在线仪表开始流行

　　不断的改进使得传统测量设备在面对先进的非插入式技术时仍然具备竞争力，因此现有技术继续在生产过程中发挥着作用。
　　在所有的过程工业领域都能发现在线测量、监视和分析应用。无论对于液体还是气体介质，与采样测量的方式相比在线测量方法有许多优点，例如极高的数据可靠性、精确性和一致性（主要是由于在线测量能够自动校准和验证数据）；在线方法能够提供更多、更快、具有更高重复性的测量；在线测量方法只需要较少的人力、能够更紧密的控制过程。现在的网络技术和传送技术又使这些优点发挥了更大的效能，电子记录保持和性能确认功能大大提高了一致性和精确度。
　　“你应该尽可能多地采用在线传感器技术，”GE Sensing公司的商业程序经理Daryl Belock说。“这种方法能够为你提供最好的代表性样品。而且安装方式通常都很简单。不像通常的抓样采样方式，不需要与过程无关的外部硬件设备来把样品从管线中抽出来。由于传感器直接安装在过程流体中，你可以获得更快的测量反应速度。”
　　最主要的、需要考虑的问题是在过程流体造成的温度、压力、流动、污染和腐蚀环境中传感器设备是否足够坚固、稳定。
　　为什么要采用在线方法？
　　那么是什么原因使得在线监视和测量技术如此的受欢迎和如此的流行呢？在线设备通常被用来测量多种参数（压力、温度、流量）。虽然pH、电导率和溶解氧或许也是比较常见的应用，但是这种方法主要被用于控制，ABB Instrumentation公司分析仪表部门的应用经理Mel Thweatt指出：“例如在废水处理工业，你需要监视加入水中的消毒剂数量，以便了解还需要加入多少消毒剂。你需要了解实时数据来决定需要多少化学物质来控制过程。通过实验室对抓样进行分析无法满足要求，因为过程中存在太多的变量，过程中的组成变化的速度太快。”

图1：LDO 溶解氧（DO）探头采用冷光技术，
可以连续监测DO状态。LDO传感器表面覆盖
有冷光材料。LED发出的蓝光被传送到传感器
表面来激活冷光材料。当这种冷光材料松弛了，
它就会放射出一种红光。LDO就通过测量从蓝
光发出到冷光材料放射出红光的这段时间来反
映溶解氧水平。（Hach 公司提供）

　　Honeywell公司的产品经理Tom Griffiths补充说：“人们想要淘汰费时的抓样分析方式。今天的发展趋势就是‘以更快的、更容易接受的方式给我提供更多的信息，这样我可以对过程变化作出更快、更恰当的反应。’用户在寻求更多、更好的信息以便对过程作出更快、更恰当的决定。”
　　在线分析技术能够提供这么多好处，但是也存在其它因素影响了它的应用。ABB公司的Thweatt认为，一个影响在线分析技术应用的因素正在逐渐减少。“一些以前人们只有在实验室里才能进行的分析工作现在不会再采用那种方式了，”他通过自己的观察得出结论，“自动化的方法现在居于领先地位。”
　　Honeywell公司的Griffiths同意这种观点：“现在只需较少的人员就可以实现可靠、精确的在线分析，完成更重要的监视工作。在线设备的使用可以减少需要在实验室中进行的测量和分析工作。但是，”他警告说，“某些样品必须在实验室中进行分析。我们不能就此取消实验室。某些在线设备的测量结果也需要实验室的校准。”
　　Hach公司的市场总监Stanzi Prell对形势也有相似的看法：“当我们在公司里对在线仪表和便携式实验室仪表进行比较时，在线仪表的市场增长率明显的比较高。我们把这个结果归因为人员的减少。进行测试化验工作的人员减少了，但是需要进行的化验工作并没有减少。另外工厂也要求更快的反应速度。他们不想一天采样3次，他们要求实时了解连续的pH值数据。这些信息对于过程是重要的指导，它们有助于避免停车或是避免生产出不合格的产品。”
　　改进与提高
　　在线分析系统的功能、性能正在稳步提高，虽然很慢，但是在不断针对用户的要求作出反应。传感器设计已经在提高可靠性方面取得了进步，ABB Instrumentation公司的分析仪表产品经理Andy Szeto指出：“然而，它们都是基于过去发展出来的相同原则。诸如分析仪、变送器等外围设备才是变化最大的部分。用户在寻找具有更多特点的分析仪，例如使用方便的界面、诊断和数字通讯功能等。虽然许多装置依旧在使用模拟变送器进行操作，不过用户对现场总线设备的兴趣也在不断增加，例如FF现场总线和PROFIBUS现场总线。这些通讯协议使用户可以获得使用旧式模拟仪表无法获得的数据。”
　　GE Sensing公司的Belock认为无线应用是一个将会获得增长的区域，但是目前还存在一些问题。他指出：“用户对于距离的要求能否满足？是否会受到暴风雨的干扰？应用是否会对电磁或是射频干扰（EMI/RFI）很敏感？传感器会不会对无线电传送很敏感？或者无线电传送是否会对传感器很敏感？许多的工业化安装都不太适合无线化传送。 网络对于报告数据很有好处，但是对于过程控制并非是必需的。”

图2：在线pH 值传感器，例如
ABB 公司的TBI 系列产品，能
够在各种应用中提供连续的pH
值监测。例如纸浆和造纸过程。

　　许多曾经非常麻烦的问题现在已经被克服了。极易损坏的脆弱的玻璃电极现在已经被多种非玻璃的电极取代，例如Honeywell公司的Durafet产品系列。不易破碎的、固态的在线设备可以进行pH值的实时测量。泄漏问题现在已经成为过去。无可否认，割开管道把在线设备安装进去会造成另一个潜在的泄漏点或污染源，但是今天的技术已经可以把泄漏的可能性减少到最小了。
　　其它分析应用的问题，包括污染问题，已经通过“管道外边（ex-situ）”的方法或是样品处理系统得到解决或大大减轻。在设备出现故障的情况下，在线（或in-situ）分析可能会带来问题。必须有办法在过程不停车的情况下把设备从过程管道中退出来。在过程停车非常困难或是不可能的情况下，例如炼油厂的湿度分析，采样处理盘是一种比较好的解决方法。
　　GE Sensing公司的Belock解释说：在这些设计中，少量的过程流体被引出来。“这些少量的过程流体流经一个采样处理盘－通常是由隔离阀、过滤器、探头、压力计和流量计简单组合而成。这个系统可以保护传感器，使它更耐用，更加便于接近和校验。”
　　在“管道外设计”中，传感器安装在探头之外。Belock以一种废气分析仪为例：“我们采用热对流回路把少量的废气从主过程流体中引出来，使其流经传感器。因为我们可以把流量控制在一个极低的水平，所以我们可以降低传感器的粒度水平，减少堵塞的可能性，传感器被污染的问题也减少了许多。如果传感器确实需要更换，更换的过程也不会很复杂，因为传感器不是安装在探头中。某种程度上来说这种系统更加昂贵，并且反应时间长一点，因为这是安装在管道外的测量方法，但是这种方式带来的其它好处使用户在经过综合比较后还是选择‘管道外’方案，这种方式的测量结果也非常精确。”
　　有些时候在测量前，采样流体必须经过一个冷却器或过滤器来降低温度，ABB公司的Szeto补充说。这仍然是连续的、在线的测量，但是让采样流体流经预处理单元肯定会增加时间，降低读出数据的速度。最理想的方法仍然是直接在过程管道内在线测量，这样可以获得最快、最可靠的测量结果，把延迟减少到最小。
　　非插入式测量
　　今天，有许多在线设备或系统正在使用，并且在近期内将它们大量更换是不太可能的。但是对任何技术而言，发展变化是不可避免的。
　　在新技术不断进入市场的情况下，对在线设备的改进有助于保持它们的竞争力。终端用户要求传感器在需要清洁、校验或更换时更加智能化。他们要求设备具备诊断能力，使操作人员可以直接从仪表获得信息。这些要求正在得到满足。

图3：许多传感器都需要一个采样系统来调节压力、流量、温度或是过滤采样气体
或是液体中的污染物，以确保传感器具有合理的精度寿命和总的使用寿命。（GE
Sensing 公司提供）

　　但是非插入式测量方法正在不断发展；例如某些超声波流量计和基于光学原理的仪表已经投入使用。有几个供应商还提供了采用超声波流量计的夹持式气体分析设备，但是这类设备的价格还是比较昂贵。Hach公司的LDO冷光溶解氧探头采用了光学技术（见照片）；这种设备无需隔膜，而且实际上完全免维护。

图4：在污染情况比较严重的场
合，管道外测量方式的效果很好。
传感器安装在探头的外边；少量
的过程流体被引出来流经传感
器，这样减少了堵塞和污染的可
能性。这种管道外废气氧含量分
析仪的探头是一根空心的管子。
传感器安装在废气管线外的一个
小室内。（GE Sensing公司提供）

　　今天的终端用户需要可靠的仪表来提供数据，使用户可以信赖并获得对过程变化的精确反映。技术将会继续发展、改进。新的设计和具有更好性能的设备将会不断出现和被用户采用。但是这个转变过程将会是缓慢和稳步的。在可预见的很长时期内，在线设备还将继续存在。
如欲获得更多信息，请访问下列网址：
www.abb.com/instrumentation
www.gesensing.com
www.hach.com
www.honeywell.com/acs
文章编号：060403
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