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水箱液位测量选择微压力液位变送器与投入式之间的应用对比

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 摘 要:通过实验论证了微压力液位变送器在水箱液位检测中的可行性,并分析对比了这两种类型液位变送器的优缺点及注意事项,为微压力液位变送器替代投入式液位变送器在二次供水中的应用提供了依据。

 
        在二次供水领域,供水水箱的液位数据是控制水箱补水和超低水位安全保护的重要信号,关乎整个二次供水系统的正常运转,是涉及民生的大事。目前,在二次供水领域广泛使用投入式液位变送器采集液位信号,由于受其安装方式的影响,存在检修维护不便和液位信号波动大的问题,因此探索使用侧装式微压力液位变送器代替投入式液位变送器采集液位信号具有更为重要的意义。
 
1 投入式液位变送器的应用
        投入式液位变送器安装在水箱的顶部,探头经线缆伸到水箱底,如图1所示。由于投入式液位变送器性能稳定、结构简单、安装方便,它是目前为止普遍接受的选择,应用非常广泛。但是,水箱顶部距泵房顶空间较小,当投入式液位变送器需要维修或更换时,作业人员需要到水箱顶作业,操作极为不便;此外,为便于更换,安装投入式液位变送器时探头不固定,受到水流冲击时其容易扰动造成液位数值的偏移,进而造成系统误动作,对系统控制极为不利。
 
2 微压力液位变送器应用的可行性
2.1 微压力液位变送器的原理
        微压力液位变送器其实质是采用压力变送器来间接地测液位,如图1所示。实际上,压力变送器安装在水箱距底部一定高度的侧面,根据帕斯卡定律,其探头检测到的实质是检测点处的压强值。水箱侧壁处检测点的压强同该点至液面的高度存在以下关系:
        H=P/ ρ g (1)
        式中:H为检测点距液面的高度(m);P为检测点的压强(Pa); ρ 为液体的密度(kg/m 3 );g为重力加速度(m/s 2 ),取9.8。通过对检测点压强值的换算即可得到当前
检测点同液面的高度值,再加上检测点距水箱底的距离H 0 即可得到水箱的实际液位值。
投入式与微压力液位变送器安装结构对比
2.2 微压力液位变送器的可行性分析
        为了验证微压力液位变送器的可行性,特搭建1个实验平台,实验平台信号采集原理如图2所示。采用侧壁安装的方式在同一高度安装3块不同精度的微压力液位变送器(实质为压力变送器),在水箱顶部安装1块投入式液位变送器,采集的信号全部传输到控制柜,通过程序运算将压力变送器采集的数据换算成对应的液位值,同时可采用钢尺测得水箱的实际液位标准值。各变送器对应的液位值可从人机界面上读取和下载。
实验平台信号采集原理
        设定系统每1 s采集1组数据,通过采集水箱水在静止(水泵静止时)和震荡(水泵补水时)2种状态下的液位值,并随机截取30 s的数据绘制成曲线,如图3—4所示。
1.25 m水位静止状态时液位折线1.25 m补水状态时液位折线
        由图3—4曲线可以得出如下结论:
        (1)利用微压力液位变送器方式测液位准确性和稳定性高,是完全可行的。
        (2)在水箱水静止的状态下,微压力液位变送器和投入式液位变送器检测数值的稳定性和准确性都比较高。
        (3)在水箱水震荡的情况下,由于投入式液位变送器探头不固定,波动较大,不同精度微压力液位变送器数值波动明显低于投入式液位变送器。
 
3 微压力液位变送器应用的优缺点
        综合考虑以上数据分析结果及实际应用需要,采用微压力液位变送器的方式测液位,其优缺点如下:
 
3.1 优点
        (1)测得的液位值受水流冲击影响小,准确性和稳定性高。
        (2)采用水箱侧壁的安装方式,便于检修和维护。
        (3)同精度等级的微压力液位变送器比投入式液位变送器成本低。
 
3.2 缺点
        若直接采用压力变送器测液位,则需要在系统程序中增加压力值向液位高度值换算的计算步骤,并考虑安装高度值H 0 ;若采用自带换算功能的压力变送器(显示液位高度值)测液位,则无需换算步骤,但仍需要考虑安装高度值H 0 。
 
4 结论
        微压力液位变送器的应用,可以从根本上解决传统投入式液位变送器监测数值波动大造成的不准确和检修维护困难的问题。虽然需要通过控制程序对监测数值进行换算,但对于工程单位而言,只需统一安装尺寸和标准,便可解决这一问题。液位变送器作为二次供水控制系统的关键部件,此种监测方式的变更对于保证二次供水系统的稳定运行具有重要的意义。在二次供水日趋智能化的今天,保证监测液位数据的准确性和稳定性是必然的要求,所以使用微压力液位变送器取代投入式液位变送器也是必然的趋势。

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