當今的工業(yè)格局具有前所未有的波動(dòng)性，不確定性，復雜性和模糊性。結果，對于資產(chǎn)和人員而言，以更低的成本和更高的安全性來(lái)提高運營(yíng)效率變得越來(lái)越重要。在這種背景下，傳感技術(shù)及其進(jìn)步對工業(yè)運營(yíng)保持競爭力和效率起著(zhù)關(guān)鍵作用。
傳感技術(shù)及其各種應用隨著(zhù)技術(shù)和業(yè)務(wù)需求的發(fā)展而不斷發(fā)展。傳感器可用于檢測從距離到熱到壓力的各種實(shí)際屬性。當今的產(chǎn)品使用傳感器來(lái)感應周?chē)囊磺?，它們具有非常精確的能力，消耗的功率更少，并且安裝和維護成本低廉。事實(shí)證明，傳感器是為其過(guò)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(lèi)很多，但是從根本上說(shuō)，傳感器是檢測測量對象的特征量并將該量轉換為可讀信號的設備，該信號顯示在儀器上。簡(jiǎn)而言之，傳感技術(shù)是一種使用傳感器通過(guò)檢測物理，化學(xué)或生物特性量并將其轉換為可讀信號來(lái)獲取信息的技術(shù)。
實(shí)際上，有各種各樣的傳感器可滿(mǎn)足任何工業(yè)需求。對于苛刻的，關(guān)鍵任務(wù)的工業(yè)應用，傳感器可以幫助改善流程并提供無(wú)與倫比的資產(chǎn)保護。
這些傳感器提供實(shí)時(shí)監控，包括過(guò)程所需的檢測和報告。發(fā)送由傳感器監視和收集的數據以進(jìn)行控制和分析，并且通過(guò)傳感器發(fā)出電信號來(lái)報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、從人的感官了解機器的傳感
原則上，任何具有檢測抽象，無(wú)形或物理性質(zhì)的能力的材料或設備都是傳感器。我們被傳感器包圍著(zhù)，傳感器成功地測量和檢測了許多成功運行在我們周?chē)脑O備及過(guò)程。
實(shí)際上，人體的正常功能取決于五種感覺(jué)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，并將其傳輸到大腦進(jìn)行處理。然后，大腦將身體引導至進(jìn)一步的行動(dòng)過(guò)程。感覺(jué)器官的正常功能對于人體的安全和健康至關(guān)重要。
多年以來(lái)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多可以檢測多種物理或化學(xué)性質(zhì)的專(zhuān)用傳感器。
物理傳感器在視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)和觸摸中起著(zhù)重要的作用，可以感應并將光，聲波，壓力和溫度等物理量轉換為電信號。
化學(xué)傳感器起著(zhù)味道和氣味的作用。根據各種化學(xué)品的存在，濃度和組成，它可以轉換和檢測電信號。
生物傳感器被認為是化學(xué)傳感器的一部分，但是它們利用發(fā)出電和光信號的生物特性來(lái)檢測狀態(tài)或物質(zhì)。
有一些高靈敏度的傳感器可以檢測出人類(lèi)感官無(wú)法檢測到的磁性和輻射劑量。
工業(yè)應用中的傳感器起著(zhù)至關(guān)重要的作用，就像人體中的感覺(jué)器官一樣。流程行業(yè)擁有大量依賴(lài)于傳感器才能正常運行的機器或系統和互連設備的集群。在過(guò)程流中聯(lián)網(wǎng)的傳感器，可以連續不斷地檢測，測量和傳輸物理環(huán)境中任何變化的電信號。電信號被傳輸到控制系統（計算機），該系統處理數據并進(jìn)一步指導該過(guò)程。
隨著(zhù)社會(huì )的不斷進(jìn)步，過(guò)程流和控制機制也發(fā)生了變化。實(shí)際上，現代機器現在具有高度靈敏且可選項廣泛的人機界面，用于控制和監視。傳感技術(shù)是如此自動(dòng)化，以至于可以選擇人類(lèi)的愿望和意圖，并將過(guò)程進(jìn)一步發(fā)展。
因此，就像人體的感覺(jué)器官負責各種任務(wù)并成為生命正常運轉的關(guān)鍵要素一樣，傳感器通過(guò)不斷檢查各種過(guò)程參數以實(shí)現連續運行，在工業(yè)中扮演著(zhù)相同的角色。
三、傳感器的工業(yè)用途
本質(zhì)上，工業(yè)過(guò)程是導致產(chǎn)品制造的物理，化學(xué)，電氣或機械步驟。高度發(fā)達的過(guò)程工業(yè)具有定義明確并記錄在案的過(guò)程。至關(guān)重要的是連續測量和精確控制每個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)，以避免意外的組件更改和不穩定的生產(chǎn)條件。對于過(guò)程的成功而言，通過(guò)監視生產(chǎn)設備和公用設施的狀態(tài)并執行最佳維護管理來(lái)最大化基礎設備的性能也很重要。這就是為什么工業(yè)傳感器和儀器設計用于過(guò)程監控和資產(chǎn)監控的原因。
過(guò)程監控
過(guò)程監視傳感器用于監視工廠(chǎng)中產(chǎn)品和過(guò)程的狀態(tài)。這些放置在生產(chǎn)過(guò)程中的傳感器連續檢測被測物的狀態(tài)，并將其作為過(guò)程數據傳輸到控制單元。然后，控制單元將傳輸的信號與目標值進(jìn)行比較，將差異轉換為受控變量，將其輸出，然后將其更改為被測量狀態(tài)。通過(guò)重復該循環(huán)，執行反饋控制以將被監視對象保持在穩定的受控狀態(tài)。
這些傳感器需要連續，實(shí)時(shí)的數據輸入和高速響應。這些可靠的傳感器可實(shí)時(shí)微調過(guò)程，以消除盲點(diǎn)，從而實(shí)現高質(zhì)量生產(chǎn)和最佳工廠(chǎng)運行。
資產(chǎn)監控
資產(chǎn)監視傳感器在監視工廠(chǎng)設備方面起著(zhù)至關(guān)重要的作用。他們檢索和傳輸的數據構成了分析和警報的基礎。通過(guò)分析傳感器輸出數據，可以診斷工廠(chǎng)設備的健康狀況。然后，此診斷將用于警報管理，設備的預測性維護以及更有效的維護巡邏。高響應傳感器可以幫助防止工廠(chǎng)事故，延長(cháng)過(guò)程正常運行時(shí)間并提高設備的使用壽命。
幾乎所有過(guò)程都可以使用各種各樣的傳感器和傳感系統。收集可靠，準確的過(guò)程數據的能力對于實(shí)現任何級別的過(guò)程控制都是至關(guān)重要的。加工廠(chǎng)可以采用最新的控制系統或基于云/邊緣的數據收集技術(shù)，并且如果檢測和報告存在缺陷，仍然可以見(jiàn)證過(guò)程故障。當今的傳感系統已形成一個(gè)整體套件，可確保它們作為一個(gè)單元來(lái)實(shí)現最佳的過(guò)程和資產(chǎn)管理，并最終實(shí)現過(guò)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)，因為數據檢測是任何流程行業(yè)成功的非常重要的第一步。
四、工業(yè)應用傳感器的好處
部署傳感器和傳感技術(shù)具有多項優(yōu)勢，包括預測性和預防性維護。它們不僅可以確保更快地傳輸測量數據，還可以提高準確性，從而改善過(guò)程控制并增強資產(chǎn)健康狀況。
新型傳感器能夠進(jìn)行有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)傳輸，可從資產(chǎn)和過(guò)程提供實(shí)時(shí)，連續的數據饋送。這使主管人員可以更全面地了解過(guò)程工廠(chǎng)。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：提高了數據捕獲的靈敏度，幾乎無(wú)損的傳輸以及連續，實(shí)時(shí)的分析。實(shí)時(shí)反饋和數據分析服務(wù)可確保流程處于活動(dòng)狀態(tài)并以最佳方式執行。
傳感技術(shù)的不斷發(fā)展催生了當今的智能傳感器。與傳統的沒(méi)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)行測量并將值輸出為數字數據。這些傳感器具有嵌入式微處理器單元，并在信號轉換器上安裝了許多傳感設備。
智能傳感器能夠執行許多內在的智能功能，例如自我測試，自我驗證，自我適應和自我識別的能力。他們了解流程要求，管理各種條件，并可以檢測條件以支持實(shí)時(shí)決策。這些智能傳感器針對多種過(guò)程條件進(jìn)行了編程，使執行人員可以獲得最大的收益。
通過(guò)轉向更智能的傳感器，并有效利用從流程和資產(chǎn)中收集的數據，公司可以提高生產(chǎn)率，提高能源效率并降低工廠(chǎng)的總擁有成本。通過(guò)持續的監控和數據檢索，流程負責人可以確定高能耗區域，并可以采取適當措施來(lái)限制能源浪費。這種方法將幫助公司實(shí)現聯(lián)合國制定的可持續發(fā)展目標，例如負擔得起的清潔能源，工業(yè)，創(chuàng )新和基礎設施以及負責任的消費和生產(chǎn)。
簡(jiǎn)單概括，傳感器的優(yōu)點(diǎn)為：
加快流程并使其更加準確
實(shí)時(shí)收集過(guò)程和資產(chǎn)數據
準確，可靠和連續地監視流程和資產(chǎn)
提高生產(chǎn)率并降低總擁有成本
減少能源浪費
五、傳感技術(shù)的未來(lái)發(fā)展之路
傳感技術(shù)隨著(zhù)過(guò)程自動(dòng)化的發(fā)展而發(fā)展，從而產(chǎn)生了功能更強大，網(wǎng)絡(luò )更好的傳感設備。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(zhuān)用傳感器類(lèi)別鋪平了道路。隨著(zhù)向數字化過(guò)渡的加速，對更大的過(guò)程自動(dòng)化，增強的異常檢測能力以及預測性維護功能的需求正在推動(dòng)傳感技術(shù)的空前采用。
預期挑戰
盡管它們小型化，但是今天的傳感器卻非常強大且易于接受。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(lái)，企業(yè)可以期望傳感器實(shí)現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，更高的響應能力以及更高的故障承受能力。
許多加工廠(chǎng)已經(jīng)安裝了傳感器和數字化操作來(lái)進(jìn)行過(guò)程控制。他們已經(jīng)連接了工廠(chǎng)中的主要流程，并且可以檢測，報告和分析數據以實(shí)現更高水平的流程效率。下一個(gè)挑戰是從感官創(chuàng )造中獲得價(jià)值，而不僅僅是感官。要實(shí)現越來(lái)越有利可圖的可持續運營(yíng)，就需要更充分地利用已被廣泛收集的高保真工廠(chǎng)數據。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的迅速發(fā)展將進(jìn)一步擴展和補充其應用和范圍。IIoT傳感器監控一系列屬性，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，霧和云計算資源來(lái)監視和管理資產(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備。通過(guò)將智能感知與人工智能（AI）和機器學(xué)習（ML）融合在一起，它將支持敏捷決策和驅動(dòng)器性能優(yōu)化。
隨著(zhù)對智能產(chǎn)品的需求不斷增長(cháng)，以及組織內部數字化的加速，傳感器的作用和重要性將繼續增長(cháng)。
潛在應用
傳感技術(shù)在整個(gè)行業(yè)中具有多種潛在應用，可以提高質(zhì)量，可靠性和性能。從太陽(yáng)能電池和燃料電池中的應用到醫療保健能力的提高，再到強大的環(huán)境監控系統的安全性增強，無(wú)限的可能性。
例如，生物感測是尋求發(fā)展和增強將在視覺(jué)識別，觸覺(jué)，嗅覺(jué)，音頻和物理系統中使用的現有感測技術(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測系統中產(chǎn)生了深遠的影響。
同樣，智能和智能傳感器技術(shù)正在尋求在未來(lái)幾年中改變世界的未來(lái)。它們將不斷發(fā)展，例如測量隱形物品并改變?yōu)楦湍?。通過(guò)確保這些傳感器產(chǎn)生的結果的完整性和可靠性，它們在醫學(xué)，消費品，通信設備，家庭和運輸中的應用是不可避免的。
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(lái)收集大數據，然后將大數據上傳到云網(wǎng)絡(luò )。然后，對這些數據進(jìn)行分析，以生成有關(guān)更理想的維護實(shí)踐的建議。
為了支持大量的傳感器，需要堅固且可靠的傳感系統。這種系統的關(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可以適應各種目的和測量，包括工業(yè)基礎設施，可追溯性，汽車(chē)和機器人，醫療保健以及其他應用，并且可以為優(yōu)化工廠(chǎng)監控，物流質(zhì)量控制和重要數據管理做出貢獻。
傳感器技術(shù)的創(chuàng )新將繼續成為工業(yè)和社會(huì )的重要工具。（本文轉自傳感器專(zhuān)家網(wǎng)）
