壓力反饋元件對恒壓供水系統穩定性的影響探析

摘 要：變頻恒壓供水系統屬公輔設施，在工業生產中，其重要性毋庸置疑。如果壓力不穩，水溫、流量就得不到保證，就會影響終端設備正常工作和生產，甚至損壞設備。除了管網自身設計、安裝因素外，由于壓力反饋元件參與變頻恒壓供水系統的壓力調節，其自身的穩定性、安裝位置的選擇，對系統產生穩定壓力，至關重要。本文結合壓力傳感器參與恒壓調節的過程，從兩種壓力元件的實際使用效果出發，得出可以用壓力變送器替代傳統的機械式遠傳壓力表，實現穩定的供水壓力。

關鍵詞：遠傳壓力表；壓力變送器；恒壓供水系統穩定性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.014

0 引言

壓力反饋元件安裝于變頻恒壓供水系統主管路出口管網上，反饋信號供變頻器讀取，并與設定的壓力值比較，變頻器根據內置PID算法，不斷對水泵調速，直到實際管網壓力值穩定在設定值。反饋元件的穩定性，直接影響到變頻器對水泵的調節，進而影響整個恒壓供水系統的穩定性。

1 遠傳壓力表的工作原理

遠傳壓力表適用于測量對鋼及合金不起腐蝕作用的液體、蒸汽和氣體等介質的壓力。儀表內設置一滑線電阻發送器，可把被測值以電量值傳至遠離測量點、可被直接讀取的變頻器等上，以實現集中檢測和遠程控制，儀表就地指示壓力，便于現場工藝檢查。

儀表由一個彈簧管壓力表和一個滑線電阻發送器組成，遠傳壓力表機械部份的作用原理與一般彈簧管壓力表相同[1]。

由于電阻發送器設置在齒輪傳動機構上，因此當齒輪傳動機構中的扇形齒輪軸產生偏轉時，電阻發送器轉臂也相應地得以偏轉，由于電刷在電阻器上滑行，使得被測壓力值的變化變換為電阻值的變化，而傳至遠方，進行控制和調節。

2 壓力變送器的工作原理

被測介質的兩種壓力通入高、低兩壓力室，作用在敏感元件的兩側隔離膜片上，通過隔離片和元件內的填充液傳送到測量膜片兩側。測量膜片與兩側絕緣片上的電極各組成一個電容器輸出的4-20mA標準信號送入到程控系統中[1]。

常用的壓力傳感器芯體有陶瓷和擴散硅兩種，是制造壓力傳感器及壓力變送器的核心部件，其中擴散硅是一種高性能的一次壓力測量產品，可以方便地進行放大處理，裝配成標準信號輸出的變送器，廣泛應用于石化、冶金、電力、航空、醫療設備等行業的過程控制。

3 兩種壓力反饋元件對系統穩定性的實際影響

遠傳壓力表和壓力變送器，均可被變頻器模擬輸入端接收（輸入類型可通過變頻器輸入類型撥碼開關進行選擇），用于PID調節，遠傳壓力表反饋0-10v信號，壓力變送器通常反饋的是4-20mA信號。

供水系統穩定水壓主要靠遠傳壓力表和變頻器配合使用：變頻器的模擬輸入端提供10v的電壓給遠傳壓力表，遠傳壓力表隨管網壓力的變化，相當于一個可變的滑動變阻器，分壓得到一電壓值反饋至變頻器的輸入端，與設定值比較，變頻器根據PID參數和功能，動態調節輸出，以控制水泵轉速，從而使管網壓力維持在所需的設定壓力。

但是，實際使用過程中，鑒于遠傳壓力表自身的機械結構，穩定性不足，對系統管網的設計和安裝要求較高。簡單的說，遠傳壓力表機械部分連續受一定壓力的水頻繁沖擊，以探測壓力，如果系統管網設計不合理，易出現偏轉不靈，失真，卡滯，直接影響變頻器的跟蹤和調節，進而引起變頻器輸出不穩定。

第一，實際使用中，例如出口閥閥板松動，將導致水的流量和壓力忽大忽小，波動范圍大，頻率快，遠傳壓力表將震蕩的水壓不斷反饋至變頻器，往往變頻器還沒調節過來，就又接收到新反饋值，造成輸出忽大忽小，水泵忽快忽慢，惡性循環，系統根本控制不住。管網晃動，遠傳壓力表甚至會竄至最大值，該值反饋給變頻器，造成水泵轉速過低，甚至驟停，遠傳壓力表在變頻器還沒響應過來時，壓力值又突降，電機又要升速，甚至出現水泵全速運轉。變頻器輸出的轉速和電流呈現近似規律又不是規律的忽大忽小，電機聲音也忽大忽小，會嚴重影響變頻器、水泵、電機、閥門、管道的使用壽命，水錘始終出現，系統穩定性差，導致停車機率過高。

第二，從系統管網來說，工廠對系統管道設計、安裝要求不一，管網對整個系統的穩定性難以保證，管道布局不盡合理，明敷管道過長，雜亂，轉彎多，再加上管道支撐和固定不良，導致整個管網實際供水時晃動較大，管網的不穩定性，導致恒壓供水系統穩定性很差，進一步影響系統的調節能力。

水壓力不穩，直接導致工廠需冷卻的生產設備溫度過高，甚至損壞，進而增加設備的維修維護成本，產品質量不達標、產能低下，導致設備故障率高，設備利用率和運轉率偏低，影響企業效益。

壓力變送器是硅壓傳感器與數字補償修正技術結合的高性能壓力變送器，它選用高穩定性和可靠性的壓阻式壓力傳感器及專用IC電路，經過整機溫度補償與性能測試，廣泛適用于工業控制、過程檢測、化工、電力、水文、地質等行業流體壓力的檢測和控制。

因此，用壓力變送器取代機械式電阻遠傳壓力表，改善了遠傳壓力表自身的不穩定性以及由它引起的水泵調節的不穩定性，效果直接、明顯。反饋元件推薦使用壓力變送器，可利用電氣二次壓力表替代管道上的遠傳壓力表，直觀顯示管網的實時壓力。

壓力變送器應安裝在出水主干管路上，選擇遠離拐彎處，并力求水流平滑處，配蛇形管加以緩沖，表閥控制開閉。注意不能將壓力變送器安裝于有多臺泵的任意分支管路上。

4 結語

壓力變送器在變頻恒壓供水系統中的應用，在管網設計、安裝合理的前提下，極大的保證了系統穩定性。壓力檢測、反饋元件只有在自身長時間穩定工作的前提下，參與系統的調節，才能保證水泵，電機，管道，閥門工作于最優狀態，延長了各部件的使用壽命，進而滿足了工廠終端用水設施的正常使用，保證了工廠主體設備的完好率和運轉率，對于促進企業經濟效益，作用明顯。

參考文獻：

[1]吳建平.傳感器原理及應用（第3版）[M].機械工業出版社，2016（01）.

作者簡介：高亮（1986-），男，河北武安人，本科，助理工程師，設備工程師 ，從事電氣類的相關工作。endprint