度位置傳感器，實現(xiàn)電／氣轉(zhuǎn)換功能，因而具有提高輸出力、提高動作速度和調(diào)節(jié)精度（最小行程分辯率可達(dá)0．05％），克服閥桿摩擦力，實現(xiàn)正確定位等特點。 智能閥門定位器具備許多符合現(xiàn)代過程控制技術(shù)要求的功能：對所有控制參數(shù)都可組態(tài)的功能（如死區(qū)、正反作用、報警上下限、行程零點、行程范圍、執(zhí)行機構(gòu)類型選擇等），實現(xiàn)分程控制功能，實現(xiàn)上行、下行速度調(diào)節(jié)功能，實現(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，對降低投資、節(jié)約能源、提高過程控制水平能帶來極大益處，現(xiàn)已越來越受到用戶的關(guān)注，并被選用。同時，它與智能變送器一起將徹底改變現(xiàn)場儀表的狀況，促使過程控制早日進(jìn)入現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的新時代。 10 中國電磁閥載譽國內(nèi)外市場 電磁閥作為自動化儀表的一種重要的執(zhí)行器，近年來需用量急劇上升，其銷量已超過調(diào)節(jié)閥。它是開關(guān)信號控制，動作快速，使用特別安全，市場潛力很大。 我國電磁閥的制造生產(chǎn)，在學(xué)習(xí)、借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，依靠自身不斷發(fā)明創(chuàng)造，至今有了長足進(jìn)步。值得一提的是，早在1981年浙江永久科技實業(yè)公司率先發(fā)明了多功能電磁閥系列，榮獲日內(nèi)瓦國際新技術(shù)金獎，接著立足于應(yīng)用，對電磁閥進(jìn)行精簡化、智能化、通用化、專用化方面的創(chuàng)新研究，先后設(shè)計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，其中多項技術(shù)獲得美國、日本、歐盟專利而產(chǎn)品出口外國。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，符合我國環(huán)保法規(guī)要求，可靠、價廉，完全能取代進(jìn)口產(chǎn)品。它證明國產(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)先選用國產(chǎn)電磁閥。當(dāng)然也應(yīng)看到電磁閥行業(yè)不正當(dāng)競爭十分嚴(yán)重，偽劣假冒現(xiàn)象使消費者深受其害。 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。在過去30多年里調(diào)節(jié)閥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)沒有大的改變，更說不上更新?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有突破，這顯然與過程自動化技術(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，重慶華林機械工程公司創(chuàng)新設(shè)計成功新一代全功能超輕型調(diào)節(jié)閥，針對傳統(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、鼓勵和關(guān)注，看來將逐步取代傳統(tǒng)調(diào)節(jié)閥，特別是它與電動執(zhí)行機構(gòu)的配套，對促進(jìn)我國電動執(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)格簡化60％～70％；閥桿閥芯閥座部件加強密封，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)品問世。 12 智能電動執(zhí)行器 智能電動執(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，直接操作改閥的位移。由于人們對控制系統(tǒng)的精度和動態(tài)特性提出了越來越高的要求，選用電動執(zhí)行器與控制系統(tǒng)連接，直接接受電控制信號，能夠獲得最快響應(yīng)時間，實現(xiàn)控制也更為合理、方便、經(jīng)濟，因而受到用戶的歡迎。這樣還可免去采用氣動執(zhí)行器必需配置良好的氣源設(shè)備投資和現(xiàn)場氣路管線安裝的麻煩。 新型電動執(zhí)行器大都將伺服放大器與執(zhí)行機構(gòu)合為一體，并增設(shè)了行程保護(hù)、過力矩保護(hù)和電動機過熱保護(hù)等以提高可靠性，還具有斷電信號保護(hù)、輸出現(xiàn)場閥位指示和故障報警功能。它可進(jìn)行現(xiàn)場操作或遠(yuǎn)方操作，完成手動操作及手動／自動之間無擾動切換。 智能電動執(zhí)行器則利用微機技術(shù)和現(xiàn)場通信技術(shù)擴大功能，實現(xiàn)雙向通信、PID調(diào)節(jié)、在線自動標(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．測控技術(shù)，1999（2） ［2］張在宣，等．用于工業(yè)過程檢測的分布式光纖溫度傳感器．上海：′99工業(yè)儀表與自動化學(xué)術(shù)會議論文集．中國儀器儀表學(xué)會過程檢測控制儀表分會，1999 ［3］王京安．一體化節(jié)流式流量計．自動化儀表，1998，19（8） ［4］李傳經(jīng)．流量測量的技術(shù)發(fā)展動向．里斯本：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO TC30會議概況，1998 |
