傳感器在取水泵站的應用分析

周思逸

摘要：文中主要先簡述了傳感器的定義，主要特點和分類，再列舉分析了傳感器在取水泵站的應用，最后談到了傳感器性能要求和日常保養。

關鍵詞：溫度傳感器;液位傳感器;熱電阻;超聲波

圖分類號：TV674

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）02-0129-02

0引言

長江，原水廠隸屬于上海城投原水有限公司，是上海最先取用長江水源的原水廠，位于上海市寶山區羅涇鎮，負責管理上海市主要水源地之一“陳行水庫”。現長江原水廠包含兩座取水泵房、兩座輸水泵房、一座增壓泵房。現如今全球逐步進入智能化時代，我廠緊跟時代步伐，不斷發展創新，實現設備的全面自動化，努力建設屬于自己的物聯網。

1傳感器的定義

國家標準GB/T7665-2005對傳感器下的定義是：“能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。”敏感元件指傳感器中能直接感受（或稱響應）被測量的部分;轉換元件指傳感器中能將敏感元件感受（或響應）的被測量轉換成適于傳輸和測量的電信號部分。傳感器是實現自動檢測和自動控制的首要環節。

2傳感器的主要特點和分類

傳感器的特點包括：微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化，它促進了傳統產業的改造和更新換代，成為了新的經濟增長點。

目前對傳感器還沒有一個統一的分類方法，但比較常用的有如下二種：

（1）按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、氣體成份等傳感器。

（2）按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、熱電偶等傳感器。

3傳感器在取水泵站的應用

3.1溫度傳感器

溫度傳感器是指能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器。在取水泵站，主要用于電機的上導、下導、推力軸承，三相定子等溫度的測量，能夠及時了解到設備的運行溫度情況;同時還運用于循環水池，監測其溫度，確保循環水水溫的正常;測量變壓器溫度時使用的測溫儀也算一個。

溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器和IC溫度傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按照傳感器材料及電子元件特性可分為熱電阻和熱電偶兩類，取水泵站主要使用前者。熱電阻是中低溫區（-200～800°C）最常用的一種溫度檢測器[2]。熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。主要特點是測量精度高，性能穩定。熱電阻大部分都由純金屬材料制成，應用最多的是鉑和銅。金屬熱電阻常用的感溫材料種類較多，最常用的是鉑絲。

現在的取水泵站就用Pt100鉑熱電阻對電機各部件溫度進行測量。Pt100的阻值跟溫度的變化成正比，當Pt100溫度為0°C時它的阻值為100歐姆，在100°C時它的阻值約為138.5歐姆。金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關系式表示，即Rt=Rt0[1+a（t-t0）];式中，Rt為溫度t時的阻值;Rt0為溫度t0（通常t0=0°C）時對應電阻值;a為溫度系數。我們將鉑熱電阻與電機上所需測量的各部件相互接觸，用導線引出到接線端子，再從接線端子連接到PLC模塊進行處理，由于這之間存在一定的距離，熱電阻的引線勢必會對測量數據有較大的影響。為此我們采用三線制接法，即在電阻的a端并聯一個c端，實現電阻引出a、b、c三個接線端子，這樣由b導線引入的測量導線本身的電阻，可以由c導線來補償，使引線電阻的誤差影響減小很多。

3.2液位傳感器

液位傳感器是一種測量液位的壓力傳感器，它主要分為兩類。一類為接觸式，包括單法蘭靜壓/雙法蘭差壓液位傳感器，浮球式液位傳感器，投入式液位傳感器等。第二類為非接觸式，包括超聲波液位傳感器，雷達液位傳感器等。在取水泵站，主要運用到了投入式液位傳感器和超聲波液位傳感器。前者主要出現在水庫、清水池、循環水池、污水坑，后者則出現在長江、前池、小水廠，保證了能及時了解到液位情況，進行相應的操作。

投入式液位傳感器，基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用隔離型擴散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉換為電信號，取水泵站液位探頭主要使用的是陶瓷電容膜片。工作原理：當液位傳感器投入到被測液體中某一深度時，傳感器迎液面受到的壓力公式為：P=g·H+Po;式中，P為傳感器迎液面所受壓力;ρ為被測液體密度;g為當地重力加速度;Po為液面上大氣壓;H為傳感器投入液體的深度。同時，通過導氣細管將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓Po與傳感器的負壓腔相連，以抵消傳感器背面的Po，使傳感器測得壓力為：ρ·g·H，那么通過測取壓力P，就可以得到液位深度。

超聲波液位傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波具有頻率高、波長短、繞射現象小，方向性好等特點。它主要由壓電晶片組成，這是它的核心，既可以發射超聲波，也可接收超聲波。構成晶片的材料有很多種，晶片的大小也不盡相同，因此每個傳感器的性能也會不同，我們在使用前必須先了解其性能。工作原理：超聲波液位傳感器在微處理器的控制’下，發射和接收超聲波，并由超聲波在空中的傳播時間t來計算出傳感器與被測物體之間的距離s，由于聲波在空中傳播的速度c是一定的，則根據：s=ct/2可計算出s，又因為傳感器與容器的底部距離H是一定的，可以得出被測物的液位h=H-s[3]。

3.3其它傳感器

上文主要談到了兩個比較常用的傳感器，其實還有許多其它傳感器也運用在取水泵站的日常生產中。如：流量傳感器，計算進入水庫的水流量;壓力傳感器，顯示出水管的瞬時壓力值;電壓、電流傳感器，反映設備的運行狀況;水質在線儀表的數據更新也離不開傳感器的幫助。當然不得不提到的就是氯度傳感器，它時刻監測著長江、水庫各站點的氯化物濃度，應對咸潮的侵襲，保證原水質量。在今后，可能會有越來越多的傳感器出現在泵站，既是自動化的改造需要，也是確保生產安全的有力武器。

4傳感器的性能要求和日常保養

無論何種傳感器，作為檢測系統的首要環節，通常都必須具有快速、準確、可靠而又能經濟地實現信號轉換的性能。即轉換靈敏度要高，精度適當，穩定性高，適應性和適用性強，且具有一定的過載能力。實際的傳感器往往很難滿足這些性能要求，應根據應用的目的、使用環境、被測對象狀況、精度要求等具體條件作全面綜合考慮。

為了使傳感器測量的數據更為準確，使用壽命更加長久，我們會定期做些必要的保養工作。如：①測溫元件Pt100：每年接線樁頭緊固，Pt100阻值測量。②液位儀表系統：每年對WELL72、BR62投入式液位儀、FMU超聲波液位儀結合基準面高程測量，對液位儀安裝的標高值進行調整。③氯度傳感器：每年對氯度傳感器進行標定保養、安裝及維護。

5結束語

傳感器作為信息傳遞的主要途徑和手段在泵站生產運行等方面起到了重要的作用，大大提高了生產安全和設備合理利用率。隨著我廠設備自動化的不斷實施和改造，傳感器技術將顯得尤為至關重要，我們必須配備質量優、性能好的傳感器，走精細化、可持續發展道路，不斷提升科技含量，用心織好物聯這一張網，用實際行動為原水大發展努力奮斗。

參考文獻

[1]GB/T7665-2005傳感器通用術語[S].

[2]樊尚春.傳感器技術及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社，2016.

[3]GB/T4210-2001電工術語電子設備用機電元件[S].