极限状态、临界状态的数据采集是流程工业企业一项非常重要且艰巨的检测任务。尽管液位检测技术不像连续性检测技术那样复杂，但极端的环境、不同的国际标准或者SIL安全完整性等级要求总是不断地对检测技术提出了新的要求。

在极端条件下采集状态数据时，用户首先考虑的是检测结果的可靠性。即便是在极端的环境条件下用户也希望能够利用可靠的检测数据简单完成流程设备的调整试车，实现免维修的长期运行，从而实现更好的经济效益。“对于大多数用户来讲，利用什么技术来实现上述目标是次要的。”Mollet公司负责人Wolfgang Hagelet先生在谈到当前的现场数据采集情况时说道。

安全性和可用性是生产者最关心的问题。“我们的用户希望的是高性能、高质量，并能够在达到规定液位时可靠做出反应的检测设备。他们还希望这些设备能够完成高要求的检测任务，最简单的极限状态监控，具有较高的性价比。同时，这些设备还拥有世界各地通用的许可证，符合当地法律法规的要求。”Endress+Hauser公司液位检测产品经理Markus Schmid先生补充说道。

尽管从表面很难看出用户的不同要求，但实际上用户提出了越来越高的要求。“除了使用操作简单之外，用户还期望有更高的性价比，希望检测设备具有更高的精度、更长的使用寿命和更高的可靠性。”西门子工业自动化事业部流程工业仪器仪表负责人Jürgen Spitzer博士说道。

ABB公司认为，雷达式和超声波式等非接触式传感器技术的应用呈上升趋势，过去几年中非接触式传感器的应用范围明显扩大。“今天，这种少维护保养的检测技术几乎在所有应用领域中都得到了应用。”ABB自动化技术公司液位检测技术产品生产经理和应用技术专家Ferdinand Finken先生说道。

图1 极限位置传感器的典型应用：定量设备清空后的状态提示

Krohne公司则认为，未来对传感器检测技术的要求会更高，尤其是对液位检测传感器的要求会越来越高。“在液位检测中，用户希望的液位检测传感器能够适应250℃高温，耐受6.4MPa高压，能够可靠地发挥开关功能。”Krohne公司液位传感器产品经理Volker Lenz先生说。

“传感器的故障诊断功能变得越来越重要，检测设备除了需要达到安全完整性等级SIL-2，并拥有WHG认证之外，集成在传感器内的故障诊断功能，例如传感器磨损的自我诊断和传感器振荡叉上沉积物的识别功能等都保证了传感器工作可靠性。”Emerson公司的Tim Milarch先生在谈到新产品研发重点时说道。

Vega公司认为，传感器除了重点考虑“即插即用”这一因素之外，故障诊断功能也是他们关注的焦点，因为传感器的故障诊断功能能够大大地简化故障查寻过程。“故障诊断包括传感器本身具有很好的自我监控能力，能够进行电子元器件和传感器的故障诊断，不使用其他介质的检验以及由PLC和SPLC自动控制的检验功能，从而不会中断生产。”Vega公司导波雷达和极限状态数据采集产品经理Wolfgang Perenthaler先生说道。

UWT公司的关键词是“简单化”，其中包括了简单性和可用性两层含义。“UWT公司生产的传感器具有世界各地所需的认证证书（Ex，IECEx，GOST-R，FM和CSA）。对于简单化和在国际市场中的可用性，我们研发了不带微动开关的全电压电子电路。这样，无论设备生产厂家或者最终用户使用的是24V直流电或者230V交流电都可以使用我们的仪器设备，因为我们开发的全电压电路能够自动识别供电电压。”UWT公司营销和市场负责人Thomas Schäfer先生介绍说道。

图2  “用户的要求集中在使用操作简单、性价比高、便于维护保养以及具有自我故障诊断功能等方面。”
——Jürgen Spitzer博士，西门子公司

坚固耐用的检测仪器

对于许多生产厂家来讲，在涉及到极限状态检测时振动液位开关是一种最重要的检测仪器类型。“振动液位开关的机械性能非常好，坚固耐用，在实践中不受被测介质化学性质的影响，能够在储罐和料仓过装前发出报警和提示信号。”Lenz先生在介绍这种传感器的特性时说道。它除了具有常规的Ex易燃易爆安全防护认证之外，它还通过了WHG认证、有着很高的安全可靠性，满足了安全完整性等级SIL-3的要求。Vega公司的产品系列中包含了这种振动液位开关。但Perernthaler先生承认：“由于浮子式液位开关具有价格方面的优势，所以浮子式液位开关占据了绝大部分的市场。而浮子式液位开关随着液位的波浪起伏开关会不断地开启和关闭。从监控功能的角度来讲，浮子式液位开关没有功能可靠性或者功能可靠性太差。Perernthaler先生说：“他们生产的振动液位开关无需调试就能直接使用，振动液位开关所采用的开关控制技术与被测介质的性质无关，可以对检测传感器进行全面的监控。

西门子公司研发生产的液位计主要是超声波液位计（集成了电子部件和传感器的仪器设备），不是简单由两部分组成的检测仪（收发器加上一个单独的传感器）。“在极限数据采集中，尤其是在音叉技术领域中，我们的产品有着很好的市场份额。雷达技术检测仪的市场增长率高达两位数，超声波液位计和压差式液位计也仍然保持着很高的市场占有率。”Spitzer先生说。

在过去几年里，ABB公司的雷达检测产品的市场需求很大。Finken先生说：“小型化的检测仪技术改进和对检测技术要求提高共同决定了雷达检测产品的市场占有率。另一个重要原因是雷达检测仪明显改善了检测值的分析评判质量，从而开拓了新的应用领域。”

图3 “把过量填充报警和液位连续监控分开保证了很高的设备可用性。”
——Volker Lenz先生，Krohne公司

在松散物料的极限位置检测中，Mollet公司积极推动旋翼充填量显示仪和振动系统的发展。“因为旋翼物位显示仪的性价比更好，也有着非常广泛的应用。例如在流程工艺过程温度高达800℃的环境中使用。”Hageleit先生说道。

UWT公司也非常坚信旋翼式的物位显示装置具有非常大的应用潜力。除此以外它们还使用了音叉式和电容式的极限液位开关。对MBA公司来讲，人们也是在近十几年来从该公司的旋翼式物位计中认识他们的。因为料仓常常需要存储不同的松散物料，而旋翼式物位检测技术对被测松散物料的特性不敏感。

变型解决方案

当需要准确检测物位时，或者需要用现代化的过程控制系统对物位进行全过程监控时，用户常常要用到能够准确防止过量充填以及显示料仓已满、已空的连续性物位检测和监控装置。在料仓的物位检测中，Schäfer公司指出若不需要连续监控料仓物位时，那么每小时对料仓和储备容器的物位进行一次检测就足够了。对于Schäfer公司来讲，重锤物位计是最佳的解决方案，因为重锤物位计安装和调试最简单，不受料仓内的松散物料性质、粉尘或者其他因素的影响，而且工作起来非常可靠。

对流程工艺过程可靠性、对安全性要求的提高以及节约人力资源等因素的影响，需要更换其他的物位计。在这种情况下，Finken先生说道：“连续性检测能在很短的时间内完成任务。”有时，连续性物位监测设备也被纯粹当作一个极限开关来滥用。之所以会出现这种滥用是因为温度、压力或者特殊应用等对使用性能的要求不同，而这种不同的要求容易被忽略，尤其是在化工或者石油、天然气等流程工业领域中涉及到安全问题时。Perenthaler先生说：“这里，我们建议采用不同的冗余保护方案，由单独的极限开关完成所有的安全保护任务。”他强调指出：“安全保护装置不是物位调节控制装置。这是两种不同的装置。”他建议，极限位置和极限液位监控装置不需要有安全保护功能，这样有利于实现连续的检测监控，例如输送泵的控制或者工作点的预警。

图4 “第一种无线通信液位计获得了WHG的认证，这种无线通信液位计有很多全新的应用领域。”
——Tim Milarch先生，Emerson公司

要实现连续的物位检测至少需要两个检测点，当容器只能从上方设置物位计时还必需使用带有加长电缆的音叉式开关。“在这样的应用情况下，我们研发生产的Optiflex 1100系列产品就是一种使用简单，价格低于600欧元的TDR导波雷达液位计。它是可以替代多个开关的解决方案。”Lenz先生说。但他同时也表示，若用户要在SIL等级的环境中使用或者在过充填保护应用中，这一系统还不能满足很高的安全性要求，在这些场合中应用还需要把物位的连续性检测功能与充填过量保护功能相互分开。

Endress+Hauser公司对物位检测系统的更换也持谨慎态度。Schmid先生说道：“若用户想在极限位置检测中使用连续性的物位检测技术，则必需是非常重要或者是用途非常广泛的场合，因为连续性物位检测产品的费用较高。”他还列举了这方面的实例，例如水资源保护法WHG规定防止过渡充填的过充保护，否则溢出的介质会对产品质量带来不利的影响。在这种应用情况下，Schmid先生推荐了最常使用的Micropilot型导波雷达液位计。在过去的几年里，用于松散物料物位连续性检测仪器的价格不断下跌。
出于工作安全性的考虑，物位连续性检测传感器通常都附带有一个表示料仓已满的充填上限报警器。

Hageleit先生说：“就算用户不需要随时知道准确的物位，但配备有充填上限或者充填下限的指示器，或者补充了需用量指示器的物位计在很长的一段时间里都是经济性很好的变型解决方案。”

SIL安全完整性等级的发展趋势

在过去的两年里，Krohne公司在执行SIL安全完整性等级的必要性和安全注意事项等方面做了许多工作。但Volker Lenz先生说：“SIL安全完整性等级技术规范没有对振动液位极限开关提出要求，因为大多数的生产厂家都能提供具有SIL安全完整性等级认证的产品。”

具有安全认证的产品需求非常大，其中有很多的原因。“不是所有具有SIL安全完整性等级认证的产品都用在了有SIL安全完整性要求的应用场合中。具有SIL安全完整性等级认证的物位计被视为一种具有高安全性的物位检测仪器。很多时候，具有SIL认证被误解为一种具有高质量水平的仪器。”Spitzer先生根据自己的体会说道。他的观点与Perenthaler先生对标准的感受相同，Perenthaler先生说：“标准的许多地方常常不易被理解，或者不知道这些概念和定义的外延是什么。”

从SIL的安全功能方面来讲，它更加接近IEC 61508标准。Schmid先生说：“与IEC 61511标准相比，满足SIL安全完整性等级规范的仪器设备在保护装置方面具有更多的优势。从销售开始能够得到SIL2安全完整性等级范围内的应用。 操作者从新手变成有经验的工作者的时间也从原来的12个月缩短到了6个月。SIL2认证的产品符合IEC 61508标准的软件升级，用户无需重新熟悉和掌握软件系统，而且在SIL3安全完整性等级中也可以使用同质冗余。”

MBA公司对SIL认证提出了批评。“SIL认证是大企业与小公司市场竞争的营销工具。尤其是SIL1和SIL2这两个等级，每一个生产厂商的产品都满足这些安全完整性等级。”而产品具有决定性意义的则是产品的平均使用寿命或者结合冗余检测的保修期。

无线技术的应用

几乎所有的传感器生产厂都对极限位置检测的无线技术应用持保留态度。ABB公司认为，Wireless极限位置无线检测的应用不会超过1%。西门子公司的物位计产品系列中，Wireless无线检测的仪器数量非常少。2011年度的应用调查（VDC 液位仪表研究）中也证实在所有的用户中只有2%的用户使用Wireless无线传输信号的液位计。“随着GSM和移动通信网络的发展环保领域中的无线传输需求量会大幅度提高，例如水处理和水资源的远程监控。”Spitzer先生说道。

Krohne公司的Lenz先生表示：“目前没有必要把用户使用的所有双线式开关更换成Wireless无线开关，因为供电电缆和信号电缆都是现成的。”同时他还指出，有一些SIL安全完整性等级规范中要求的仪器设备在PLT保护电路中工作，按照WHG水资源保护法规定，这些仪器需要防止过充溢出、失油运行保护或者保护流程泵的电路。对于这样的应用，Wireless无线技术无法应用。

Schmid先生一直对Wireless无线技术都非常感兴趣，他说：“只有在明显降低成本费用时，无线技术才能在流程工业检测技术中得到应用。Wireless无线技术的应用与数字化仪器设备的应用效果相当。”

Emerson公司对无线技术的应用较为看好。Milarch先生说：“Wireless无线通信仪器设备的应用数量在不断增多。无线通信仪器安装灵活，能与无线网络连接，具有全新的应用领域。” Emerson公司推出的Rosemount 2160是全球第一种获得了WHG认证的无线通信液位计，它同时具有过量填充保护功能。