在過去，傳感器的使用一度非常保守。那時傳感器的采購、安裝和維護成本均十分昂貴，各公司只在絕對必要時安裝傳感器。但是，“知識就是力量”；確實如此，越是了解您的設備，就越能更好地維護設備、減少“意外事件”并降低成本。本文將討論普適測量的概念、應用、優勢及其使用案例。
簡單來說，普適測量就是使用傳感器采集過程中可能影響其正常運行的任何數據。通過增加價格合理的傳感器（許多為無線傳感器），測量范圍將得以擴展。如今，普適測量不僅在工業領域被廣泛接受，在其他領域亦有使用，其中的一些甚至已應用于我們的日常生活。
日常生活中的普適測量應用
如今的汽車擁有的傳感器數量是15年前的15倍，并且還會越來越多。節氣門和曲軸位置傳感器、氧傳感器、燃料乙醇傳感器、噴射壓力傳感器、發動機爆震傳感器和質量空氣流量傳感器是發動機控制計算機的基本輸入信號源；此外，還有其他作為補充的車載傳感器，用于協助維持可靠性，例如監控發動機油位和冷卻液液位。它們甚至可以檢測每個輪胎的壓力，并在壓力過低時觸發警告。
在安全方面，有用于監控制動液和清洗液的液位傳感器、觸發安全氣囊的加速計以及安裝在車輪上用于激活防抱死制動的速度傳感器。其他傳感器包括確認座椅安全帶已系好、檢測車輛后方或盲點內的物體以及在車門未關緊時向駕駛員發出警告的傳感器。某些汽車上還有在駕駛員昏昏欲睡或開始偏離行車道時觸發警告的傳感器。
工業領域使用普適測量的優勢
在制造業，普適測量在過程和人員安全、法規遵從、設備可靠性和能效方面帶來了重要而顯著的改善。它可以用于提前檢測和響應危險、保護人員和設備、預測故障并減少怠速和停車。它幫助用戶避免環境問題和罰款，并提前鎖定潛在的安全威脅。
普適測量可以在不增加復雜度的情況下，通過獲取新數據的增量投資獲得關鍵業務結果。它讓用戶更深入地了解操作情況，并能優化過程，從而提高生產率和贏利能力。
普適測量之初
人們很容易想到是無線網狀網絡技術成就了普適測量。網狀網絡是指相互通信并與中央站點通信的小型（一般為電池驅動）設備組成的網絡（圖1）；網絡中每個設備的無線電通信范圍可能只有幾米，這些設備自動組成一個自修復網絡，可以將信息傳遞相當遠的距離，可以繞過障礙物路由信號，并在若干設備離線的情況下繼續通信。有了無線技術，用戶無需進行過多設計，無需鋪設電纜，因為設備均為電池供電，并且還可以向網絡中添加、減少設備或移動設備的位置，而這一切基本不會對系統產生任何影響。
這些網狀網絡第一次廣泛的傳感應用是振動監控：安裝在泵和其他旋轉設備上的配備有無線傳感器，用于報告（時間間隔通常為幾分鐘到幾小時不等）設備的監控狀況。資產管理軟件記錄讀數曲線，并預測哪些部分何時會發生故障。這樣可顯著減少計劃外停車。
自此之后，無線傳感器的應用范圍被無限擴大。有人預測，在下一個十年里，這一領域的設備銷售額將比價值160億美元的傳統測量市場的兩倍還多。某東歐石油加工廠正在全面部署無線基礎設施，以便增加12000個普適測量儀表——超過傳統過程測量的基數60%——
目的是更好地檢測能源損失、設備腐蝕和安全排放。
因此，普適測量已滲透到使用多傳感器的任何地方，并且通常（并非全部）使用無線技術。安裝的傳感器可用于監控溫度、壓力、閥位、蒸汽疏水閥打開、液烴泄漏、安全噴淋裝置、泄壓閥開啟、腐蝕和侵蝕。無線傳感器被用于大面積和單點天然氣泄漏檢測，以及火焰和煙霧檢測。
關鍵過程應用中的普適測量
在制造業，普適測量在關鍵過程和關鍵業務應用中為用戶提供幫助。關鍵過程意味著過程控制和過程安全。為防止不合格品或設備停車，關鍵過程數據需要立即響應。它需要最高關注度；幸運的是，由于新傳感器通常連接到現有過程控制系統上，因此許多相關設備和操作都已實現自動化。不過，它的一個潛在缺點是可能發生信息過載；普適測量傳感器收集的大部分信息并不用于關閉過程回路，而是確保設備操作員獲得信息，并且如果設計者不應用以人為本的設計原則，警告和報警的數量會多到讓操作員難以應付。
關鍵業務應用中的普適測量
關鍵業務意味著現場安全、可靠性和能效。關鍵業務數據需要及時響應，而非關鍵過程數據所需要的立即響應。未能響應可能導致設備停車或能源使用量增加等情況。由于它的優先級通常較低，關鍵業務數據獲得的關注可能有限。以前，人們通過人工巡視采集數據，某些情況下甚至根本沒有采集：實際信息不存在，只能以假設、估計和簡單的猜測來替代。普適測量可以改變這種情況。
例如：《沙特阿美公司技術雜志》上指出，典型煉油廠的維護預算有36%花在腐蝕修復和維修上。并且直到不久前，跟蹤腐蝕情況仍是一項勞動密集型任務，技術人員需使用手持式分析儀進行人工檢查和采樣檢測。但是，如今的無線腐蝕監控變送器（圖2）能夠以合理的成本，對之前無法到達的位置進行連續的在線監控。
先進傳感技術的應用舉例
使用先進的普適測量技術的公司有許多。為了將關鍵應用的測量數據增加60%，下一代的過程工廠目前正在部署無線基礎設施。它使用20,000有線I/O點，包括12,000個關鍵業務應用：2000個用于現場安全，8000個用于可靠性，剩余2000個用于能效。
先進傳感技術的關鍵過程應用舉例
為了等待有利的天然氣價格，美國南部的天然氣儲存廠家將天然氣注入鹽穴。為此，他們需要監控注入井的狀態，但是注入井有數十個之多，且分布范圍達到數平方英里。過去的監控方法是派工作人員在每口井邊進行檢查，但是由于井的分布范圍如此之大，不可能每天檢查所有注入井。如果存在泄漏，可能到兩三天后才會發現。該公司安裝了近500個無線監控設備，這使他們能夠實時監控井的情況。這不僅幫助他們提高了有效利用儲存容量的能力，還減少了監控成本。調試所有傳感器只用了100個工時，遠少于進行現場巡視和監控的時間。僅安裝成本這一項，就為該公司節約了一百萬美元，并能幫助工作人員更高效地控制現場。
先進傳感技術的關鍵業務應用
現場安全可以視為關鍵業務應用，如果說過程安全實際上涉及密閉度，那么現場安全則通常關系到工人安全或天然氣檢測。其中的一個例子是安全淋浴裝置的監控；如今，許多工廠都沒有對安全噴淋裝置進行監控。另一個例子是安全性和環境合規，例如泄漏檢測。讓工作人員在存在天然氣泄漏的現場/區域逗留是十分危險的，并且泄漏通常涉及合規問題（例如北美的EPA等機構的法規）。
關鍵業務應用舉例：現場安全和合規
加拿大的一處地下烴氣儲存設施使用了遮蓋物（基本上是簡單的棚戶）覆蓋井口，但是這為維護活動帶來了困難，因此大部分已納入拆除。這產生了一個問題：在封閉環境下，傳統單點催化珠檢測器在監控每個井口是否存在危險的氣體泄漏時能夠正常工作，但是在露天環境下，風稀釋了泄漏的氣體，并將其吹離傳感器。此外，還必須保護傳感器不受天氣的影響（埋在雪中時傳感器無法工作），在暴露于高濃度氣體中時，某些類型的傳感器可能發生滲透并需要更換，并且必須定期進行重新校準。
該公司決定嘗試超聲波泄漏檢測技術，如圖3所示。在壓力下泄漏的氣體產生了頻率介于20 - 100kHz之間的嘶嘶聲，無論是否刮風，在10米以外都可以立即檢測到。即使全部被雪覆蓋，檢測器也能正常工作，并且在安裝后無需定期進行重新校準。
公司測得的背景噪音為55 dB，將檢測器設置為在70 dB時觸發報警。執行的多個測試方案表明，即使是最輕微的泄漏，裝置也做出了正確響應，并且沒有誤報警。定期測試包括在區域內通入一些高壓空氣或氮氣，結果，檢測器都準確無誤地發揮了它的功能。
值得注意的是，超聲波泄漏檢測器不是低功率設備，必須使用外部電源供電。
關鍵業務應用舉例：使用無線振動傳感技術監控泵的健康狀況
美國中西部某精煉廠的操作員希望防止可燃蒸汽從LPG服務中心主泵上的失效密封處溢出并形成氣霧（以前曾導致火災）。此外，提前鎖定故障泵還可以減少損壞和維修成本。經過過程危險分析，工作人員識別了近百個高危泵，而進一步的評估和分析使得這一數字繼續增長。最后，該公司在泵上安裝了無線振動監控變送器，并將其設置為每30分鐘向資產管理系統提供一次報告。過度振動會觸發警告通知操作員切換至備用泵，并向技術人員發送電子郵件通知，以便其使用便攜式分析進行進一步評估。
這種方法完全取代了之前的人工巡視，而成本只有后者的十分之一，并完全消除了火災和由此產生的停車風險。
關鍵業務應用舉例：能效
蒸汽疏水閥可以有三種狀態：
1. 按照設計正常地工作、打開和關閉；
2. 故障關，將水留在蒸汽系統內，形成水錘效應并損壞設備；
3. 故障開，蒸汽吹入大氣或冷凝水回收管線，造成能源浪費。
食品和飲料業的設備操作員擔心蒸汽疏水閥故障。一次調查發現，工廠25%的蒸汽疏水閥存在故障。該公司在蒸汽疏水閥上安裝了近200個無線聲波變送器（圖4）——每個疏水閥上的安裝時間不超過10分鐘——全部用于提供故障疏水閥的即時報警，此外，還在壓力安全閥上安裝了幾十個這樣的變送器。在一年之內，該系統即通過節約的能源幫助用戶收回了投資。
文章首次刊登于Hazardex雜志
小結
在過去，用于關鍵業務應用的普適測量受制于部署成本和難度、技術復雜性以及訪問和使用結果數據方面的困難。在當時，普適測量的成本高昂且信息效益低。儀表和分析軟件的進步改變了這一狀況。普適測量能深刻地影響可靠性、安全性、效率和環境合規，并有助于進行基于分析的預測性維護。我們有充分的理由相信，普適測量應用將不斷向各種行業擴展，它將對這些行業的生產率、環境合規和贏利能力產生積極影響。
(1):Robin Tems和Ahmed M. Al Zharani，“生產和精煉中的腐蝕成本”，《沙特阿美公司技術雜志》，2006年夏，第2頁。
