传感器的典型工业应用预测性维护

　　一、概述
　　目前，大部分机器的状态还是由操作员依靠自己的直觉和经验来判断，但这并不可靠。而对于保养工作，操作员大部分都是严格按照运维手册定期保养，这其实很难检测突发事件，并且无法发挥机器的最大工作效率。预测性维护和基于条件的维护（PdMCbM）概念的引入，可以帮助企业运维人员在机器需要维护之前就发现这些问题。这类主动维护的方式都可以提高可靠性、减少停机时间、提高工作效率。
　　随着机器学习的出现，再加上高效的大数据分析，并行处理框架以及高精度可安装的传感器，正在改变机器状态监控市场。而如今工厂的自动化系统愈加复杂，越来越需要将机器状态监视系统与其他机器维护系统（例如工厂资产管理（PAM）和计算机化维护管理系统（CMMS））集成在一起。振动监测系统与
　　PAM和CMMS的集成有助于确保根据分析的结果生成资产状况的整体视图，并避免高昂的停机时间。
　　根据Marketsandmarkets的报告，预计全球机器状态监控市场规模将从2021年的26亿美元增长到2026年的36亿美元，年复合增长率CAGR将达7。1。预测性维护的总体思路是直观、准确、及时，因此预测性维护系统需要依靠大量的传感器数据进行机器状态监控。
　　其中包括温度、压力、振动、旋转速度、电流、液体特性等传感器，通过传感器收集数据后，再由AI进行训练与推理以确保预测性维护的实施。
　　随着物联网和自动化的扩展，不仅是大型设备，小型系统也需要增加状态监测传感功能，如机床主轴、传送带、分拣台和机床借助合适的传感器，可以在任何工业应用内完成状态监测，进行预测性维护，以确保操作可以根据需要正常运行。工业状态震动监测
　　旋转设备资产状态监测是一种管理工厂可靠性和安全性的方法，经数十年实践证明行之有效。振动监测是其中的主要部分。传统上，加速度传感器安装在机器上，通过硬连接方式接回中央机械保护系统（例如振动监视器）。这种技术虽然可靠，但价格昂贵，因此通常用于大型旋转机器，如蒸汽涡轮机或大型燃烧（气体）涡轮机这类对工厂运营至关重要的机器。而对于不太重要的资产（即所谓的配套设备），如离心泵和压缩机等，安装这类状态监测系统的业务案例则少之
　　又少。然而，在某些情况下，这些机器的可用性对工厂的安全可靠运行亦非常重要，不能有丝毫损失。为此，需要经济实惠的状况监视器配套设备。
　　作为一种解决方案，无线加速度传感器被提出已有十余年。许多商业实施的结果好坏参半，原因有多种。而在TE看来，随着工厂运营者对于以经济实惠价格获取数据的需求日增，物联网设备的边缘计算技术和数字无线电性能的提升，加上电池性能的提高，推出这种无线传感器的技术和市场力量已充分融合。
　　TE8911无线加速度计
　　TE设计了8911型无线加速度传感器。这款传感器具有易于扩展的无线架构，可满足工厂运营者对机器状况数据的需求。其中内置LoRaTM无线电技术并使用LoRaWANTM协议与无线网关通信，根据采样率可实现长达5年的电池寿命。
　　8911型无线加速度传感器可安装在复杂的工厂环境中，无需担心信号完整性问题，它具有边缘计算能力，可计算处理的机器数据。
　　TE嵌入式加速度计
　　工业状态监测的加速度传感器类型主要包括PE压电式加速度传感器和可变电容（VC）MEMS加速度传感器。
　　对于工业状态监测和预见性维护应用，以下振动规范参数对于确保长期、可靠、稳定和准确的性能至关重要，具体包括：宽频率响应、测量分辨率和动态范围、长期稳定性，偏移量小、工作温度范围、封装选项，易于安装、传感器输出选项。
　　两类传感器具有不同特性。其中PE传感器具有长期稳定性，已成功商用了30多年。压电晶体具有固有稳定性，随着时间的推移仍表现出优异的稳定性。VCMEMS加速度传感器相对较新。
　　由于设计结构问题，MEMS传感器具有固有的漂移缺陷。
　　虽然体硅微机械加工MEMS传感器具有最佳的漂移抑制，但其成本也明显更为昂贵，因此通常只用于惯性应用中。针对状态监测，MEMS供应商提供了一种表面微机械加工VCMEMS传感器，这类传感器的成本虽然要便宜得多，但最终用户将无法获得较好的测量分辨率和长期稳定性。两种产品各有优劣，具体取决于最终应用。
　　但是在工业状态监测和预见性维护应用中，PE传感器是更好的选择，由于其成熟的技术，它们可长期稳定地保持可靠性，同时还具有宽频率响应，更好的信号分辨率等。
　　TE提供了包括单轴三轴SMT安装版本，以及TO5封装的PE传感器，这些设计允许直接安装到轴承座或嵌入式安装。
　　TEIEPE型加速度传感器
　　IEPE型加速度传感器内部集成了ASIC信号调理电路，可以直接将传感器采集到的数据进行处理，无需后续的处理电路，使用同轴电缆传输信号，尤其是针对长距离传输，具有小型化、低功耗、强抗干扰能力和高智能化程度，满足数字化预测性维护的需求，越来越受到智能工厂的欢迎。TEIEPE型传感器包括8711881180218011等系列，具体优势如下：
　　TE的IEPE系列可直接安装于传统控制系统形态DCS或可编程序控制系统PLC，其操作方便快捷、适合大规模投入使用，确保TE传感器在广泛的应用场景中向监测网络传输可靠数据，为设备异常做好准确预判。
　　三、液体特征监测
　　液体特征测量是工业现场中常见的传感器，用于测量液体的粘度、密度、介电常数和温度，从而判断液体何时达到其使用寿命。
　　FPS2800
　　TE的FPS2800传感器，基于音叉原理技术，并内置高效的软件算法，具有高度集成、坚固封装、数字CAN接口、内置诊断以及经过工厂校准等多种优势，应用于工业和商用车辆润滑油品质等全生命周期监控。
　　TE还提供了广泛的各种类型的传感器，包括火灾余压等特殊应用传感器，以及温湿度传感器、压力传感器、液体特征传感器、位移传感器等产品。
　　作为跨国传感器供应商，TE正在通过高可靠性，高精度，灵活配置，多产品布局等方式，帮助各行业的工业客户更好地导入预测性维护等先进的数字化技术。