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- 深入了解傳感器的工業(yè)用途
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/8/10
當(dāng)今的工業(yè)格局具有前所未有的波動(dòng)性，不確定性，復(fù)雜性和模糊性。結(jié)果，對(duì)于資產(chǎn)和人員而言，以更低的成本和更高的安全性來提高運(yùn)營效率變得越來越重要。在這種背景下，傳感技術(shù)及其進(jìn)步對(duì)工業(yè)運(yùn)營保持競爭力和效率起著關(guān)鍵作用。
傳感技術(shù)及其各種應(yīng)用隨著技術(shù)和業(yè)務(wù)需求的發(fā)展而不斷發(fā)展。傳感器可用于檢測(cè)從距離到熱到壓力的各種實(shí)際屬性。當(dāng)今的產(chǎn)品使用傳感器來感應(yīng)周圍的一切，它們具有非常精確的能力，消耗的功率更少，并且安裝和維護(hù)成本低廉。事實(shí)證明，傳感器是為其過程和相關(guān)業(yè)務(wù)創(chuàng)造新價(jià)值的重要組成部分。
一、什么是傳感技術(shù)？它與傳感器有何關(guān)系？
傳感器的范圍非常廣，種類很多，但是從根本上說，傳感器是檢測(cè)測(cè)量對(duì)象的特征量并將該量轉(zhuǎn)換為可讀信號(hào)的設(shè)備，該信號(hào)顯示在儀器上。簡而言之，傳感技術(shù)是一種使用傳感器通過檢測(cè)物理，化學(xué)或生物特性量并將其轉(zhuǎn)換為可讀信號(hào)來獲取信息的技術(shù)。
實(shí)際上，有各種各樣的傳感器可滿足任何工業(yè)需求。對(duì)于苛刻的，關(guān)鍵任務(wù)的工業(yè)應(yīng)用，傳感器可以幫助改善流程并提供無與倫比的資產(chǎn)保護(hù)。
這些傳感器提供實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括過程所需的檢測(cè)和報(bào)告。發(fā)送由傳感器監(jiān)視和收集的數(shù)據(jù)以進(jìn)行控制和分析，并且通過傳感器發(fā)出電信號(hào)來報(bào)告特定屬性中的任何異常。這樣，傳感器可以提高流程效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)確保流程符合最佳實(shí)踐。
二、從人的感官了解機(jī)器的傳感
原則上，任何具有檢測(cè)抽象，無形或物理性質(zhì)的能力的材料或設(shè)備都是傳感器。我們被傳感器包圍著，傳感器成功地測(cè)量和檢測(cè)了許多成功運(yùn)行在我們周圍的設(shè)備及過程。
實(shí)際上，人體的正常功能取決于五種感覺器官——眼睛，耳朵，鼻子，舌頭和皮膚。人體感官（感官器官）的功能已明確定義——它們獲取有關(guān)外部環(huán)境的信息，并將其傳輸?shù)酱竽X進(jìn)行處理。然后，大腦將身體引導(dǎo)至進(jìn)一步的行動(dòng)過程。感覺器官的正常功能對(duì)于人體的安全和健康至關(guān)重要。
多年以來，已經(jīng)開發(fā)了許多可以檢測(cè)多種物理或化學(xué)性質(zhì)的專用傳感器。
物理傳感器在視覺，聽覺和觸摸中起著重要的作用，可以感應(yīng)并將光，聲波，壓力和溫度等物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
化學(xué)傳感器起著味道和氣味的作用。根據(jù)各種化學(xué)品的存在，濃度和組成，它可以轉(zhuǎn)換和檢測(cè)電信號(hào)。
生物傳感器被認(rèn)為是化學(xué)傳感器的一部分，但是它們利用發(fā)出電和光信號(hào)的生物特性來檢測(cè)狀態(tài)或物質(zhì)。
有一些高靈敏度的傳感器可以檢測(cè)出人類感官無法檢測(cè)到的磁性和輻射劑量。
工業(yè)應(yīng)用中的傳感器起著至關(guān)重要的作用，就像人體中的感覺器官一樣。流程行業(yè)擁有大量依賴于傳感器才能正常運(yùn)行的機(jī)器或系統(tǒng)和互連設(shè)備的集群。在過程流中聯(lián)網(wǎng)的傳感器，可以連續(xù)不斷地檢測(cè)，測(cè)量和傳輸物理環(huán)境中任何變化的電信號(hào)。電信號(hào)被傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)（計(jì)算機(jī)），該系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)并進(jìn)一步指導(dǎo)該過程。
隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，過程流和控制機(jī)制也發(fā)生了變化。實(shí)際上，現(xiàn)代機(jī)器現(xiàn)在具有高度靈敏且可選項(xiàng)廣泛的人機(jī)界面，用于控制和監(jiān)視。傳感技術(shù)是如此自動(dòng)化，以至于可以選擇人類的愿望和意圖，并將過程進(jìn)一步發(fā)展。
因此，就像人體的感覺器官負(fù)責(zé)各種任務(wù)并成為生命正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵要素一樣，傳感器通過不斷檢查各種過程參數(shù)以實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行，在工業(yè)中扮演著相同的角色。
三、傳感器的工業(yè)用途
本質(zhì)上，工業(yè)過程是導(dǎo)致產(chǎn)品制造的物理，化學(xué)，電氣或機(jī)械步驟。高度發(fā)達(dá)的過程工業(yè)具有定義明確并記錄在案的過程。至關(guān)重要的是連續(xù)測(cè)量和精確控制每個(gè)生產(chǎn)過程的狀態(tài)，以避免意外的組件更改和不穩(wěn)定的生產(chǎn)條件。對(duì)于過程的成功而言，通過監(jiān)視生產(chǎn)設(shè)備和公用設(shè)施的狀態(tài)并執(zhí)行最佳維護(hù)管理來最大化基礎(chǔ)設(shè)備的性能也很重要。這就是為什么工業(yè)傳感器和儀器設(shè)計(jì)用于過程監(jiān)控和資產(chǎn)監(jiān)控的原因。
過程監(jiān)控
過程監(jiān)視傳感器用于監(jiān)視工廠中產(chǎn)品和過程的狀態(tài)。這些放置在生產(chǎn)過程中的傳感器連續(xù)檢測(cè)被測(cè)物的狀態(tài)，并將其作為過程數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂茊卧�。然后，控制單元將傳輸�(shù)男盘?hào)與目標(biāo)值進(jìn)行比較，將差異轉(zhuǎn)換為受控變量，將其輸出，然后將其更改為被測(cè)量狀態(tài)。通過重復(fù)該循環(huán)，執(zhí)行“反饋控制”以將被監(jiān)視對(duì)象保持在穩(wěn)定的受控狀態(tài)。
這些傳感器需要連續(xù)，實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)輸入和高速響應(yīng)。這些可靠的傳感器可實(shí)時(shí)微調(diào)過程，以消除盲點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量生產(chǎn)和最佳工廠運(yùn)行。
資產(chǎn)監(jiān)控
資產(chǎn)監(jiān)視傳感器在監(jiān)視工廠設(shè)備方面起著至關(guān)重要的作用。他們檢索和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)構(gòu)成了分析和警報(bào)的基礎(chǔ)。通過分析傳感器輸出數(shù)據(jù)，可以診斷工廠設(shè)備的健康狀況。然后，此診斷將用于警報(bào)管理，設(shè)備的預(yù)測(cè)性維護(hù)以及更有效的維護(hù)巡邏。高響應(yīng)傳感器可以幫助防止工廠事故，延長過程正常運(yùn)行時(shí)間并提高設(shè)備的使用壽命。
幾乎所有過程都可以使用各種各樣的傳感器和傳感系統(tǒng)。收集可靠，準(zhǔn)確的過程數(shù)據(jù)的能力對(duì)于實(shí)現(xiàn)任何級(jí)別的過程控制都是至關(guān)重要的。加工廠可以采用最新的控制系統(tǒng)或基于云/邊緣的數(shù)據(jù)收集技術(shù)，并且如果檢測(cè)和報(bào)告存在缺陷，仍然可以見證過程故障。當(dāng)今的傳感系統(tǒng)已形成一個(gè)整體套件，可確保它們作為一個(gè)單元來實(shí)現(xiàn)最佳的過程和資產(chǎn)管理，并最終實(shí)現(xiàn)過程的成功。
這些傳感單元被用于各種具有不同水平流程自動(dòng)化的行業(yè)，因?yàn)閿?shù)據(jù)檢測(cè)是任何流程行業(yè)成功的非常重要的第一步。
四、工業(yè)應(yīng)用傳感器的好處
部署傳感器和傳感技術(shù)具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，包括預(yù)測(cè)性和預(yù)防性維護(hù)。它們不僅可以確保更快地傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)，還可以提高準(zhǔn)確性，從而改善過程控制并增強(qiáng)資產(chǎn)健康狀況。
新型傳感器能夠進(jìn)行有線和無線傳輸，可從資產(chǎn)和過程提供實(shí)時(shí)，連續(xù)的數(shù)據(jù)饋送。這使主管人員可以更全面地了解過程工廠。利用傳感器的企業(yè)比以往任何時(shí)候都更具連接性，安全性和敏捷性。
傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)包括：提高了數(shù)據(jù)捕獲的靈敏度，幾乎無損的傳輸以及連續(xù)，實(shí)時(shí)的分析。實(shí)時(shí)反饋和數(shù)據(jù)分析服務(wù)可確保流程處于活動(dòng)狀態(tài)并以最佳方式執(zhí)行。
傳感技術(shù)的不斷發(fā)展催生了當(dāng)今的智能傳感器。與傳統(tǒng)的沒有有源組件的模擬傳感器不同，智能傳感器包含電路，允許它們進(jìn)行測(cè)量并將值輸出為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。這些傳感器具有嵌入式微處理器單元，并在信號(hào)轉(zhuǎn)換器上安裝了許多傳感設(shè)備。
智能傳感器能夠執(zhí)行許多內(nèi)在的智能功能，例如自我測(cè)試，自我驗(yàn)證，自我適應(yīng)和自我識(shí)別的能力。他們了解流程要求，管理各種條件，并可以檢測(cè)條件以支持實(shí)時(shí)決策。這些智能傳感器針對(duì)多種過程條件進(jìn)行了編程，使執(zhí)行人員可以獲得最大的收益。
通過轉(zhuǎn)向更智能的傳感器，并有效利用從流程和資產(chǎn)中收集的數(shù)據(jù)，公司可以提高生產(chǎn)率，提高能源效率并降低工廠的總擁有成本。通過持續(xù)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)檢索，流程負(fù)責(zé)人可以確定高能耗區(qū)域，并可以采取適當(dāng)措施來限制能源浪費(fèi)。這種方法將幫助公司實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國制定的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，例如“負(fù)擔(dān)得起的清潔能源”，“工業(yè)，創(chuàng)新和基礎(chǔ)設(shè)施”以及“負(fù)責(zé)任的消費(fèi)和生產(chǎn)”。
簡單概括，傳感器的優(yōu)點(diǎn)為：
加快流程并使其更加準(zhǔn)確
實(shí)時(shí)收集過程和資產(chǎn)數(shù)據(jù)
準(zhǔn)確，可靠和連續(xù)地監(jiān)視流程和資產(chǎn)
提高生產(chǎn)率并降低總擁有成本
減少能源浪費(fèi)
五、傳感技術(shù)的未來發(fā)展之路
傳感技術(shù)隨著過程自動(dòng)化的發(fā)展而發(fā)展，從而產(chǎn)生了功能更強(qiáng)大，網(wǎng)絡(luò)更好的傳感設(shè)備。傳感器已部署在各行各業(yè)的公司中，包括石油，天然氣，石化，化工，電力，紙漿和造紙，制藥，食品，鋼鐵，供水和廢水處理以及金屬等行業(yè)的公司。工業(yè)的進(jìn)步為專用傳感器類別鋪平了道路。隨著向數(shù)字化過渡的加速，對(duì)更大的過程自動(dòng)化，增強(qiáng)的異常檢測(cè)能力以及預(yù)測(cè)性維護(hù)功能的需求正在推動(dòng)傳感技術(shù)的空前采用。
預(yù)期挑戰(zhàn)
盡管它們小型化，但是今天的傳感器卻非常強(qiáng)大且易于接受。它們具有較低的故障率，并且比以往消耗更少的功率。在不久的將來，企業(yè)可以期望傳感器實(shí)現(xiàn)更大的小型化和電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以及更低的價(jià)格，改進(jìn)的功能以確保消耗更少的功率，更高的響應(yīng)能力以及更高的故障承受能力。
許多加工廠已經(jīng)安裝了傳感器和數(shù)字化操作來進(jìn)行過程控制。他們已經(jīng)連接了工廠中的主要流程，并且可以檢測(cè)，報(bào)告和分析數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)更高水平的流程效率。下一個(gè)挑戰(zhàn)是從感官創(chuàng)造中獲得價(jià)值，而不僅僅是感官。要實(shí)現(xiàn)越來越有利可圖的可持續(xù)運(yùn)營，就需要更充分地利用已被廣泛收集的高保真工廠數(shù)據(jù)。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的迅速發(fā)展將進(jìn)一步擴(kuò)展和補(bǔ)充其應(yīng)用和范圍。IIoT傳感器監(jiān)控一系列屬性，包括溫度，振動(dòng)，壓力和水質(zhì)。這些傳感器連接到利用邊緣，霧和云計(jì)算資源來監(jiān)視和管理資產(chǎn)性能和能源效率的解決方案。
傳感技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將不僅限于傳感設(shè)備。通過將智能感知與人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）融合在一起，它將支持敏捷決策和驅(qū)動(dòng)器性能優(yōu)化。
隨著對(duì)智能產(chǎn)品的需求不斷增長，以及組織內(nèi)部數(shù)字化的加速，傳感器的作用和重要性將繼續(xù)增長。
潛在應(yīng)用
傳感技術(shù)在整個(gè)行業(yè)中具有多種潛在應(yīng)用，可以提高質(zhì)量，可靠性和性能。從太陽能電池和燃料電池中的應(yīng)用到醫(yī)療保健能力的提高，再到強(qiáng)大的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的安全性增強(qiáng)，無限的可能性。
例如，生物感測(cè)是尋求發(fā)展和增強(qiáng)將在視覺識(shí)別，觸覺，嗅覺，音頻和物理系統(tǒng)中使用的現(xiàn)有感測(cè)技術(shù)的能力的領(lǐng)域。由于傳感技術(shù)可以在微米和納米環(huán)境中使用，因此它在診斷和藥物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
同樣，智能和智能傳感器技術(shù)正在尋求在未來幾年中改變世界的未來。它們將不斷發(fā)展，例如測(cè)量隱形物品并改變?yōu)楦湍�。通過確保這些傳感器產(chǎn)生的結(jié)果的完整性和可靠性，它們?cè)卺t(yī)學(xué)，消費(fèi)品，通信設(shè)備，家庭和運(yùn)輸中的應(yīng)用是不可避免的。
再例如高度靈活的片材印刷傳感器。作為可穿戴傳感器之一，印刷傳感器有望用于IoT（物聯(lián)網(wǎng)）。物聯(lián)網(wǎng)世界雇用了一大批傳感器來收集大數(shù)據(jù)，然后將大數(shù)據(jù)上傳到云網(wǎng)絡(luò)。然后，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以生成有關(guān)更理想的維護(hù)實(shí)踐的建議。
為了支持大量的傳感器，需要堅(jiān)固且可靠的傳感系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的關(guān)鍵是柔性混合電子（FHE），它同時(shí)使用印刷和硅技術(shù)。高度靈活的薄片傳感器系統(tǒng)可以適應(yīng)各種目的和測(cè)量，包括工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，可追溯性，汽車和機(jī)器人，醫(yī)療保健以及其他應(yīng)用，并且可以為優(yōu)化工廠監(jiān)控，物流質(zhì)量控制和重要數(shù)據(jù)管理做出貢獻(xiàn)。
傳感器技術(shù)的創(chuàng)新將繼續(xù)成為工業(yè)和社會(huì)的重要工具。
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