王穎 馬暉

隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科技的進步,建筑內(nèi)的供水技術(shù)日趨完善,設備運行基本自動化,實現(xiàn)這一變化的核心是微機和控制技術(shù),而自動化儀表在整個控制系統(tǒng)中起到了關(guān)鍵的作用。

1 自動化儀表的基本概述

1.1 組成

1)傳感器。傳感器是檢測儀表與被檢測對象直接發(fā)生聯(lián)系的部分,它的作用是感受被檢測參數(shù)的變化,直接從對象中提取被檢測的參數(shù)信息,并轉(zhuǎn)換成一種相應的輸出信號,它是儀表的重要部件,必須準確、穩(wěn)定、靈敏,而且要經(jīng)濟、耐腐蝕、低能耗。2)變換器。變換器是將傳感器的輸出信號進行遠距離傳送、放大、線性變化或轉(zhuǎn)變成統(tǒng)一的信號,供給顯示器,它必須能準確穩(wěn)定地傳輸、放大和轉(zhuǎn)換信號,受外界其他因素的干擾和影響要小,即造成的誤差應盡量小。3)顯示器。顯示器的作用是向觀察者顯示被測數(shù)值的部件,有指示式、數(shù)字式、屏幕式三種。4)傳輸通道。傳輸通道連接儀表的各個環(huán)節(jié),給各環(huán)節(jié)的輸入、輸出信號提供通道。

1.2 性能指標

1)測量范圍與量程。測量范圍是指在正常工作條件下,儀表可以檢測的被測參數(shù)的范圍,其最高值與最低值的差成為量程。2)基本誤差?；菊`差是指儀表在規(guī)定的工作條件下的誤差,主要包括絕對誤差(儀表的示值與被測參數(shù)的真值之差)、相對誤差(絕對誤差與被測參數(shù)的真值的比值)、引用誤差(絕對誤差與儀表量程之比)、引用誤差的最大值(絕對誤差的絕對值最大值與儀表量程之比)。3)精度等級。精度等級是指允許引用誤差百分數(shù)的分子,允許引用誤差是指儀表在出廠檢驗時各檢測值的引用誤差不能超過的允許值。4)靈敏度與分辨率。靈敏度是指單位輸入量與輸出量的比值,比值越大,靈敏度越高,靈敏度應與儀表的精度等級相適應,前者應略高于后者。分辨率是指儀表能夠精確檢測出被測量對象的最小變化能力,它說明了檢測儀表響應與分辨輸入量微小變化的能力。靈敏度越高,分辨率越好。5)變差。變差又稱回差,反映在儀表檢測時所得的上升曲線和下降曲線經(jīng)常出現(xiàn)不重合的現(xiàn)象,它可以反映出儀表內(nèi)部元器件工作、配合是否正常。6)漂移。漂移是指一定工作條件下,保持輸入信號不變時,輸出信號隨時間或溫度的緩慢變化,漂移能夠說明儀表工作的穩(wěn)定性。7)可靠性?？煽啃允侵竷x表在壽命期內(nèi)正常運行的系數(shù),用有效度來表示,有效度表示為平均無故障工作時間與壽命期的比值。8)響應時間。響應時間是指當儀表輸入階躍變化時,儀表輸出從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)值所需時間。

2 自動化儀表的分類

2.1 流量檢測儀表

流量檢測儀表包括電磁流量計、超聲波流量計、渦街流量計、質(zhì)量流量計、渦輪流量計、氣體流量計、玻璃轉(zhuǎn)子流量計、轉(zhuǎn)子流量計等,下面主要介紹一下常用的渦街流量計。

2.1.1 渦街流量計的特點

渦街流量計適用流體種類多,如液體、氣體、蒸汽和部分混相流體,其結(jié)構(gòu)簡單牢固,安裝維護方便(與節(jié)流式差壓流量計相比較,無需導壓管和三閥組等,減少泄漏、堵塞和凍結(jié)等);精確度較高(與差壓式,浮子式流量計比較),一般為測量值的±1%～±2%;壓損小(約為孔板流量計1/4～1/2);輸出與流量成正比的脈沖信號,適用于總量計量;無零點漂移;在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi),輸出頻率信號不受流體物性(密度,粘度)和組分的影響,即儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸有關(guān),只需在一種典型介質(zhì)中校驗而適用于各種介質(zhì);可根據(jù)測量對象選擇相應的檢測方式,儀表的適應性強。

渦街流量計不適用于低雷諾數(shù)測量(ReD≥2×104),故在高粘度、低流速、小口徑情況下應用受到限制;與渦輪流量計相比儀表系數(shù)較低,分辨率低,口徑愈大愈低,一般滿管式流量計用于DN300以下;儀表在脈動流、混相流中尚欠缺理論研究和實踐經(jīng)驗。

表1 給排水工程中常用的兩種壓力檢測儀表

2.1.2 渦街流量計的類別

渦街流量計可按下述原則分類:按傳感器連接方式分為法蘭型和夾裝型;按檢測方式分為熱敏式、應力式、電容式、應變式、超聲式、振動體式、光電式和光纖式等;按用途分為普通型、防爆型、高溫型、耐腐型、低溫型、插入式和汽車專用型等;按傳感器與轉(zhuǎn)換器組成分為一體型和分離型;按測量原理分為體積流量計、質(zhì)量流量計。

2.1.3 渦街流量計與渦輪流量計的區(qū)別

渦街流量計是應用流體振動原理來測量流量的,流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時,在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦,旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)。由于葉片有導磁性,它處于信號檢測器(由永久磁鋼和線圈組成)的磁場中,旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁力線,周期性的改變著線圈的磁通量,從而使線圈兩端感應出電脈沖信號,此信號經(jīng)過放大器的放大整形,形成有一定幅度的連續(xù)的矩形脈沖波,可遠傳至顯示儀表,顯示出流體的瞬時流量或總量。渦輪流量計是流體流經(jīng)傳感器殼體,由于葉輪的葉片與流向有一定的角度,流體的沖力使葉片具有轉(zhuǎn)動力矩,克服摩擦力矩和流體阻力之后葉片旋轉(zhuǎn),在力矩平衡后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定,在一定的條件下,轉(zhuǎn)速與流速成正比。

2.2 壓力檢測儀表

壓力是給排水工程中自動化控制的主要參數(shù),由于壓力的測量范圍很寬,測量的條件和精度要求各異,所以壓力檢測儀表的種類非常豐富,下面簡單介紹兩種在給排水工程中常用的壓力檢測儀表(見表1)。

2.3 液位檢測儀表

在建筑給排水工程中,液位檢測儀表不僅能夠為設備運行提供需要的參數(shù),還可以保護設備,使其在不正常的液位條件下停止運行,并提示管理人員。液位檢測儀表有浮力式、靜壓式、電容式、超聲波式等,下面簡單介紹幾種常用儀表:1)浮力開關(guān)(KEY)。浮力開關(guān)廣泛應用于建筑給排水工程,如潛水泵的排水、供水水泵的低水位保護。它利用水的浮力,使浮標隨著液面的變化而浮動,把浮標的位移轉(zhuǎn)換為電量的變化,在到達設定的液面位置時,給設備運行或停止的信號,從而實現(xiàn)液位的遠傳指示、記錄和控制。此外,帶鋼絲繩浮子式液位計、杠桿帶浮球式液位計、浮筒式液位計都屬于浮力式液位儀表,且其精度可靠性能要高于浮力開關(guān),但用于供水系統(tǒng)造價較高。2)電觸點式液位計(電極式液位計)。電觸點式液位計目前在直接供水設備上應用較多,主要是對調(diào)節(jié)容器內(nèi)的水位進行監(jiān)控,輸出定點少數(shù)連續(xù)的信號并報警,以保證在過低水位時避免水泵空轉(zhuǎn)。

[1] 崔福義,彭永臻,南 軍.給水工程儀表與控制[M].第2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[2] 陳耀宗,姜文源,胡鶴鈞,等.建筑給水排水設計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1992.