傳感器的應用領域廣泛,近年來由于智能化、信息化的需求強勁,作為提供信息的源頭,傳感器對于感知客觀世界是不可或缺,年增長率一般在20%左右。應用市場普遍劃分為汽車電子產品、工業控制領域、消費電子產品。根據高工物聯網統計,我國2010年傳感器整體市場規模為402億元人民幣,上述三個領域所占市場份額如表1。專用設備和其它物流/煤礦安全/安防設備約為55億元(13%)、65.2億元(16.3%)。從發展前景來看,工業控制市場應用傳感器的潛力最大,此外通信市場中采用傳感器的市場還有待開發,無線通信領域中的傳感器是物聯網的最愛,前途不可限量。
工業控制用傳感器
工業控制領域包括了連續控制和離散控制,或稱用于原材料生產的流程控制或流程工業自動化和機械產品(包括了汽車生產線或家電等電子產品)生產線的工廠自動化,通常用PA和FA來表示,而它們所用的傳感器又按測量對象分為:⑴測量溫度、壓力、流量、液位(或料位)等熱工量的傳感器;⑵測量電壓、電流、功率等電工量的傳感器; ⑶測量氣體成分、液體成分、固體成分、濃度、密度、粒度、黏度、酸堿度(PH)等物性與成分量的分析儀表或傳感器;⑷測量位移、速度、加速度、力、力矩、應力、重量、振動、長度等機械量的傳感器;⑸測量機械運轉狀態(起停、位移接近、聲音等)、設備異常狀態(過熱、泄漏、變形、腐蝕、磨損等)、產品在線檢查(表面質量、疵點、形狀)、儀表裝置狀態(絕緣、斷線、接地等)的狀態量對應的儀表或傳感器。其中⑴⑵⑶項主要用于流程工業。實際工業傳感器結合工作原理,可以劃分為壓力傳感器、光電傳感器、電感傳感器、視覺傳感器、電容傳感器、電阻傳感器、超聲傳感器和微波傳感器八類。在我國工業控制用傳感器主要由國外廠商占主導地位,例如:日本歐姆龍、美國邦納、德國圖爾克、德國巴魯夫、德國倍加福、德國施克、瑞士科瑞等公司。
流程工業中變送器或其它自動化儀表主要由傳感器、測量電路和過程連接件等部分組成,而且愈來愈趨向于一體化,所以工業控制用變送器,特別是壓力、差壓變送器成為焦點,高端供給基本由橫河、艾默生(羅斯蒙特)、西門子等外國公司把持,其它還有霍尼韋爾、ABB、羅托克等公司,在變送器和自動化儀表、傳感器方面均占有一定份額。
在傳感器應用中選型、安裝、調試、維護都有很多技術問題有待解決,但更重要的是推廣應用,做出范例,擴大應用領域。
可燃氣體傳感器的應用
近年來,氣體傳感器得到了很大的發展,特別是目前大中型煉油、石化、化工的流程工業和海上油氣田平臺等有可燃氣體、有毒氣體的現場,均采用了帶有氣體傳感器的火氣系統,使這方面需求大增,產量大增,如鄭州煒盛電子科技公司現在年產350萬只、8大系列、130多個品種的氣體傳感器,是國內這方面產品的第一家上市公司。
關于選型問題,如某石化設計部門建議:可燃氣體傳感器一般選用催化燃燒型(接觸燃燒型)氣體傳感器;氫氣(H2)可選用電化學型和半導體型氣體傳感器;有毒氣體可選用電化學型氣體傳感器等。海洋石油系統現場設置包括火焰探測傳感器、熱探測傳感器、煙探測傳感器、可燃氣體探測傳感器等,具體井口區、生產區、公用區、中控室、電池間、生活區有一定差別,需合理布置,電池間還要配有氫氣濃度傳感器等。
水質傳感器
由于環境檢測和流程工業現場的需要,水質傳感器和儀表也屬熱點。由于測量原理多樣化及現場多年運行維護的經驗積累,PH酸度計等已經有很大改進,即使是玻璃電極也做得很精巧、皮實、易換、易校正,具體如E+H公司的產品,已取得專利。
下面介紹的是梅特勒-托利多公司的智能TOC傳感器,可以在線、連續、快速監測總有機碳指標,5000 TOCe型傳感器采用紫外線氧化結合電導率微分的方法,可精確測定總有機碳的含量。Thornton高性能電導率傳感器能連續可靠地測量樣品氧化前后的電導率,內置的螺旋石英管設計,使樣品連續不斷地流過傳感器,樣品最大限度地暴露在185納米的紫外光下,這樣樣品能充分氧化且測量時間很短,不需要試劑或化學藥品,且沒有活動的機械部件。它在制藥行業用水的生產中應用得很成功,具體可滿足純化水、注射用水、高純水中TOC周期性檢測的需求,而且可在100℃溫度下正常運行,從而滿足了蒸汽和熱水消費的檢測要求。
物性分析傳感器
在實際工業自動化行業中,常把物性和分析兩方面劃分為濕度、水分、黏度、密度、濃度、濁度、酸度、力度以物性為主的傳感器或儀表為一類,及以電化學、熱學、色譜、質譜、射線等分析儀表等以分析為主的傳感器或儀表為另一類。第一類中也含有光學、電化學原理的傳感器,第二類中特別是色譜、質譜儀分四部分(取樣和預處理、檢測器/傳感器、測量及信號處理、顯示),由于檢測器/傳感器的特殊性,又不常為傳感器產業所包容,所以分析儀表好像成了傳感器產業的禁區。特別是現代半導體工藝、MEMS微電子機械工藝及納米技術及過程分析技術發展的今天,這些觀念都顯得有些陳舊了。下面回到濃度傳感器在流程工業中的應用上來。
用以表征由于不溶性物質的存在而引起液體透明度降低程度的物理量稱為濁度,透明度的測量方法當然以光學為基礎,目前有透射式、散射式、透射光和散射光比率、表面散射式、雙光束調制式、光纖式等濁度計,例如,梅特勒-托利多公司InPro 8200/Trb 8300濁度測量系統解決了抗生素生產中人工操作判斷結晶點所帶來的困擾。
據統計,85%以上的醫藥制品都呈晶體形態,醫藥制品通過改進工業結晶過程,可以提高產品收率,改善產品純度、外觀以及粒度分布等質量相關性狀。擴大來說,采用結晶罐或反應罐這種工藝裝備的產業很多,如制糖工業、石化行業等,比比皆是,它屬于間歇控制,常規控制能解決一般控制中的問題,如結晶工藝從結晶溫度、PH值、攪拌轉速等方面改善藥物晶型,收到較好效果,而結晶結束控制以人工目測為主,所以出晶點判斷失準時常發生。梅特勒-托利多公司濁度測量系統可自動響應,根據實時檢測數據,找出結晶析出點,從而實時調整結晶罐的真空度、攪拌速度,并適時結束結晶過程。魯抗醫藥等企業也有成功的實踐經驗。經驗證明,結晶率為83%以上,產品純度在98.5%以上,而且生產穩定。
最后要說明一點,成功的應用必須是:和不可缺少傳感器一樣,傳感器和系統結合也是不可缺少的。#p#分頁標題#e#
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