壓力傳感器在無負(fù)壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2019-02-12 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】目前,在城市供水方面為消除對(duì)居民用水產(chǎn)生影響,我國擬定的相關(guān)城市供水條例規(guī)定不允許將生活、生產(chǎn)水泵直接安裝在市政管網(wǎng)上。居民供水設(shè)備串接在市政供水管網(wǎng)上,需要利用無負(fù)壓式供水系統(tǒng),水泵進(jìn)口與市政管網(wǎng)之間需增設(shè)流量控制器、分腔式穩(wěn)壓補(bǔ)償罐等,流量控制器時(shí)刻監(jiān)視市政管網(wǎng)壓力。在保證市政管網(wǎng)不產(chǎn)生負(fù)壓的同時(shí),還可充分利用市政管網(wǎng)原有壓力。
無負(fù)壓式供水系統(tǒng),就是通過安裝在供水管網(wǎng)上的高靈敏度壓力傳感器或壓力開關(guān)等,來檢測供水管網(wǎng)在用水量變化時(shí)的壓力變化,不斷的向微電腦傳輸變化的信號(hào)。根據(jù)不同運(yùn)行狀態(tài),動(dòng)態(tài)地控制補(bǔ)償量,從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)壓力平衡,保證供水管網(wǎng)壓力恒定,以滿足用戶用水需要。當(dāng)市政管道自來水以一定壓力進(jìn)入調(diào)節(jié)罐時(shí),穩(wěn)壓補(bǔ)償罐內(nèi)的空氣經(jīng)過真空消除器內(nèi)排出,待水充滿后,真空消除器自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)自來水能夠滿足用水壓力及水量要求時(shí),供水設(shè)備通過旁通止回閥向用水管網(wǎng)直接供水;當(dāng)自來水管網(wǎng)的壓力不能滿足用水要求時(shí),系統(tǒng)會(huì)通過壓力傳感器,或壓力開開關(guān)、電接點(diǎn)壓表,給出起泵信號(hào)起動(dòng)水泵運(yùn)行。
另外,當(dāng)水泵供水時(shí),若自來水管網(wǎng)的水量大于水泵流量,系統(tǒng)保持正常供水,用水高峰期時(shí),若自來水管網(wǎng)水量小于水泵流量時(shí),調(diào)節(jié)罐內(nèi)的水作為補(bǔ)充水源仍能正常供水,此時(shí),空氣由真空消除器進(jìn)入調(diào)節(jié)罐,消除了自來水管網(wǎng)的負(fù)壓,用水高峰期過后,系統(tǒng)恢復(fù)正常的狀態(tài)。若自來水供水不足或管網(wǎng)停水而導(dǎo)致調(diào)節(jié)罐內(nèi)的水位不斷下降,液位控制器給出水泵停機(jī)信號(hào)以保護(hù)水泵機(jī)組。此過程如此循環(huán),最終達(dá)到無負(fù)壓供水的目的。
壓力傳感器的接線方法
傳感器的接線一向是客戶采購過程咨詢得最多的問題之一,很多客戶都不知道傳感器如何連線,其實(shí)各種傳感器的接線方式基本都是一樣的,壓力傳感器一般有兩線制、三線制、四線制,有的還有五線制的。
壓力傳感器兩線制比較簡單,一般客戶都知道怎么接線,一根線連接電源正極,另一個(gè)線也就是信號(hào)線經(jīng)過儀器連接到電源負(fù)極,這種是最簡單的,壓力傳感器三線制是在兩線制基礎(chǔ)上加了一個(gè)線,這根線直接連接到電源的負(fù)極,較兩線制麻煩一點(diǎn)。四線制壓力傳感器肯定是兩個(gè)電源輸入端,另外兩個(gè)是信號(hào)輸出端。四線制的多半是電壓輸出而不是4——20mA輸出,4——20mA的叫壓力變送器,多數(shù)做成兩線制的。壓力傳感器的信號(hào)輸出有些是沒有經(jīng)過放大的,滿量程輸出只有幾十毫伏,而有些壓力傳感器在內(nèi)部有放大電路,滿量程輸出為0——2V。至于怎么接到顯示儀表,要看儀表的量程是多大,如果有和輸出信號(hào)相適應(yīng)的檔位,就可以直接測量,否則要加信號(hào)調(diào)整電路。五線制壓力傳感器與四線制相差不大,市面上五線制的傳感器也比較少。
螺紋類型
壓力傳感器的螺紋有很多種,常見的有NPT、PT、G、M,都是管螺紋。
NPT 是 National (American) Pipe Thread 的縮寫,屬於美國壓力傳感器標(biāo)準(zhǔn)的 60 度錐管螺紋,用于北美地區(qū)。國家標(biāo)準(zhǔn)可查閱 GB/T12716-1991
PT 是 Pipe Thread 的縮寫,是 55 度密封圓錐管螺紋,屬惠氏壓力傳感器螺紋家族,多用於歐洲及英聯(lián)邦國家。常用於水及煤氣管行業(yè),錐度規(guī)定為 1:16。國家標(biāo)準(zhǔn)可查閱 GB/T7306-2000
G 是 55 度非螺紋密封管螺紋,屬惠氏壓力傳感器螺紋家族。標(biāo)記為 G 代表圓柱螺紋。國家標(biāo)準(zhǔn)可查閱 GB/T7307-2001
M 是公制普通螺紋,如M20*1.5表示直徑為20mm,螺距為1.5,如客戶無特殊要求,壓力傳感器一般為M20*1.5螺紋。
另外螺紋中的1/4、1/2、1/8 標(biāo)記是指螺紋尺寸的直徑,單位是英寸。行內(nèi)人通常用分來稱呼螺紋尺寸,一寸等于8分,1/4 寸就是2分,如此類推。G 好像就是管螺紋的統(tǒng)稱(Guan),55、60度的劃分屬于功能性的,俗稱管圓。螺紋由一圓柱面加工而成。
ZG俗稱管錐,即螺紋由一圓錐面加工而成,一般的水管壓力接頭都是這樣的,老國標(biāo)標(biāo)注為Rc
公制螺紋用螺距來表示,美英制螺紋用每英寸內(nèi)的螺紋牙數(shù)來表示,這是壓力傳感器螺紋最大的區(qū)別,公制螺紋是60度等邊牙型,英制螺紋是等腰55度牙型,美制螺紋60度。公制螺紋用公制單位,美英制螺紋用英制單位。
管螺紋主要用來進(jìn)行壓力管道的連接,其內(nèi)外螺紋的配合緊密,壓力傳感器管螺紋有直管與錐管兩種。公稱直徑是指所連接的壓力管道直徑,顯然螺紋大徑比公稱直徑大。 1/4,1/2,1/8是英制螺紋的公稱直徑,單位是英寸。
壓力傳感器的工作原理
1、壓阻式壓力傳感器
電阻應(yīng)變片是壓阻式應(yīng)變傳感器的主要組成部分之一。金屬電阻應(yīng)變片的工作原理是吸附在基體材料上應(yīng)變電阻隨機(jī)械形變而產(chǎn)生阻值變化的現(xiàn)象,俗稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)。
2、陶瓷壓力傳感器
陶瓷壓力傳感器基于壓阻效應(yīng),壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片產(chǎn)生微小的形變,厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面,連接成一個(gè)惠斯通電橋,由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng),使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線性、與激勵(lì)電壓也成正比的電壓信號(hào),標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)根據(jù)壓力量程的不同標(biāo)定為2.0/3.0/3.3mV/V等,可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。
3、擴(kuò)散硅壓力傳感器:
擴(kuò)散硅壓力傳感器工作原理也是基于壓阻效應(yīng),利用壓阻效應(yīng)原理,被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上(不銹鋼或陶瓷),使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移,使傳感器的電阻值發(fā)生變化,利用電子線路檢測這一變化,并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號(hào)。
4、藍(lán)寶石壓力傳感器:
利用應(yīng)變電阻式工作原理,采用硅-藍(lán)寶石作為半導(dǎo)體敏感元件,具有無與倫比的計(jì)量特性。因此,利用硅-藍(lán)寶石制造的半導(dǎo)體敏感元件,對(duì)溫度變化不敏感,即使在高溫條件下,也有著很好的工作特性;藍(lán)寶石的抗輻射特性極強(qiáng);另外,硅-藍(lán)寶石半導(dǎo)體敏感元件,無p-n漂移。
5、壓電式壓力傳感器:
壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理,壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量,因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷,只有在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的,所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。
使用過程中無法避免誤差
在選擇壓力傳感器的時(shí)候我們要考慮他的綜合精度,而壓力傳感器的精度受哪些方面的影響呢?其實(shí)造成傳感器誤差的因素有很多,下面我們注意說四個(gè)無法避免的誤差,這是傳感器的初始誤差。
首先的偏移量誤差:由于壓力傳感器在整個(gè)壓力范圍內(nèi)垂直偏移保持恒定,因此變換器擴(kuò)散和激光調(diào)節(jié)修正的變化將產(chǎn)生偏移量誤差。
其次是靈敏度誤差:產(chǎn)生誤差大小與壓力成正比。如果設(shè)備的靈敏度高于典型值,靈敏度誤差將是壓力的遞增函數(shù)。如果靈敏度低于典型值,那么靈敏度誤差將是壓力的遞減函數(shù)。該誤差的產(chǎn)生原因在于擴(kuò)散過程的變化。
第三是線性誤差:這是一個(gè)對(duì)壓力傳感器初始誤差影響較小的因素,該誤差的產(chǎn)生原因在于硅片的物理非線性,但對(duì)于帶放大器的傳感器,還應(yīng)包括放大器的非線性。線性誤差曲線可以是凹形曲線,也可以是凸形曲線稱重傳感器。
最后是滯后誤差:在大多數(shù)情形中,壓力傳感器的滯后誤差完全可以忽略不計(jì),因?yàn)楣杵哂泻芨叩臋C(jī)械剛度。一般只需在壓力變化很大的情形中考慮滯后誤差。
壓力傳感器的這個(gè)四個(gè)誤差是無法避免的,我們只能選擇高精度的生產(chǎn)設(shè)備,利用高新技術(shù)來降低這些誤差,還可以在出廠的時(shí)候進(jìn)行一定的誤差校準(zhǔn),盡最大的可能來降低誤差以滿足客戶的需要。
使用過程中的防腐蝕措施
壓力傳感器接頭和腔體采用進(jìn)口不銹鋼整體加工,作為壓力變送器彈體的不銹鋼材料耐蝕性高、衰減性能好,可以監(jiān)測任何與316L相兼容的介質(zhì)。下面我們還來介紹一下壓力傳感器的防腐技巧。
首先,了解被測介質(zhì)是否與316L相兼容:316,317L合金在100小時(shí)5%鹽霧測試中,都沒有出現(xiàn)腐蝕。其次,在選購傳感器產(chǎn)品時(shí),向供應(yīng)商咨詢介質(zhì)對(duì)壓力傳感器是否有影響;通過對(duì)彈體耐腐蝕材料的選擇,以便達(dá)到用戶使用的需求。最后,我們可以采用隔離辦法:壓力變送器前有鉬2鈦和鉭片,膜片與彈道管之間用甲基硅油傳送壓力,最小量程可做到0——100kPa,如果膜片材料還不耐腐,則可加一層F46膜片,但儀表靈敏度有所降低。也可直接用F46作隔離膜片,傳遞液可選用氟油,則可起雙重隔離作用。
壓力傳感器在使用過程中一旦發(fā)現(xiàn)其不能與介質(zhì)兼容就必須馬上更換傳感器,對(duì)應(yīng)一些特殊的介質(zhì)我們可以采用特殊的材質(zhì)或者特殊的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行測量,壓力傳感器未來肯定會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用,所以作為廠家我們要積極開發(fā)新型壓力傳感器來適應(yīng)需要。
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