在过去的20多年里，0、1两个数字为我们的生产生活带来了天翻地覆的变化，但是，在过程分析仪器领域，特别是该领域内最为核心的传感器和信号传输技术单元，对绝大多数过程分析仪器制造商而言却依旧停滞在“原始的”模拟信号时代。脆弱的模拟信号令仪器制造商和用户在分析仪器测量的稳定性、准确性、适用性、维护校准等诸多方面唏嘘不已。相比之下，数字信息技术在精准性、准确性、处理信息量等方面优势凸现。今天，在过程分析仪表领域，伴随着数字技术和分析仪表测量以及通信技术的完美契合，新一代的“数字化、智能化”过程分析仪表已经在诸多方面彻底改变了我们的过程分析世界。

对于一套过程分析仪表而言，主要的工作部件包括传感器、变送器和信号传输电缆，其中，传感器作为核心的工作部件，其主要功能是将待测量工艺过程参数值转化成可测量的电信号或者其他测量信号；变送器用于接收来自传感器的测量信号并转化成我们可识别的文字、数字、图形、音像等等；信号传输电缆用于传感器和变送器之间测量信号的传输通信。传统分析仪表所采用的测量通信信号大多数是电流、电势、阻抗、频率等模拟电信号，模拟信号在传输、处理、信息通信等环节和数字信号相比，存在诸多不利因素，从而导致实际应用过程中的一系列问题，接下来，本文将从测量信号、量程范围、维护校准等方面讨论“智能化、数字化”过程分析技术带来的一系列变化。

数字测量信号

测量信号作为信息的载体对于过程分析仪表而言非常关键，如果测量信号在传输过程中发生变化，那么该信号所传递的信息也会发生变化，对于一台过程分析仪表而言，这意味着测量结果的变化，因此，传感器测量信号的稳定、准确传输对于分析系统的重要性不言而喻。目前，市场上绝大多数过程分析仪表测量信号都采用模拟电信号，例如：pH测量系统的测量信号是一组毫伏级的电势信号，电导率测量系统的测量信号是阻抗信号，溶解氧（电化学法）测量系统的测量信号是纳安级的电流信号等，这些模拟电信号和数字信号相比，在传输过程中非常容易受到外界因素的影响，例如，对于一套电导率测量系统而言，传感器到变送器的电缆长度、实际测量范围、周围环境电磁干扰、变送器、传感器和测量介质接地等一些列因素都会影响测量信号的准确传输从而影响最终测量结果。另外，作为信息的载体，和数字信号相比模拟电信号所能承载的信息量极其有限，例如，对于一套pH测量系统而言，要完成pH测量需要从传感器到变送器之间建立至少3条测量回路同时传输3个模拟测量电信号，这3个电信号分别传输测量电势、参比电势和温度，期间，如果任何一个模拟测量信号发生变化最终都将影响pH的测量准确性。相比之下，数字信号通过一组0、1数字来作为信息的载体，信号的稳定性和所承载的信息量和模拟电信号相比都有了根本性的提高，数字信号在传输过程中0、1数字的排列组合不会发生变化，因此数字信号在传输过程中不受外界因素的影响；另外、数字信号可以通过0、1数字的字节多少控制所承载的信息量，这意味着，同样条件下数字信号可以传递更多的测量信息。

图1 M800单通道显示模式

通用性变送器和信号传输电缆

变送器和信号传输电缆作为过程分析仪表系统的主要组成部分，对于测量信号采用模拟电信号的分析仪表而言，由于完成不同的参数测量所需要的测量回路数量以及模拟电信号类型不一样，这导致需要不同的测量信号接受和编译组件，即要求有不同类型的变送器。在实际的应用过程中，对于采用模拟电信号作为测量信号的分析仪表，通常测量不同的过程参数，需要匹配相对应的变送器。同样的道理，作为测量信号传输载体的信号传输电缆，由于完成不同的参数测量所需要的测量回路数量以及模拟电信号类型不一样，信号传输电缆的芯数以及屏蔽要求也不同。如果采用数字信号作为测量信号，对于不同的测量参数，可以采用同样规格的变送器和信号传输电缆，即通用性变送器和信号传输电缆，这意味完成不同参数测量，客户在一套过程分析系统中只需要匹配不同的传感器，而且任意测量系统的变送器和信号传输电缆可以相互替换，从而使过程分析系统的实际使用操作更为方便、快捷。

过程分析系统测量准确性及校准

对于一套过程分析测量系统而言，为保障系统稳定正常并且测量准确需要定期对测量系统进行维护和校准。对于传统的模拟过程分析系统，传感器、测量回路、变送器都会造成测量误差，因此，在对传统的模拟过程分析系统进行校准时，必须分别针对传感器、变送器、特定测量范围的测量回路分别进行校准，例如，对于一套模拟电导率过程测量系统，我们校准的时候需要分别进行传感器电极常数校准和特定量程范围的测量回路校准（变送器+信号传输电缆），如果传感器电极常数的精度为±1%，变送器的精度为±0.5%，系统以及信号传输电缆对测量精度的影响为±1.5%，那么该模拟电导率测量系统的测量精度为±2.5%；对于采用数字技术的数字电动率过程测量系统，由于在变送器和信号传输处理环节不再存在测量误差，因此采用数字信号传输技术的电导率测量系统的系统精度等于系统电导率传感器的电极常数精度±1%，相比模拟电导率测量系统，数字技术使得电动率测量精度大幅提高。同时，对于仪表的日常校准而言，采用数字信号以后，只需要进行传感器的日常校准，不再需要进行特定量程范围的测量回路校准以及变送器校准，从而大幅缩减用户日常校准工作量以及相应成本。

图2 M800双通道显示模式

数字化、智能化分析仪表体验之旅

凭借业内领先的数字传感器技术和多参数多通道变送器技术，梅特勒-托利多最新推出了迄今为止最为先进的新一代M800“数字化、智能化”过程分析测量系统。M800过程分析系统将数字智能传感器技术和多参数多通道变送器技术完美地结合在一起，在大幅提高测量稳定性和精确度的同时集成更多测量参数，而且，用户操作界面也更加高度直观并具备先进的iMonitor传感器诊断功能。

M800强大的多通道多参数监测功能

M800变送器平台具有4个数字智能输入通道外加2个脉冲流量输入通道，可以同时检测控制6个过程参数，其中4个数字智能测量通道可以是电导率/电阻率、TOC、pH、ORP、溶氧、溶解臭氧等过程参数的任意组合，而且4个数字智能输入通道可以通过替换“即插即测”智能传感器非常方便地进行相互切换。多参数多通道过程分析测量系统在大幅降低用户的初次投入和备件成本的同时，也极大地方便了客户对所有过程测量参数进行集中监测、控制和管理。另外，M800过程测量平台支持用户根据自身要求灵活地进行变送器的显示界面设置，所有测量参数以及相关信息都可采用单通道翻页模式或者多通道模式进行显示，所有的过程测量信息都可以做到真正的“一目了然”。

M800先进的iMonitor诊断功能

M800过程分析仪表配套ISM数字智能传感器不仅具备智能数字传感器的所有功能特性，而且具备最先进的实用诊断功能：iMonitor。iMonitor是一种先进的传感器诊断工具。它根据传感器的各种性能信息可以相对准确地进行维护时间间隔提醒，而不是仅仅根据故障警报信息进行模糊维护提示。iMonitor还可以通过评估各种传感器的运行状况进而计算传感器（或配套耗材）的剩余使用寿命，从而准确预测传感器需要保养或更换的时间。如图3所示，对于M800pH测量系统而言，iMonitor诊断功能可以根据pH传感器的玻璃膜阻抗、参比阻抗、高温蒸汽灭菌批次、运行时间等详细的传感器实时性能信息，准确预测当前运行条件下的传感器动态使用寿命（DLI：2天）、下次维护时间间隔（TTM: 1天）、下次校准时间间隔（ACT：59天）等一系列非常实用的过程诊断信息，M800的iMonitor 实时显示、诊断功能通过可行性信息通知用户可能出现的问题，而不是发送令人混沌的警示符号或者无法理解的错误报警提示。

图3 M800先进的iMonitor诊断功能

前景展望

梅特勒-托利多最新一代 “数字化、智能化”的M800系列过程分析测量仪表将数字传感技术、数字通信传输技术、触摸屏操作、iMonitor 预防性诊断功能与即插即测技术等诸多创新技术特性集于一身，堪称梅特勒-托利迄今为止，为过程分析领域所奉献的功能最强大、通用性最强并简易通用的过程分析测量系统。半个多世纪以来，梅特勒－托利多从THORNTON的世界上第一根同轴电导率传感器和INGOLD的世界上第一支复合pH电极到今天最新一代“数字化、智能化”的M800过程分析仪表的成功问世, 其在分析测量领域的一系列根本创新为电力、半导体、制药等工业领域的水质监控分析带来革命性进展，“创新、智能、数字”已经彻底改变了我们今天的过程分析世界及其日后发展趋势。