过程测量与控制的最佳选择——越来越严格的生产工艺过程测量和控制对工业企业提出了很高的挑战，而且所有制造业企业都在面临严格的温度、压力或者流量领域的精确检测，因为这事关产品质量的好坏。

非接触式高温测量日益重要

在工业应用中，进行非接触式高温测量的最有效方法之一就是使用光纤红外线探头。通常，这些器件包括要对准待测物体的透镜探头组件、连接到电子设备组件的光纤互联电缆以及进行温度测量并将测量值转换成可用输出信号的变送器。我们来逐一研究这些部件。

探头组件包括与其工作环境相称的壳体、用以采集目标所发出红外线辐射的透镜或光导棒，以及与光纤电缆连接的光纤接口。探头通常放在被测物体几英寸范围内，因此，探头组件的结构可以千差万别。对于在露天环境中进行的测量，探头可以是简单的金属圆筒，然而，在极其恶劣的环境中使用对这些器件也是司空见惯。这些器件可以置于高温舱内、在真空下、在腐蚀性气氛里，甚至可以浸入熔化的塑料。因此，专用探头可以带有螺纹壳体、由陶瓷等特殊材料制成，甚至可以配有非玻璃透镜、玻璃或石英光导棒(探头尖端)。

图1 OS4000工业级高速光纤红外线变送器

光纤互联电缆充当波导管，将辐射传送到电子设备组件内的红外线检测器组件。每一端光纤接口的质量是确保系统总体精度和重复性的关键。由于信号以光学方式传输，因此它不受工业环境中常见的大量电气和磁场干扰的影响。电子设备组件的工作是把光纤电缆传输的红外线辐射转换成温度读数或与温度成比例的信号。它可能包括很多增强功能，例如高温和低温报警、各种输出选项，甚至还可能包括计算机接口连接。

OS4000工业级高速光纤红外线变送器是一款功能众多的产品，具有多种选件和配置可供选择。其温度范围是100~1600 ℃，采样率介于极短的1~3.2 s。该产品还提供峰值保持功能，并且保持时间可调。光学视场从0.22"到极小的0.025"。这是标准产品可提供的最小光斑直径，而定制产品可提供小至0.010"的光斑直径。与高采样率结合起来，较小光斑直径能够捕获其他方式检测不到的温度瞬变，或者密切监测电线股或小直径钻头等极小物体的温度。光纤电缆的股数较多，可承受一定程度的机械损伤，而不会影响产品性能。

压力变送器的设计与校准

OMEGA压力变送器使用半导体或薄膜应变计。应变计是机械物理测量中最重要的电子测量工具之一。正如其名，应变计主要用于应变测量，作为专业术语，“应变”包括拉伸应变和压缩应变，以正负符号区分。因此，应变计既可测量膨胀，也可测量收缩。物体的应变总是由于外力或内力作用导致。力、压力、热或材料的结构变化都可产生应变。满足特定条件时，就可以通过测得的应变量来算出影响因素的量化程度或物理值。这一方法在应力实验分析中被广泛采用。应力实验分析用试样或结构零件表面测得的应变值来表述材料内部的应力，并且预测材料安全性和耐久的程度。更加专业的变送器可用于测量力或其他衍生的物理量如运动、压力、加速度、位移和振动等。这类变送器通常包含一个粘接了应变计的压敏隔膜。

理想的压力变送器

OMEGA®的压力变送器包括压力传感器(隔膜和应变计)和相连的补偿系统。单独的压力传感器是不完整的，只是校准好的变送器的一个组件。近年来出现了一些集成了电路和蚀刻压敏隔膜的压力传感器。这类传感器通常被称作变送器，用户通常期望它们能够不借助补偿组件直接完成压力的精确测量，但它们并不能做到这一点。压力传感器的校准和补偿是变送器制造过程中成本最高的环节。这个过程需要特种设备、专业技能、芯片知识和校准芯片极值的程序。

完整的传感器需要自带或附加以下性能：

1.可隔离并将待测物理量连接到传感元件(应变计)的完整压力接口(隔膜)。

2.对于所有的传感器部件(或者自补偿部件)，传感器和所有机械接口之间需要有最小的热膨胀和收缩系数)。

3.优异的线性度、滞后性和可重复性。

无论多么复杂的制程也不可能将线性不佳的传感器组装成精确的变送器。具有了上述性能的传感器就可以用于校准和补偿。

校准的目标包括：

1.确保传感器在没有调整的前提下可以无差别的连接变送器(不损失精度)。

2.补偿应变计的非线性特征。

所以理想的压力变送器应该是：可互换的;可在宽温度区间保持准确;可工作于极限温度;在室外环境中耐用;兼容多种待测工质(气体、液体、泥浆等);与待测工质隔离。

校准和补偿传感器，将其制成变送器不是一件容易的事。这需要专业技能、设备和对传感器特征的深入了解。所有的OMEGA®压力变送器都经过了充分补偿。

如何理解产品规格

1.环境温度参考。

所有的产品规格都以环境温度75℉作为参考。这表示产品出厂校准温度为75 ℉。只要环境温度稳定于75 ℉，就不会产生温度影响。

2.零点平衡和满量程输出。

如果两台变送器在75℉环境温度下的零点或满量程压力都完全相等，它们的输出曲线将完全重合，始于零压力，延伸至满压力下的输出电压。在满量程压力(满量程输出电压)下也存在公差。这导致输出曲线的斜率(灵敏度)变化，每一台变送器在恒定的环境温度下都有自己恒定的零点压力和满压力电压，因而安装该变送器的系统需要进行针对性的校准。在校准后，系统的零点平衡漂移不会再导致输出信号的公差。示例：PX302系列产品(图2)，0~100 psi。满量程输出100 mV。任何一台变送器的零压力输出都应为+2~-2 mV之间的一个恒定值。假设其为+0.05 mV。若满量程输出电压没有公差，则100 psi下的输出应为100.05 mV。然而，满量程输出的公差是±1%。因此，100 psi的满量程输出应该在99.05~101.05 mV之间。假设其为101.05 mV。于是这个测量系统需要在零压力下校准至+0.5 mV，在100 psi下校准至101.05 mV。

3.温度影响。

温度影响是环境温度变化带来的影响。环境温度同时影响零压力电压(热零点效应)和输出曲线斜率(热灵敏度效应)。这些影响作用以每华氏度环境温度变化的满量程输出±百分比变化来表示。百分比适用于补偿后的+30~+130℉范围。(配图：PX302)

流量计的选择至关重要

良好的流量计选择的基础是对特定应用要求的清晰理解。因此，要花时间全面评估工艺流体及整体安装的性质。选择流量计时，应考虑特定厂区人员的熟悉程度、他们校准和维修的经验、备件的供货能力和平均失效间隔时间等无形因素。建议在采取这些步骤后再进行安装成本的计算。最常见的流量测量失误之一就是颠倒了这些步骤的顺序: 不去选择能正常工作的传感器，而是试图找理由使用更便宜的产品。那些低廉的采购可能会成为最昂贵的设施。

流量传感器选择的第一步是确定流量信息应该是连续的还是累加的，此信息是本地需要还是远程需要。如果远程需要，信号传输是模拟的、数据的还是共享的? 如果是共享的，所需(最小)数据更新频率是多少? 一旦回答了这些问题，就应着手评估工艺流体的性质和流动特性，以及容纳流量计的管道系统。

图3 FLR10009ST-D流量计

流体和流动特性: 在表中这个部分，流体的名称应该给出，它的压力、温度、允许压降、密度(或比重)、电导率、粘度(是否牛顿)和最大工作温度下的蒸汽压力都要被列出，还应同时说明这些属性如何会发生改变或互动。此外，所有安全或毒性信息也应提供，以及流体构成、气泡存在情况、固体(研磨的还是软的，颗粒大小，纤维)、涂倾向和光传输品质(不透明，半透明或透明) 的详细数据。

选择流量计时，除正常运行值外，预计的最小和最大压力、温度值也应给出。是否可以反向流动，是否并不总是充满管道，是否会形成段塞流(气体-固体-液体)，是否有可能曝气或脉动，是否可能发生突然的温度变化，或在清洗和维护中是否需要特别的预防措施，这些事实也应加以说明。

关于管道系统和流量计将被安装的地方，要考虑: 对于管道，其方向(在液体应用中避免向下流动)、大小、材料、时间表、法兰压力等级、 可达性、上游或下游的转弯、阀门、调节器和可用的直管长度。指定工程师必须知道该地区是否可能存在振动或磁场，是否能提供电动或气动能源，该地区是否属于爆炸危险区，或是否有其它特殊要求，如符合卫生或就地清洗(CIP)的规定。

下一步是通过识别将被测量的最小和最大流量(质量或体积)来确定所需仪表范围。然后确定所需的流量测量精度。通常，精度以实际读数(AR)的百分比、标准量程(CS)的百分比或满量程(FS)的百分比表示。精度要求应按最小、正常、最大流量分别指出。除非你知道这些要求，否则，在整个量程内，流量计的性能可能不会被接受。在根据仪表读数来销售或购买产品的应用中，绝对精度至关重要。在其它应用中，可重复性也许比绝对精度更为重要。因此，建议分别建立每个应用的精度和可重复性的要求，在规格中都做说明。

当流量计的精度以%CS或%FS单位表示，其绝对误差将随实测流量下降而上升。如果表误差以%AR表示，不论是高流量或低流量，绝对误差保持不变。因为满量程(FS)总是比标定量程(CS)大，所以以%FS表示性能的传感器总是比相同%CS规格的传感器有更大的误差。因此，为了公平地比较所有的选择，最好把所有误差单位都换算成等同的%AR单位。

在精心准备的流量计规格中，所有的精度都转换成统一的%AR单位，而这些%AR精度要求需根据最小、正常和最大流量分别指定。所有流量计规格和报价都应明确阐明在最小、正常和最大流量时该流量计的精度和可重复性。

如果两个流量计类别同时提供可接受的计量性能，而其中一个没有移动部件，则选择没有移动部件的那一个。移动部件是问题的潜在来源，不仅因为明显的磨损、润滑和涂层敏感性等原因，也因为移动部件需要间隙，有时会在被测流体中产生滑动。即使是维护良好并校准的流量计，这种不可测的流量都会随流体粘度和温度的变化而变化。温度变化还会改变仪表内部尺寸，从而需要补偿。

此外，如果能从一个完整流量计和一个点传感器获得相同的性能，一般建议使用流量计。因为点传感器不关注全流量，它们只有在插入流速是整个管道流速的平均值的深度时才能读数准确。即使这一点在校准时被精心测定，它也不大可能一直保持不变，因为速度分布受流量、粘度、温度和其他因素影响而改变。在选定一个流量计之前，建议先确定是以质量还是以体积单位来显示流量。当测量可压缩材料的流量时，体积流量就没什么意义，除非密度(有时也需要粘度)是不变的。当测量不可压缩液体的流速(体积流量)时，悬浮气泡的存在将导致错误，因此在流体到达仪表之前必须清除气体。在其他速度传感器中，管道内衬可引发问题(超声波)，或者当雷诺数过低时(涡街流量计要求RD>20 000)，仪表可能会停止运作。

鉴于以上因素，应考虑对密度、压力和粘度不敏感而且不受雷诺数变化影响的质量流量计。此外，在化工行业中应充分利用各种水槽，它们可以测量部分满管流，并可通过大量的漂浮或可沉淀固体颗粒。