淺談自動(dòng)化儀表在建筑給排水工程中的應(yīng)用

王穎 馬暉

隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,建筑內(nèi)的供水技術(shù)日趨完善,設(shè)備運(yùn)行基本自動(dòng)化,實(shí)現(xiàn)這一變化的核心是微機(jī)和控制技術(shù),而自動(dòng)化儀表在整個(gè)控制系統(tǒng)中起到了關(guān)鍵的作用。

1 自動(dòng)化儀表的基本概述

1.1 組成

1)傳感器。傳感器是檢測(cè)儀表與被檢測(cè)對(duì)象直接發(fā)生聯(lián)系的部分,它的作用是感受被檢測(cè)參數(shù)的變化,直接從對(duì)象中提取被檢測(cè)的參數(shù)信息,并轉(zhuǎn)換成一種相應(yīng)的輸出信號(hào),它是儀表的重要部件,必須準(zhǔn)確、穩(wěn)定、靈敏,而且要經(jīng)濟(jì)、耐腐蝕、低能耗。2)變換器。變換器是將傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送、放大、線性變化或轉(zhuǎn)變成統(tǒng)一的信號(hào),供給顯示器,它必須能準(zhǔn)確穩(wěn)定地傳輸、放大和轉(zhuǎn)換信號(hào),受外界其他因素的干擾和影響要小,即造成的誤差應(yīng)盡量小。3)顯示器。顯示器的作用是向觀察者顯示被測(cè)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(gè)環(huán)節(jié),給各環(huán)節(jié)的輸入、輸出信號(hào)提供通道。

1.2 性能指標(biāo)

1)測(cè)量范圍與量程。測(cè)量范圍是指在正常工作條件下,儀表可以檢測(cè)的被測(cè)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。基本誤差是指儀表在規(guī)定的工作條件下的誤差,主要包括絕對(duì)誤差(儀表的示值與被測(cè)參數(shù)的真值之差)、相對(duì)誤差(絕對(duì)誤差與被測(cè)參數(shù)的真值的比值)、引用誤差(絕對(duì)誤差與儀表量程之比)、引用誤差的最大值(絕對(duì)誤差的絕對(duì)值最大值與儀表量程之比)。3)精度等級(jí)。精度等級(jí)是指允許引用誤差百分?jǐn)?shù)的分子,允許引用誤差是指儀表在出廠檢驗(yàn)時(shí)各檢測(cè)值的引用誤差不能超過(guò)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(yīng)與儀表的精度等級(jí)相適應(yīng),前者應(yīng)略高于后者。分辨率是指儀表能夠精確檢測(cè)出被測(cè)量對(duì)象的最小變化能力,它說(shuō)明了檢測(cè)儀表響應(yīng)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(cè)時(shí)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(hào)不變時(shí),輸出信號(hào)隨時(shí)間或溫度的緩慢變化,漂移能夠說(shuō)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(yùn)行的系數(shù),用有效度來(lái)表示,有效度表示為平均無(wú)故障工作時(shí)間與壽命期的比值。8)響應(yīng)時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間是指當(dāng)儀表輸入階躍變化時(shí),儀表輸出從一個(gè)穩(wěn)態(tài)到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)值所需時(shí)間。

2 自動(dòng)化儀表的分類

2.1 流量檢測(cè)儀表

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

2.1.1 渦街流量計(jì)的特點(diǎn)

渦街流量計(jì)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(jiǎn)單牢固,安裝維護(hù)方便(與節(jié)流式差壓流量計(jì)相比較,無(wú)需導(dǎo)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(jì)比較),一般為測(cè)量值的±1%～±2%;壓損小(約為孔板流量計(jì)1/4～1/2);輸出與流量成正比的脈沖信號(hào),適用于總量計(jì)量;無(wú)零點(diǎn)漂移;在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi),輸出頻率信號(hào)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(yàn)而適用于各種介質(zhì);可根據(jù)測(cè)量對(duì)象選擇相應(yīng)的檢測(cè)方式,儀表的適應(yīng)性強(qiáng)。

渦街流量計(jì)不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量(ReD≥2×104),故在高粘度、低流速、小口徑情況下應(yīng)用受到限制;與渦輪流量計(jì)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(jì)用于DN300以下;儀表在脈動(dòng)流、混相流中尚欠缺理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

表1 給排水工程中常用的兩種壓力檢測(cè)儀表

2.1.2 渦街流量計(jì)的類別

渦街流量計(jì)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(cè)方式分為熱敏式、應(yīng)力式、電容式、應(yīng)變式、超聲式、振動(dòng)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(cè)量原理分為體積流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)。

2.1.3 渦街流量計(jì)與渦輪流量計(jì)的區(qū)別

渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振動(dòng)原理來(lái)測(cè)量流量的,流體在管道中經(jīng)過(guò)渦街流量變送器時(shí),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(guò)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(dǎo)磁性,它處于信號(hào)檢測(cè)器(由永久磁鋼和線圈組成)的磁場(chǎng)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(yīng)出電脈沖信號(hào),此信號(hào)經(jīng)過(guò)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(yuǎn)傳至顯示儀表,顯示出流體的瞬時(shí)流量或總量。渦輪流量計(jì)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(dòng)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(cè)儀表

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

2.3 液位檢測(cè)儀表

在建筑給排水工程中,液位檢測(cè)儀表不僅能夠?yàn)樵O(shè)備運(yùn)行提供需要的參數(shù),還可以保護(hù)設(shè)備,使其在不正常的液位條件下停止運(yùn)行,并提示管理人員。液位檢測(cè)儀表有浮力式、靜壓式、電容式、超聲波式等,下面簡(jiǎn)單介紹幾種常用儀表:1)浮力開(kāi)關(guān)(KEY)。浮力開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)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(hù)。它利用水的浮力,使浮標(biāo)隨著液面的變化而浮動(dòng),把浮標(biāo)的位移轉(zhuǎn)換為電量的變化,在到達(dá)設(shè)定的液面位置時(shí),給設(shè)備運(yùn)行或停止的信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)液位的遠(yuǎn)傳指示、記錄和控制。此外,帶鋼絲繩浮子式液位計(jì)、杠桿帶浮球式液位計(jì)、浮筒式液位計(jì)都屬于浮力式液位儀表,且其精度可靠性能要高于浮力開(kāi)關(guān),但用于供水系統(tǒng)造價(jià)較高。2)電觸點(diǎn)式液位計(jì)(電極式液位計(jì))。電觸點(diǎn)式液位計(jì)目前在直接供水設(shè)備上應(yīng)用較多,主要是對(duì)調(diào)節(jié)容器內(nèi)的水位進(jìn)行監(jiān)控,輸出定點(diǎn)少數(shù)連續(xù)的信號(hào)并報(bào)警,以保證在過(guò)低水位時(shí)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(guó)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(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1992.