水箱液位測量選擇微壓力液位變送器與投入式之間的應(yīng)用對比

摘 要：通過實(shí)驗(yàn)論證了微壓力液位變送器在水箱液位檢測中的可行性，并分析對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)。

    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，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，由于受其安裝方式的影響，存在檢修維護(hù)不便和液位信號波動大的問題，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具有更為重要的意義。

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)其容易擾動造成液位數(shù)值的偏移，進(jìn)而造成系統(tǒng)誤動作，對系統(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，其探頭檢測到的實(shí)質(zhì)是檢測點(diǎn)處的壓強(qiáng)值。水箱側(cè)壁處檢測點(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 （1）

   式中：H為檢測點(diǎn)距液面的高度（m）；P為檢測點(diǎn)的壓強(qiáng)（Pa）； ρ 為液體的密度（kg/m 3 ）；g為重力加速度（m/s 2 ），取9.8。通過對檢測點(diǎn)壓強(qiáng)值的換算即可得到當(dāng)前

檢測點(diǎn)同液面的高度值，再加上檢測點(diǎn)距水箱底的距離H 0 即可得到水箱的實(shí)際液位值。

投入式與微壓力液位變送器安裝結(jié)構(gòu)對比

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，實(shí)驗(yàn)平臺信號采集原理如圖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)換算成對應(yīng)的液位值，同時(shí)可采用鋼尺測得水箱的實(shí)際液位標(biāo)準(zhǔn)值。各變送器對應(yīng)的液位值可從人機(jī)界面上讀取和下載。

實(shí)驗(yàn)平臺信號采集原理

    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。

1.25 m水位靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)液位折線1.25 m補(bǔ)水狀態(tài)時(shí)液位折線

        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，波動較大，不同精度微壓力液位變送器數(shù)值波動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液位，其優(yōu)缺點(diǎn)如下：

3.1 優(yōu)點(diǎn)

   （1）測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H 0 ；若采用自帶換算功能的壓力變送器（顯示液位高度值）測液位，則無需換算步驟，但仍需要考慮安裝高度值H 0 。

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)測數(shù)值波動大造成的不準(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)測數(shù)值進(jìn)行換算，但對于工程單位而言，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)測方式的變更對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。