為工業 4.0 選擇最合適的預測性維護感測器
許多工業用馬達會需要長時間運作。例如，化工、食品加工和發電廠的馬達在連續生產應用中通常可以運作 20 年（甚至更長時間）。遺憾的是，有些馬達無法履行其預期的功能壽命。發生這種過早故障的原因可能是由於馬達運作不充分、維護計畫不完善、缺乏對 PdM 系統的投資，甚至沒有 PdM 系統。
PdM 可協助維護工程師找出並預測機器故障。此技術使得維護團隊能夠安排維修時間同時避免非計劃停機。維護人員使用 PdM 來定位和維修低效馬達，進而提高性能、生產力、資產可用性和使用壽命。
圖 1：預測性維護解決方案
正確選擇感測器對於成功的 PdM 實施至關重要。若要選擇特定感測器，您需要瞭解機器潛在的故障模式。您還必須瞭解與這些模式相關的警告標誌。不平衡、軸承損壞、氣蝕（幫浦）、機器振動水平增加、機器元件溫度升高、潤滑流量損失或減少，以及冷卻水流量是帶有旋轉零件設備的一般警告標誌。
適當的感測器技術可以監控每個警告標誌。以下內容介紹了一些您可以考慮納入新儀器計劃的感測器。
移動、位置和近接感測器
生產線上安裝有移動式探棒。這些探棒或位置和移動感測器使用電感、光學、光電、電位（基於電阻）和其他感測方法來監控產品或機器位置。移動偵測感測器必須符合幾個條件才能正常運行。它們必須耐用、能耗低，並且適合大規模生產，以符合最終使用者的需求。醫療保健系統中的移動型感測器使用陀螺儀、線性加速度、加速度計和磁力計的組合。近接感測器無需任何實體接觸即可偵測物體的存在。這些感測器可以是磁性、電容式和電感式。電感式近接感測器可偵測磁損耗。這種損耗是由於導電表面上的外部磁場產生的渦電流所造成。在偵測線圈上產生交流磁場，可以偵測金屬物體上產生的渦電流引起的阻抗變化。其他方法包括鋁偵測感測器（偵測頻率的相位分量）、全金屬感測器（其中工作線圈僅偵測阻抗的帶電分量）以及脈衝響應感測器（其中渦電流以脈衝形式產生，並且會偵測渦電流隨線圈中感應電壓的時間變化）。
圖 2：電感式近接感測器
電容式近接感測器可偵測感測器和感測物體之間的電容變化。電容會隨著感應物體的距離和大小而有所變化。普通的電容式近接感測器類似於具有兩個平行極板的電容器，其中會偵測兩個極板的容量。一塊極板是被測量的物體（假想接地），另一塊極板是感測器的感應表面。偵測這兩個極板之間產生的容量變化。物體的介電常數決定了它們是否能夠被偵測到。物件清單包括金屬、水和樹脂。
圖 3：電容式近接感測器
磁鐵會操作開關的簧片端是磁性近接感測器。當簧片開關開啟時感測器會開啟。
圖 4：磁性近接感測器
振動和扭矩感測器
振動感測器可監測加速度和機器振動，指出潛在的機器問題。一些感測器具有現代快速傅立葉轉換訊號處理功能，可以偵測機器元件中的故障。振動感測器是預防性維護的核心，並且有助於確定設備的狀況。
扭力（扭矩、旋轉）感測器透過將扭矩反應和旋轉轉換為電子訊號以測量靜態或動態變量。它們存在於馬達、渦輪機或發電機中。下圖顯示可用於軸承故障的振動感測器。
圖 5：振動感測器
聲學感測器
聲學感測技術是全新的應用，並且已經刺激了對低噪聲 MEMS（微機電系統）和更小聲學感測器的需求。
下圖顯示 MEMS 聲學感測器模組的元件。基板可支撐 MEMS 感測器晶片進行聲音偵測，同時支撐 IC 晶片以取得訊號讀數。蓋子可蓋住整個裝置。
圖 6：MEMS 聲學感測器
這組感測器使用麥克風設備來檢測聲音。當聲音感測器檢測到聲音時，它會產生電流或電壓。該電壓與聲級成正比。聲音感測器使用機器學習 (ML) 技術來預估相關資訊，例如物體的特徵及其位置。
超音波感測器
超音波感測器為非接觸式設備，它使用大於人類可聽範圍（通常為 40KHz 或更高）的聲波移動。超音波發射和接收採用壓電陶瓷。透過測量陶瓷材料產生的超音波的幅度和時間延遲，藉此確定感測器到被測物體的距離，進而檢測物體的存在
您可以使用對射式或反射式感測器，使用超音波穩定檢測平板玻璃和透明薄膜等透明物體。
壓力、力度、觸碰和張力感測器
壓力感測器測量待測物體或環境中的壓差。這些變化是根據氣壓、壓電、電容、光學或諧振感測原理檢測的。布爾登管、隔膜、壓力表或壓力計都是此類感測器。
張力感測器有助於監測傳送帶在自動化材料處理系統中的變形和移動。這些感測器有助於基於智慧狀態的維護。力度感測器監測拉力和壓力訊號，並將其轉化為輸出電子訊號。荷重元、應變片或感測電阻器皆使用力度感測器。壓電和磁致伸縮技術得到廣泛應用。力度感測器還可以監測氣動和液壓力。
光學、光和機器視覺感測器
機器視覺技術推動了先進的自動駕駛汽車、智能係統和機器人技術的發展。將光學感測器輸入系統有助於他們進行品質決策。影像代表擷取的視覺資料，使用 ML 演算法為數位化過程提供動力。三維 (3D) 感測器代表取得技術資訊的新方法。這些感測器可以發現和計算主題材料的磨損程度。三維資料提供了更豐富的資訊，可以檢測出與受試者原始測量值的任何偏差
紅外線 (IR) 感測器根據光學原理運作，可分為反射式和透射式紅外線感測器。在反射式紅外線感測器中，發射器和檢測器面向物體並且相鄰。透射式感測器使用 LED 和光電二極體來檢測通過它們的任何物體。
溫度感測器
溫度感測器檢測工廠中機器狀況或臨界狀態的變化（尤其是在危險環境中）。感測器可以直接（電阻式溫度檢測器、熱敏電阻和熱電偶）或間接（紅外線感測器）獲得溫度資訊。一些感測器有內建溫度顯示器。溫度和濕度測量探棒包括另一組感測器。這些獨特感測器的材料成分使其可用於一次性可穿戴設備和醫療植入物。其他應用包括對內部器官和生物組織的精確掃描。這些感測器也存在於食品業和紡織業。
液體、流量、氣體和化學感測器
流量感測器可以 analyse冷卻水和潤滑劑的流量。這些感測器使用磁性、超音波或熱探測器來監測管道內的流動強度。油粒狀物感測器可以監測潤滑系統（例如齒輪箱）內的污染程度。這些感測器根據處理的物質數量改變污染程度。感測器使用雷射光束和光電探測器來測量 analyse 光強度。
濕度（濕氣）感測器可診斷油中的水含量，通常安裝在潤滑油箱或液壓槽內。這些感測器可防止機器腐蝕。濕度感測器在自動化製造過程中發揮至關重要的作用。它們透過檢測、監測和調節波動條件下的濕度以協助達成理想的環境。濕度檢測感測器可在農業用途中作為監測設備。它們是確定灌溉期間土壤水分的工具。這些感測器有助於基礎設施和建築中的腐蝕診斷。
圖 7 顯示 E8FC 流量和溫度感測器可透過同時測量流量和溫度，用於偵測冷卻水和液壓油的異常跡象。
圖 7：流量感測器
電流和能量感測器
能量和電流感測器的目的是測量機器消耗的電流量。這些感測器在各個行業都有使用。測量流過電線的電流的方法之一是使用電流互感器 (CT)。CT 應用了變壓器的原理。
在電流互感器中，CT 的一次線圈通常只有一圈，載電流導體穿過其中心鐵芯。它的一次線圈只有幾圈。變壓器的二次線圈有很多圈，具體取決於要降壓的電流大小。二次線圈纏繞在層壓鐵磁芯上，測量設備可以連接到其端子。圖 8 顯示 電流感測器裝置，可用於「綜合電流診斷」。它不僅可監測馬達問題，還可以監測負載側的異常情況。
