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微壓力投入式液位變送器在二次供水應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)分析
閱讀次數(shù)：553 發(fā)布時(shí)間：2019/11/1 8:44:35
微壓力投入式液位變送器在二次供水應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)分析
在二次供水領(lǐng)域，供水水箱的液位數(shù)據(jù)是控制水箱補(bǔ)水和超低水位安全保護(hù)的重要信號(hào)，關(guān)乎整個(gè)二次供水系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是涉及民生的大事。目前，在二次供水領(lǐng)域廣泛使用投入式液位變送器采集液位信號(hào)，由于受其安裝方式的影響，存在檢修維護(hù)不便和液位信號(hào)波動(dòng)大的問題，因此探索使用側(cè)裝式微壓力液位變送器代替投入式液位變送器采集液位信號(hào)具有更為重要的意義。通過實(shí)驗(yàn)論證了微壓力液位變送器在水箱液位檢測(cè)中的可行性，并分析對(duì)比了這兩種類型液位變送器的優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項(xiàng)，為微壓力液位變送器替代投入式液位變送器在二次供水中的應(yīng)用提供了依據(jù)。
1 投入式液位變送器的應(yīng)用
投入式液位變送器安裝在水箱的頂部，探頭經(jīng)線纜伸到水箱底，如圖1所示。由于投入式液位變送器性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，它是目前為止普遍接受的選擇，應(yīng)用非常廣泛。
但是，水箱頂部距泵房頂空間較小，當(dāng)投入式液位變送器需要維修或更換時(shí)，作業(yè)人員需要到水箱頂作業(yè)，操作極為不便；此外，為便于更換，安裝投入式液位變送器時(shí)探頭不固定，受到水流沖擊時(shí)其容易擾動(dòng)造成液位數(shù)值的偏移，進(jìn)而造成系統(tǒng)誤動(dòng)作，對(duì)系統(tǒng)控制極為不利。
2 微壓力液位變送器應(yīng)用的可行性
2.1 微壓力液位變送器的原理
微壓力液位變送器其實(shí)質(zhì)是采用壓力變送器來間接地測(cè)液位，如圖1所示。實(shí)際上，壓力變送器安裝在水箱距底部一定高度的側(cè)面，根據(jù)帕斯卡定律，其探頭檢測(cè)到的實(shí)質(zhì)是檢測(cè)點(diǎn)處的壓強(qiáng)值。水箱側(cè)壁處檢測(cè)點(diǎn)的壓強(qiáng)同該點(diǎn)至液面的高度存在以下關(guān)系：
H=P/ρ g
式中：H為檢測(cè)點(diǎn)距液面的高度（m）；P為檢測(cè)點(diǎn)的壓強(qiáng)（Pa）；ρ 為液體的密度（kg/m³）；g為重力加速度（m/s²），
取9.8。通過對(duì)檢測(cè)點(diǎn)壓強(qiáng)值的換算即可得到當(dāng)前檢測(cè)點(diǎn)同液面的高度值，再加上檢測(cè)點(diǎn)距水箱底的距離H0即可得到水箱的實(shí)際液位值。2.2 微壓力液位變送器的可行性分析為了驗(yàn)證微壓力液位變送器的可行性，特搭建1個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)信號(hào)采集原理如圖2所示。采用側(cè)壁安裝的方式在同一高度安裝3塊不同精度的微壓力液位變送器（實(shí)質(zhì)為壓力變送器），在水箱頂部安裝1塊投入式液位變送器，采集的信號(hào)全部傳輸?shù)娇刂乒�，通過程序運(yùn)算將壓力變送器采集的數(shù)據(jù)換算成對(duì)應(yīng)的液位值，同時(shí)可采用鋼尺測(cè)得水箱的實(shí)際液位標(biāo)準(zhǔn)值。各變送器對(duì)應(yīng)的液位值可從人機(jī)界面上讀取和下載。
設(shè)定系統(tǒng)每1 s采集1組數(shù)據(jù)，通過采集水箱水在靜止（水泵靜止時(shí)）和震蕩（水泵補(bǔ)水時(shí)）2種狀態(tài)下的液位值，并隨機(jī)截取30 s的數(shù)據(jù)繪制成曲線，如圖3—4所示。
由圖3—4曲線可以得出如下結(jié)論：
（1）利用微壓力液位變送器方式測(cè)液位準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性高，是完全可行的。
�。�2）在水箱水靜止的狀態(tài)下，微壓力液位變送器和投入式液位變送器檢測(cè)數(shù)值的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都比較高。
（3）在水箱水震蕩的情況下，由于投入式液位變送器探頭不固定，波動(dòng)較大，不同精度微壓力液位變送器數(shù)值波動(dòng)明顯低于投入式液位變送器。
3 微壓力液位變送器應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)
綜合考慮以上數(shù)據(jù)分析結(jié)果及實(shí)際應(yīng)用需要，采用微壓力液位變送器的方式測(cè)液位，其優(yōu)缺點(diǎn)如下：
3.1 優(yōu)點(diǎn)
�。�1）測(cè)得的液位值受水流沖擊影響小，準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性高。
�。�2）采用水箱側(cè)壁的安裝方式，便于檢修和維護(hù)。
（3）同精度等級(jí)的微壓力液位變送器比投入式液位變送器成本低。
3.2 缺點(diǎn)
若直接采用壓力變送器測(cè)液位，則需要在系統(tǒng)程序中增加壓力值向液位高度值換算的計(jì)算步驟，并考慮安裝高度值H0；若采用自帶換算功能的壓力變送器（顯示液位高度值）測(cè)液位，則無需換算步驟，但仍需要考慮安裝高度值H0。
4 結(jié)論
微壓力液位變送器的應(yīng)用，可以從根本上解決傳統(tǒng)投入式液位變送器監(jiān)測(cè)數(shù)值波動(dòng)大造成的不準(zhǔn)確和檢修維護(hù)困難的問題。雖然需要通過控制程序?qū)ΡO(jiān)測(cè)數(shù)值進(jìn)行換算，但對(duì)于工程單位而言，只需統(tǒng)一安裝尺寸和標(biāo)準(zhǔn)，便可解決這一問題。液位變送器作為二次供水控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，此種監(jiān)測(cè)方式的變更對(duì)于保證二次供水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。在二次供水日趨智能化的今天，保證監(jiān)測(cè)液位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性是必然的要求，所以使用微壓力液位變送器取代投入式液位變送器也是必然的趨勢(shì)。
在二次供水領(lǐng)域，供水水箱的液位數(shù)據(jù)是控制水箱補(bǔ)水和超低水位安全保護(hù)的重要信號(hào)，關(guān)乎整個(gè)二次供水系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，是涉及民生的大事。目前，在二次供水領(lǐng)域廣泛使用投入式液位變送器采集液位信號(hào)，由于受其安裝方式的影響，存在檢修維護(hù)不便和液位信號(hào)波動(dòng)大的問題，因此探索使用側(cè)裝式微壓力液位變送器代替投入式液位變送器采集液位信號(hào)具有更為重要的意義。通過實(shí)驗(yàn)論證了微壓力液位變送器在水箱液位檢測(cè)中的可行性，并分析對(duì)比了這兩種類型液位變送器的優(yōu)缺點(diǎn)及注意事項(xiàng)，為微壓力液位變送器替代投入式液位變送器在二次供水中的應(yīng)用提供了依據(jù)。
1 投入式液位變送器的應(yīng)用
投入式液位變送器安裝在水箱的頂部，探頭經(jīng)線纜伸到水箱底，如圖1所示。由于投入式液位變送器性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便，它是目前為止普遍接受的選擇，應(yīng)用非常廣泛。
但是，水箱頂部距泵房頂空間較小，當(dāng)投入式液位變送器需要維修或更換時(shí)，作業(yè)人員需要到水箱頂作業(yè)，操作極為不便；此外，為便于更換，安裝投入式液位變送器時(shí)探頭不固定，受到水流沖擊時(shí)其容易擾動(dòng)造成液位數(shù)值的偏移，進(jìn)而造成系統(tǒng)誤動(dòng)作，對(duì)系統(tǒng)控制極為不利。
2 微壓力液位變送器應(yīng)用的可行性
2.1 微壓力液位變送器的原理
微壓力液位變送器其實(shí)質(zhì)是采用壓力變送器來間接地測(cè)液位，如圖1所示。實(shí)際上，壓力變送器安裝在水箱距底部一定高度的側(cè)面，根據(jù)帕斯卡定律，其探頭檢測(cè)到的實(shí)質(zhì)是檢測(cè)點(diǎn)處的壓強(qiáng)值。水箱側(cè)壁處檢測(cè)點(diǎn)的壓強(qiáng)同該點(diǎn)至液面的高度存在以下關(guān)系：
H=P/ρ g
式中：H為檢測(cè)點(diǎn)距液面的高度（m）；P為檢測(cè)點(diǎn)的壓強(qiáng)（Pa）；ρ 為液體的密度（kg/m³）；g為重力加速度（m/s²），
取9.8。通過對(duì)檢測(cè)點(diǎn)壓強(qiáng)值的換算即可得到當(dāng)前檢測(cè)點(diǎn)同液面的高度值，再加上檢測(cè)點(diǎn)距水箱底的距離H0即可得到水箱的實(shí)際液位值。2.2 微壓力液位變送器的可行性分析為了驗(yàn)證微壓力液位變送器的可行性，特搭建1個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)信號(hào)采集原理如圖2所示。采用側(cè)壁安裝的方式在同一高度安裝3塊不同精度的微壓力液位變送器（實(shí)質(zhì)為壓力變送器），在水箱頂部安裝1塊投入式液位變送器，采集的信號(hào)全部傳輸?shù)娇刂乒�，通過程序運(yùn)算將壓力變送器采集的數(shù)據(jù)換算成對(duì)應(yīng)的液位值，同時(shí)可采用鋼尺測(cè)得水箱的實(shí)際液位標(biāo)準(zhǔn)值。各變送器對(duì)應(yīng)的液位值可從人機(jī)界面上讀取和下載。
設(shè)定系統(tǒng)每1 s采集1組數(shù)據(jù)，通過采集水箱水在靜止（水泵靜止時(shí)）和震蕩（水泵補(bǔ)水時(shí)）2種狀態(tài)下的液位值，并隨機(jī)截取30 s的數(shù)據(jù)繪制成曲線，如圖3—4所示。
由圖3—4曲線可以得出如下結(jié)論：
（1）利用微壓力液位變送器方式測(cè)液位準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性高，是完全可行的。
�。�2）在水箱水靜止的狀態(tài)下，微壓力液位變送器和投入式液位變送器檢測(cè)數(shù)值的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都比較高。
（3）在水箱水震蕩的情況下，由于投入式液位變送器探頭不固定，波動(dòng)較大，不同精度微壓力液位變送器數(shù)值波動(dòng)明顯低于投入式液位變送器。
3 微壓力液位變送器應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)
綜合考慮以上數(shù)據(jù)分析結(jié)果及實(shí)際應(yīng)用需要，采用微壓力液位變送器的方式測(cè)液位，其優(yōu)缺點(diǎn)如下：
3.1 優(yōu)點(diǎn)
�。�1）測(cè)得的液位值受水流沖擊影響小，準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性高。
�。�2）采用水箱側(cè)壁的安裝方式，便于檢修和維護(hù)。
（3）同精度等級(jí)的微壓力液位變送器比投入式液位變送器成本低。
3.2 缺點(diǎn)
若直接采用壓力變送器測(cè)液位，則需要在系統(tǒng)程序中增加壓力值向液位高度值換算的計(jì)算步驟，并考慮安裝高度值H0；若采用自帶換算功能的壓力變送器（顯示液位高度值）測(cè)液位，則無需換算步驟，但仍需要考慮安裝高度值H0。
4 結(jié)論
微壓力液位變送器的應(yīng)用，可以從根本上解決傳統(tǒng)投入式液位變送器監(jiān)測(cè)數(shù)值波動(dòng)大造成的不準(zhǔn)確和檢修維護(hù)困難的問題。雖然需要通過控制程序?qū)ΡO(jiān)測(cè)數(shù)值進(jìn)行換算，但對(duì)于工程單位而言，只需統(tǒng)一安裝尺寸和標(biāo)準(zhǔn)，便可解決這一問題。液位變送器作為二次供水控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，此種監(jiān)測(cè)方式的變更對(duì)于保證二次供水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。在二次供水日趨智能化的今天，保證監(jiān)測(cè)液位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性是必然的要求，所以使用微壓力液位變送器取代投入式液位變送器也是必然的趨勢(shì)。
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