系統(tǒng)常用傳感器及設備的基本知識

PAGEPAGE1系統(tǒng)常用傳感器及設備的基本知識一、傳感器的定義國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)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”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。二、傳感器的分類目前對傳感器尚無一個統(tǒng)一的分類方法，但比較常用的有如下三種：1、按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、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、光柵、熱電偶等傳感器。3、按傳感器輸出信號的性質分類，可分為：輸出為開關量（“1”和"0”或“開”和“關”）的開關型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。三、傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。四、傳感器的動態(tài)特性所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標準輸入信號的響應來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。五、傳感器的線性度通常情況下，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標。線性度式中：△MAX--實際輸出曲線與擬合直線之間的最大偏差

F·S--讀數(shù)滿量程

擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線；或將與特性曲線上各點偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。六、傳感器的靈敏度靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y對輸入量變化△x的比值，即它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關系，則靈敏度S是一個常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。

靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應表示為200mV/mm。

當傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。

提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。七、傳感器的分辨力分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當輸入變化值未超過某一數(shù)值時，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會發(fā)生變化。

通常傳感器在滿量程范圍內各點的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標。上述指標若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。八、電阻式傳感器電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。九、電阻應變式傳感器傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下產生機械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應的變化。電阻應變片主要有金屬和半導體兩類，金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應小等優(yōu)點。十、壓阻式傳感器壓阻式傳感器是根據(jù)半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴散電阻在基片內接成電橋形式。當基片受到外力作用而產生形變時，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產生相應的不平衡輸出。用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅片為敏感材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應用最為普遍。十一、熱電阻傳感器熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關的參數(shù)。在溫度檢測精度要求比較高的場合，這種傳感器比較適用。目前較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點。用于測量-200℃～+500℃范圍內的溫度。十二、傳感器的遲滯特性遲滯特性表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減?。┬谐涕g輸出-一輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值△MAX與滿量程輸出F·S的百分比表示，即：遲滯可由傳感器內部元件存在能量的吸收造成。傳感器的分類傳感器按測量原理和應用領域兩個大類細分參見表測量對象測量原理傳感器產品名稱A.光強

光束

紅外光1.光電子釋放效應

2.光電效應

3.光導效應

4.熱釋電效應

5.固體攝像元件

6.其它光電管、光電倍增管、攝像管、火焰檢測器

光敏二極管、光敏晶體管、光敏電阻、遙控接受光元件晶體光傳感器、內藏IC的光電二極管

光導電元件、量子型紅外線傳感器、分光器

熱釋電紅外傳感器、熱釋電傳感器、紅外線傳感器

CCD圖像傳感器B.放射線1.氣體電離電荷

2.固體電離

3．二次電子發(fā)射

4．螢光體發(fā)光(常溫)

5．螢光體發(fā)光(加熱)

6．切倫科夫效應

7．化學反應

8．光色效應

9．發(fā)熱

10.核反應

11其它電離箱、比例計數(shù)管、GM計數(shù)管

半導體放射線傳感器

耗盡型電子傳感器

閃爍計數(shù)管、螢光玻璃傳感器

熱致發(fā)光

切倫科夫傳感器

玻璃射線計、鐵射線計、鈽射線計

光纖放射線傳感器

熱量計

核反應計數(shù)管C.聲/超聲波1.壓電．電致伸縮效壓

2.電磁感應

3.靜電效應

4.磁致伸縮

5.其它石英麥克風、陶瓷麥克風、陶瓷超聲波傳感器

磁鐵麥克風

駐極體話筒

鐵氧體超聲波傳感器、磁致伸縮振動元件D.磁

磁通

電流1.法拉第效應

2.磁阻效應

3.霍爾效應

4.約瑟夫遜效應

5.磁電效應

6.其它光纖磁場傳感器、法拉第器件、電流傳感器

磁阻式磁場傳感器、電流傳感器、MR元件、磁性簿膜磁阻元件

霍爾元件、霍爾IC、磁二極管、電流傳感器、速度傳感器、霍爾探針

SQUID高靈敏度磁傳感器

鐵磁性磁傳感器、磁頭、電流傳感器、地磁傳感器、光學CT、裂紋測試儀E.力/重量1.磁致伸縮

2.壓電效應

3.應變計

4.扭矩

5.電磁耦合

6.導電率

7.其它磁致伸縮負荷元件、磁致伸縮扭矩傳感器

壓電負荷元件

應變計負菏元件、應變式扭矩傳感器

差動變壓器式扭矩傳感器

電磁式扭矩傳感器

薄板式力傳感器F.位置

速度

角度1.電磁感應

2.電阻變化

3.溫度計

4.光線/紅外線

5.霍爾效應、磁阻效應

6.聲波

7.機械變化

8.陀螺儀

9.其它差動變壓器、分相器、接近開關、電渦流測厚儀、自整角機

電位計、電位傳感器、位置·角度傳感器、扭矩傳感器

滑動電位計、應變式變形傳感器

旋轉編碼器、千分尺、直線編碼器、光電開關、光傳感器、高度傳感器、光斷流器、光纖光電開關、激光雷達

引導開關、磁性尺、同步器、編碼器

超聲波開關、高度計

微動開關、限位開關、門鎖開關、斷線傳感器

陀螺儀式位置傳感器、陀螺儀式水平傳感器、陀螺羅盤G.壓力1.壓電效應

2.阻抗變化

3.光彈性效應

4.靜電效應

5.力平衡

6.電離

7.熱傳導率

8.磁致伸縮

9.諧振線圈

10.霍爾效應

11.其它陶瓷壓力傳感器、振動式壓力傳感器、石英壓力傳感器、壓電片

滑動電位計式壓力傳感器、薄膜式壓力傳感器、硅壓力傳感器、感壓二極管

光纖壓力傳感器

電容式壓力傳感器

力平衡式壓力傳感器

電離真空傳感器

熱電耦真空傳感器、熱敏電阻式真空傳感器

磁致伸縮式壓力傳感器

諧振式壓力傳感器

磁阻式壓力傳感器H.溫度1.熱電效應

2.阻抗的溫度變化

3.熱釋電效應

4.導電率

5.光學特性

6.熱膨脹

7.半導體特性

8.色溫

9.熱輻射

10.核磁共振

11.磁特性

12.諧振頻率變化

13.其它熱電偶、熱電堆、鎧裝熱電偶

熱敏電阻(NTC，PTC．CTR)、測輻射熱器、感溫可控硅、溫度傳感器、精密測溫電阻

SIC薄膜熱敏電阻、薄膜鉑金溫度傳感器、油溫傳感器

熱釋電溫度傳感器、駐極體溫度傳感器

陶瓷溫度傳感器、鐵電溫度傳感器、電容式溫度傳感器

光溫度傳感器、紅外線溫度傳感器、分布式光纖溫度傳感器

液體封入式溫度傳感器．雙金屬、雙金屬式溫度傳感器、恒溫槽、熱保護器、壓力式熱保護器、活塞管式溫度傳感器

晶體管溫度傳感器、光纖半導體溫度傳感器·

色溫傳感器、雙色溫度傳感器、液晶溫度傳感器

放射線溫度傳感器、光纖放射線溫度傳感器、壓電式放射線溫度傳感器、戈雷線圈

NQR溫度傳感器

磁溫度傳感器、感溫鐵氧體、感溫式鐵氧體熱敏元件

石英晶體溫度傳感器I.氣體/濕度1.導電率變化

2.門電位效應

3.靜電容量變化

4.原電池

5.電極電位

6.電解電流

7.離子電流

8.光電子釋放效應

9.熱電效應

10.光電效應

11.熱釋電效應

12.膨脹

13.電池電流

14.振子諧振頻率

15.露點

16.其它電阻式氣體傳感器(厚腰、薄膜)、接觸燃燒式氣體傳感器、容積控制型氣體傳感器

熱傳導式氣體傳感器、溶液導電率式氣體傳感器、半導體氣體傳感器、輻射熱計

電阻式濕度傳感器、熱敏電阻式濕度傳感器

FET氣體傳感器、FET濕度傳感器

全屬MOS型氣體傳感器、電容式濕度傳感器

氧化鋯固體電解質氣體傳感器

離子電極式氣體傳感器

恒電位電解式氣體傳感器、電量式氣體傳感器、五氧化二磷水分傳感器

離子傳感器

紫外、紅外線吸收式氣體傳感器、化學發(fā)光式氣體傳感器

熱電式紅外線氣體傳感器

量子式紅外線氣體傳感器

熱釋電式紅外線氣體傳感器

電容式紅外線氣體傳惑器

原電池氣體傳感器

石英振動式氣體傳感器、石英振動式濕度傳感器

露點濕度傳感器J.溶液/成份1.膜電位

2.電解電流

3.光電效應

4.核磁共振

5.電氣阻抗

6.紅外線／紫外線吸收

7.音叉共振

8.放射線

9.生物傳感器

10.其它玻璃離子電極、固體膜離子電極、流體膜離于電極、ISFET

極譜式色標傳感器

螢光度式色標傳感器、比色傳感器

核磁共振傳感器

導電率式色標傳感器

紫外線吸收式色標傳感器

音叉式密度傳感器

放射線式密度傳感器

微生物傳感器、免疫傳感器、氧傳感器K.流量

流速1.電磁感應

2.超聲波

3.卡羅曼渦流

4.相關

5.轉數(shù)

6.熱傳導

7.光吸收／反射

8.壓力

10.其它電磁式流量傳感器

超聲波式流量傳感器

渦流流量傳感器

相關流量傳感器

容積式流量傳感器、渦輪式流量傳感器

熱線式流量傳感器

激光多普勒流量傳感器、光纖多普勒血流傳感器

差壓式流量傳感器、泄漏傳感器L.物位1.介電常數(shù)

2.超聲波

3.光特性

4.微波

5.應變計

6.熱敏電阻

7.壓力

8.位置變化／落體／浮子

9.電渦流

10.電磁感應

11.放射線

12.其它電容式物位傳感器、介電常數(shù)物位傳感器

超聲波物位傳感器

光纖液位傳感器

微波式物位傳感器

半導體應變式物位傳感器、浸入式物位傳感器

熱敏電阻式物位傳感器

壓力式物位傳感器

位移式物位傳感器、浮子式物位傳感器

電渦流式物位傳感器

電磁式物位傳感器

放射線式物位傳感器

M.振動

沖擊

加速度1.電磁感應

2.壓電特性

3.阻抗變化

4.靜電效應

5.其它沖擊傳感器、振動傳感器

血壓用柯氏聲傳感器、振動加速度傳感器、加速度傳感器、沖擊傳感器、振G傳感器、地震傳感器、加速度心音傳感器、角速度傳感器

加速傳感器、水中電話、G傳感器

加速度傳感器、G傳感器、加速度計

地震傳感器N.速度

轉數(shù)1.電磁感應

2.光電特性

3.其它轉速表、同步感應器、電磁感應式旋轉傳感器、發(fā)電式旋轉速度傳感器

光電式旋轉速度傳感器O.其它

物體傳感器、條形碼閱讀器、超聲波探測元件、照度傳感器、雨量傳感器、ID卡傳感器、磁場強度傳感器、復合傳感器、電位傳感器、色彩計、器等流量儀表的分類和主要性能一、流量儀表的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國開展近代流量測量技術的工作比較晚，60年代開始渦輪、電磁流量計的生產。至今，從事流量儀表研究和生產的單位已有200多家，90年代更進入了快速發(fā)展時期。流量儀表是一種儀表性能強烈依賴于使用條件的儀表，國際流量界人士曾言，流量計是使用比制造要艱難得多的少數(shù)儀表之一，雖然實驗室它可以得到極高的精確度，但是在使用現(xiàn)場若條件變化，一切全都白廢。流量計出廠檢驗其誤差是±0.5%，可是在使用中卻有可能造成±3～±10%的誤差。其原因則多種多樣，如量程選擇不對，上下游直管道長度不足，液體中含氣量較大，檢測件腐蝕磨損，積垢及堵塞等等。應該說流量是一個測量系統(tǒng)的問題，在這個系統(tǒng)中包括檢測裝置、顯示裝置、前后測量管及輔助設備等。所以流量計本身性能好并不能保證獲得要求的精確度，它要求整個測量系統(tǒng)符合規(guī)定的要求才行。綜合而論，完善的流量計應適應的條件大致如下：1、檢測體最好無阻礙物，用可隨意移動更換安裝點。2、夾裝在管道外面，不需截開管路與流體。3、儀表流量計量方程簡捷，并可推算未知數(shù)據(jù)，且無需實流校驗。4、頻率脈沖輸出信號，數(shù)字式儀表，便于遠傳，且抗干擾、方便的與計算機聯(lián)接。5、儀表輸出信號不受流體介質特性和流體，流動特性的影響。6、儀表重復性好、范圍度寬、線性好。7、儀表可靠性高，價格適中，維修簡單等。目前，很難說那種類型儀表兼?zhèn)渖鲜龈黜棗l件，只是依據(jù)測量條件，或多或少兼顧其適用性。正確合理的選擇流量測量儀表并非易事，在對美國工業(yè)現(xiàn)場安裝的流量儀表檢查中，發(fā)現(xiàn)約半數(shù)以上的儀表選用不是最合適的或使用不太正確，而在這些儀表中又約有半數(shù)以上雖然采用合適的測量方法，卻被錯誤地布置和安裝。因此，我們在選擇時要充分考慮到各方面的因素。如：性能要求、流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費用等等。二、流量儀表分類及主要性能下面就目前市場上的主要流量儀表分類及主要性能及適應條件做個簡要介紹：1、差壓流量計：差壓式流量計是根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產生的差壓，已知的液體條件和檢測件與管道的幾何尺寸不測量的儀表。如孔板流量計、文丘里管流量計及均速管流量計等。近年來，在國際范圍內，差壓流量在流量儀表總量中臺數(shù)約占到50%-60%。我國的銷售臺數(shù)約為40%左右。差壓流量計的精度在很大程度上決定于現(xiàn)場的使用條件。主要是流體的物性參數(shù)及和流體流動特性。整套流量計的精度還決定于差壓變送器和流量顯示儀的精度。因此，差壓流量計是一種從設計、制造到安裝使用要求很嚴格的儀表，在任何的環(huán)節(jié)失誤都會產生很大的誤差。另外，差壓流量計輸出信號與流量為平方關系，是非線性儀表，范圍度較窄。壓力損失大也是它的弱點之一。在安裝條件方面，和其它推理式流量一樣，要求有較長的直管段。2、容積式流量計：容積式流量計是利用機械測量文件把液體連續(xù)不斷地分割成單個已知的體積部分，根據(jù)計量室多次，重復地充滿和排放該體積部分與流體的次數(shù)不測量液體體積總量。在流量儀表中是精度最高的一類。在國際市場上，其銷售額在工業(yè)發(fā)展發(fā)達國家中占流量儀表的20%左右，我國銷售額大約在20%左右。容積式流量計其優(yōu)點如下：精確度高，基本誤差一般為±0.5%；特殊的可達±0.2%左右沒有前置直管段的要求，這一點在現(xiàn)場使用中有重要意義。可用在高粘度流體的測量，范圍度寬，一般為10:1到5:1。層直讀式儀表，無需外部能源，操作方便。任何儀表有其優(yōu)點，也有其局限性，容積式流量計的缺點主要表現(xiàn)在：結構復雜，體積大，笨重，故一般只適用于中小口徑。對被測介質種類，介質工況、局限性較大，適應范圍窄。安全性差，如檢測活動件卡死，流體就無法通過。部分形式容積式流量計在測量過程中會給流動帶來脈動。由于精度高，在石化、醫(yī)藥、食品以及能源等工業(yè)部門計量昂貴介質時首選。然而，由于需要定期維護，因此在放射性有毒流體等不允許人們接近的維護的場所不宜采用。目前，容積式流量計作為貿易結算儲運交接儀表。3、浮子流量計：浮子流量計是以浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降，改變它們之間的流通面積來進行測量的體積流量儀表。又稱轉子流量計。80年代，西方發(fā)達國家該種流量計的銷售額約占流量儀表的10%-18%。我國約為15%左右。浮子流量計適用于小管徑和低流速。常用儀表口徑40-50mm以下，最小口徑做到1.5-4mm。浮子流量計對直管段要求不高，并有較寬的流量范圍度。目前，被廣泛地應用在電力、石化、冶金等流程工業(yè)和污水處理等公用事業(yè)。主要用作直觀流動指示或測量精度要求不高的現(xiàn)場指示儀表。4、渦輪流量計：渦輪流量計是葉輪式流量(流速)計的主要品種，葉輪式流量計還有風速計、水表等。該流量計在石油、各種液體及天然氣、煤氣等領域有著廣泛應用。90年代中期在世界范圍內，其銷售額在流量儀表總線中約占9%左右。而我國在90年代其年銷售量約在2萬臺以下。主要特點：高精度，對于液體一般為±0.25%R－±0.5%R,而介質為氣體，一般為±1%-±1.5%R。重復性好，短期重復性可達0.05%-0.2%,因此在貿易結算中是優(yōu)先選用的流量計。輸出脈沖頻率信號，無零點漂移，抗干擾能力強。范圍度寬，結構緊湊輕巧，安裝維護方便。難以長期保持較好的特性，需定期檢驗。一般液體隨粘度的增大，流量計測量下限值提高，范圍度縮小，線性度變差。流體物性(密度、粘度)對儀表特性有較大影響，受流速分布畸變和轉流的影響較大。不適于脈動流和混和流的測量，同時，對被測介質的清潔度要求較高等。5、電磁流量計：電磁流量計是利用法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表。近年來，發(fā)展速度較快，95年全球產量估計在13萬臺以上。其優(yōu)缺點如下：由于測量通通是一段無阻流檢測件的光滑直管，不易阻塞適用于測量含有固體顆?；蚶w維的液固二相液體。如紙漿、泥漿等。所測得的體積流量，不受流體密度、粘度、壓力等變化明顯的影響。對直管段的要求較之其它流量儀表不高?？蓽y正、反雙向流量，也可測脈動流量。并可應用于腐蝕性流體。不能測量電導率很低的液體。不能測量氣體、蒸汽和含有較多大氣泡的液體等。目前，電磁流量計，其大口徑儀表較多應用于給排水工程，中小口徑常用于固液雙相等難測流體，或高要求場所。如工業(yè)紙漿、礦漿、化學工業(yè)的強腐蝕液等。小口徑、微小口徑則常用于醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、生物工程等有衛(wèi)生要求的場所。6、渦街流量計：70至80年代是渦街流量計迅速發(fā)展時期，開發(fā)出眾多類型阻流體及檢測性的渦街流量計，并大量投放市場。我國渦街在發(fā)展高峰期，曾達到數(shù)十家，應該說，渦街流量計尚屬發(fā)展中的產品，無論在理論基礎或是實驗經驗尚較差，目前最基本的流量方程經常引用卡曼渦街理論。優(yōu)點和局限性：優(yōu)點：結構簡單牢固，安裝維護方便。適用的流體種類多。如液體、氣體、蒸汽和部分混相流體。精度較高、范圍較寬、壓損小。局限性：不適用于低雷諾數(shù)測量，故在高粘充、低流速、小口徑情況下應用受到限制。旋渦分離的穩(wěn)定性受流速的影響。要求有足夠的直管段。力敏檢測法對管道機械振動較敏感，不宜用于強振動場所。儀表在脈動流、混相流中尚欠缺理論研究和實踐經驗。渦街流量計在多年使用中，其效果并不理想，大致原因在產品的質量、選型不當，以及現(xiàn)場調整問題。7、超聲波流量計：由于超聲波測量原因是長度與時間二個基本量的結合，其導出量溯源性較好，有可能據(jù)此建立流量的基準。超聲波流量計的優(yōu)缺點和局限性：優(yōu)點：非接觸測量，無需停產安裝，這是在工業(yè)用流量儀表中具有的獨特優(yōu)點。適用于管網(wǎng)流動狀況評估測定。超聲波流量計為無流動阻撓測量，故管內無壓力損失。對于大型管道，不僅能帶來方便的安裝，更帶來可觀的經濟效益。局限性：由于外裝器不能用于襯里或結垢太厚的管道，以及不能用于襯里與內管壁剝離的管道(近年來，匯中公司開發(fā)出的插入式測量徹底的解決了這個問題。且能實現(xiàn)不停產安裝、調試)。超聲波流量計以其獨有的特性而迅速得到了廣泛的應用。有數(shù)據(jù)顯示到90年代中期全球年產量超過30000臺，其它主要流量儀表還有科里奧利質量流量計、熱式質量流量計、明渠流量計等。各類流量計有關特征對比一覽表

類型項目繞流式流量計孔板流量計渦街流量計旋葉式流量計渦輪流量計阿牛巴流量計電磁流量計超聲波流量計質量流量計轉子流量計精度0.5-2.50.5-1.50.5-1.5高高2.51.01.5高1-2.5壓損小大較小大大小小小大大低速可難難可可難難難可可高溫可可可難檢定自檢含氣可可可無菌可難可可可可防腐可難可可難可遠傳智能型智能型智能型智能型智能型智能型智能型重量輕一般輕重一般輕重重重輕價格中中低中中低貴貴昂貴低大粘度可可導電液難可小管徑可可可量程比5:13:11:201:501:504:110:110:120:15:1含雜質可可可故障率低低低一般一般高低低低低介質種類氣、汽、液氣、汽、液氣、液液、汽液液、汽導電液氣、液氣、汽、液液結垢影響小大大大大大小大大大粘附影響小大大大大大小大小大測量原理壓差壓差頻率容積容積壓差速度速度質量力壓差補償方式密度密度密度密度密度密度積算方式開方、線性開方線性線性線性開方開方線性開方瞬時顯示智能型智能型智能型智能型智能型智能型智能型安裝方法任意水平任意水平水平水平水平任意水平垂直安裝難易易難易難難易難難難易維護使用易專人易易易易難難易易使用壽命可可一般不長易磨損不長可可可可閥門的相關知識一、什么叫閥門：用來控制管道介質流動的具有可動機構的機械產品，叫做閥門。二、什么叫通用閥門：各工業(yè)企業(yè)中管道上普遍采用的閥門，叫做通用閥門。三、閥門的分類（分類方法主要有以下三種）（一）按用途和作用分類：1、截斷閥類：主要用于截斷或接通介質流，包括閘閥、截止閥、隔膜閥、旋塞閥、球閥、蝶閥等。2、調節(jié)閥類：主要用于調節(jié)介質的流量、壓力等，包括調節(jié)閥、節(jié)流閥、減壓閥等。3、止回閥類：用于阻止介質倒流，包括各種結構的止回閥。4、分流閥類：用于分配、分離或混合介質，包括各種結構的分配閥和疏水閥等。5、安全閥類：用于超壓安全保護，包括各種類型的安全閥。（二）接主要參數(shù)分類：1、按壓力分類：（1）真空閥：工作壓力低于標準大氣壓的閥門（2）低壓閥：公稱壓力PN≤1.6Mpa的閥門（3）中壓閥：公稱壓力PN2.5--6.4Mpa的閥門（4）高壓閥：公稱壓力PN10--80Mpa的閥門（5）超高壓閥門：公稱壓力PN≥100Mpa2、按介質工作溫度分類（1）高溫閥：t＞450℃的閥門（2）中溫閥：120℃≤t≤450℃的閥門（3）常溫閥：-40℃≤t≤120℃的閥門（4）低溫閥：-100℃≤t≤-40℃的閥門3、按閥體材料分類：（1）非金屬材料閥門：如用陶瓷、玻璃鋼、塑料制造的閥門。（2）金屬材料閥門：如銅合金、鋁合金、鉛合金、鈦合金、蒙乃爾合金、鑄鐵、碳鋼、低合金鋼、高合金鋼閥門。（3）金屬閥體襯里閥門：如襯鉛閥門、襯塑料閥門、襯搪瓷閥門。（三）通用分類法：（這種分類方法既按原理作用又按結構劃分是目前國內、國際最常用的分類方法共12類）1、閘閥2、截止閥3、旋塞閥4、球閥5、蝶閥6、隔膜閥7、止回閥8、節(jié)流閥9、安全閥10、減壓閥11、疏水閥

12、調節(jié)閥控制閥的選型、維修與校驗控制閥是電廠自動控制系統(tǒng)中一個重要環(huán)節(jié)，無論多么復雜的自動控制系統(tǒng)，最后都歸結到對控制閥的控制，也就是說，控制閥是執(zhí)行自控指令任務的一道總機關。因此，控制閥的性能如何，不僅直接關系機組運行的經濟性，甚至影響自控系統(tǒng)乃至整臺機組的安全運行。但令人遺憾的是，在實際使用中控制閥經常出現(xiàn)關不死、打不開、動作不靈敏、泄漏大、非線性嚴重、壽命短、價格貴等問題。據(jù)調查發(fā)現(xiàn)，這些問題中95%以上是屬于選型不當造成的，而因計算錯誤造成的問題不到5%。實踐證明，計算與選型相比，選型的難度更大，出現(xiàn)的問題更多，對此應該特別重視。下面結合筆者近年來掌握的情況和工作中碰到的問題，就控制閥的選型、維護及現(xiàn)場調校談一些看法。一、控制閥的選型1、選型應考慮的主要因素（1）最基本的條件是要滿足生產過程的溫度、壓力、液位及流量的要求；（2）閥的泄漏及密封性要求；（3）閥的工作壓差應小于許用壓差；（4）對閥使用壽命和可靠性的考慮；（5）對閥動作速度、流量特性的考慮；（6）對閥作用方式和流向的考慮；（7）對執(zhí)行機構形式、輸出力矩、剛度以及彈簧范圍的考慮；（8）對材質及閥經濟性的考慮（選型不當價格會相差3~4倍）。2、選型的一般原則在滿足過程控制要求的前提下，所選的閥應盡量簡單、可靠、價廉、壽命長、維修方便，并保證備件來源及時可靠。要盡量避免為單純追求好結構、好材質、多附件而忽略了對可靠性、經濟性的考慮。從可靠性觀點來看，結構越簡單、多余的附件越少，其可靠性就越高；材質選擇過高，將造成不必要的浪費。3、選型應提供的工藝參數(shù)及系統(tǒng)要求（1）工藝參數(shù)：溫度、壓力、正常流量時的壓差及切斷時的壓差；（2）流體特性：腐蝕性、粘度、溫度變化對流體特性的影響；（3）系統(tǒng)要求：泄漏量、可調比、動作速度與頻率、線性及噪音。4.控制閥的分類及選擇控制閥按結構特征大致可分為如下9大類產品。（1）直通單座控制閥：該閥應用最廣，具有泄漏小、許用壓差小、流路復雜、結構簡單的特點，故適用于泄漏要求嚴、工作壓差小的干凈介質場合，但小規(guī)格的閥(DN<20)也可用于壓差較大的場合。應用中應注意校對許用壓差，防止閥關不死。（2）直通雙座控制閥：與直通單座控制閥相反，具有泄漏大、許用壓差大的特點，故適用于泄漏要求不嚴、工作壓差大的干凈介質場合，選型時應注意該閥泄漏量大是否能滿足過程控制要求。（3）套筒閥：套筒閥分為單密封和雙密封兩種結構，前者類似于單座閥，適用于單座閥場合。后者類似于雙座閥，適用于雙座閥場合。套筒閥還具有穩(wěn)定性好、裝卸方便的特點，但價格比單、雙座閥貴50~200%，還需要專門的纏繞密封墊，是僅次于單、雙座閥應用較為廣泛的閥。（4）角型閥：節(jié)流型式相當于單座閥，但閥體流路簡單，適用于泄漏要求小、壓差不大的干凈介質場合及要求直角配管的場合。（5）三通閥：它具有3個通道，可代替兩個直通單座閥、用于分流和合流及兩相流、溫度差不大于150℃的場合。當DN≤80時，合流閥可用于分流場合。（6）隔膜閥：流路簡單，隔膜具有一定的耐蝕性能，適用于不干凈介質、弱腐蝕介質的兩位切斷場合。（7）蝶閥：它相當于取一直管段來做閥體，且閥體又相當于閥座，故“自潔”性能好、體積小、重量輕。適用于不干凈介質和大口徑、大流量、大壓差的場合。當DN>300時，通常都由蝶閥來完成。（8）球閥：“O”形球閥全開時為無阻閥，“自潔”性能最佳，適用于特別不干凈、含纖維介質的兩位切斷場合?！癡”形球閥具有近似等百分比的調節(jié)特性，適用于不干凈、含纖維介質、可調比較大的控制場合。球閥的價格較貴。（9）偏心旋轉閥：該閥介于蝶閥和球閥之間，“自潔”性能好、調節(jié)性能好、亦可切斷，故適用于不干凈介質、泄漏要求小的調節(jié)場合，但該閥價格較貴。

這9類產品中前6種為直行程控制閥，后3種為角行程控制閥。作為控制閥的應用者，必須弄清楚它們的特點、注意事項。各類變型產品、改進型產品都是在這9類產品上演變而來的，弄清這9大類產品就容易掌握其他產品的應用了。5、正確選擇的若干問題（1）閥體材料選擇閥體耐壓等級、使用溫度、耐腐蝕性能等方面應不低于工藝連接管道要求，并優(yōu)先選用定型產品。水蒸氣及含水較多的濕氣體介質、環(huán)境溫度低于-20℃時，不宜選用鑄鐵閥。（2）閥內件材質選擇非腐蝕性介質一般選用1Cr18Ni9Ti或其他不銹鋼。對汽蝕、沖蝕較為嚴重，且在介質溫度與壓差構成的直角坐標中其溫度為300℃、壓差為1.5MPa兩點連線以外的區(qū)域時，應選用耐磨材料，如鈷基合金或表面堆焊史太萊合金等。對硬密封切斷閥，為提高密封面可靠性，應選用耐磨合金。當密封要求十分嚴密時，應選用軟密封，如四氟橡膠。（2）高低溫材料選擇當介質溫度小于-60℃時選用銅或1Cr18Ni9Ti；溫度在450~600℃時，選用鈦、鉬不銹鋼；當介質溫度大于600℃時，應選用高溫高強度合金(如因可耐爾)。6、填料及閥蓋型式選擇（1）通常情況下，介質溫度小于200℃時，選用“V”形四氟填料，普通型上閥蓋；介質溫度小于450℃時，選用“V”型四氟填料，但必須是散熱閥蓋。（2）對直行程類閥，若帶有定位器附件時，對介質溫度不大于450℃的高溫閥，仍可選用普通型閥蓋，但必須選用石墨填料。

（3）介質溫度大于400℃時，需選用散熱型閥蓋和石墨填料。（4）為增加閥桿密封的可靠性，可選用雙層填料結構。7、定位器的選擇并不是選了定位器就一定好，不必要時，可以不選用定位器。如下情況應選用定位器：（1）電動儀表控制氣動閥，且為慢速響應系統(tǒng)時。（2）需要提高薄膜執(zhí)行機構輸出力的場合。（3）緩慢過程需要提高控制閥響應速度的場合，如控制溫度、液位等參數(shù)。（4）需要克服摩擦力，減小過大的回差造成控制品質差的場合，如低溫或采用柔性石墨填料的控制閥。（5）控制器比例帶很寬，但又要求閥小信號有響應時，采用無彈簧執(zhí)行機構控制的系統(tǒng)。帶定位器適用的閥，通常選用20~100kPa的彈簧。但為了提高輸出力，可選用氣源壓力PS=250kPa。對氣開閥，可選用60~180kPa的彈簧范圍，以增加起點執(zhí)行機構的輸出力。對氣閉閥可選用20~100kPa的彈簧，以增加關閉時執(zhí)行機構輸出力。

二控制閥正確安裝的若干問題1、安裝的一般性要求（1）控制閥應垂直、正立安裝在水平管道上，公稱通徑DN≥50的控制閥，其閥前后管道上最好有永久性支架。（2）控制閥安裝位置應方便操作維修，以便人員能進行維修和操作，必要時應設置平臺。（3）控制閥上、下部分應留有足夠的空間，以便在維修時取下執(zhí)行機構和閥內件以及閥的下法蘭和堵頭。（4）當控制閥安裝在有振動場合時，應考慮防振措施。（5）未安裝閥門定位器的控制閥，膜頭上最好安裝指示控制信號的小型壓力表。（6）控制閥應先檢查校驗，并在管道吹掃后安裝。（7）控制閥連接型式應符合制造廠產品說明書的規(guī)定。2、對安全考慮（1）閥門在操作的各個環(huán)節(jié)中(即安裝、試驗、操作和維修)，應首先注意人員和設備的安全性。（2）閥切斷后，閥門中的壓力還可保持一段時間，應有降壓的安全措施，如安裝放空閥或排放閥。（3）對液體介質，應安裝一個能夠限制流量的放空閥，以防過快打開放空閥時水擊所造成的危害。（4）對蒸汽管線，在接近控制閥的上下兩端應當保溫。（5）壓力波動嚴重的地方，應安裝管線緩沖器。3、對控制閥性能的考慮（1）配管通徑盡量與閥通徑一致。（2）控制閥入口直管段長度應盡可能長，至少不得小于10倍管道內徑。（3）控制閥出口直管段應有3~5倍管道內徑。（4）控制閥進出口取壓點的位置為閥前2倍管道內徑、閥后3倍管道內徑處。（5）必須按流動方向箭頭安裝控制閥，避免過大的安裝應力。4、對手動操作的考慮（1）閥門的安裝位置應便于操作人員操作，并應讓操作人員能夠看著指示器（如液位計）上顯示的參數(shù)來操作。（2）應考慮卸下控制閥手輪機構、定位器等附件的側面空間。（3）對大口徑、高空安裝的控制閥，要考慮到維護時操作人員有卸下連接螺栓的位置和操作人員的工作位置。

5、控制閥信號的配管和配線（1）控制閥的配管和配線方案應滿足控制系統(tǒng)的要求。（2）控制閥配管宜采用Φ6×1紫銅管，大膜頭控制閥和氣動閥宜采用Φ8×1紫銅管。三控制閥主要性能的現(xiàn)場檢測控制閥的性能指標很多，除安裝前核對產品的檢定、測試證明書外，應對如下項目進行重點檢測和調校。（1）基本誤差：將20~100kPa信號平穩(wěn)地增大或減小輸入氣室（或定位器）內，測量各點所對應的行程值，計算出“信號——行程”關系與理論值之間的各點誤差，其最大值即為基本誤差限。試驗點應按信號范圍的0%、25%、50%、75%、100%5個點進行，測量儀表基本誤差應小于被測試閥門基本誤差限的四分之一。（2）回差：實驗方法同上。在同一輸入信號上測得的正反行程的最大差值即回差。（3）始終點偏差：實驗方法同上。信號上限（始點）處的基本誤差即為始點偏差；信號下限（終點）處的基本誤差即為終點偏差。（4）泄漏試驗：通常試驗介質為常溫水，當閥的壓差小于350kPa時，實驗壓力按350kPa做，當閥的工作壓差大于350kPa時按允許壓差做。實驗介質應按規(guī)定流向進入閥內，閥出口可直接連通大氣或連接出口通大氣的低壓頭損失的測量裝置，在確認閥和下游各連接管完全充滿介質后，方可測取泄漏量。（5）對主要閥門，還要做壓力試驗。（6）對配套定位器的閥，在運輸、安裝過程中，很容易碰動定位器的反饋板和碰松氣源接頭。因此，在安裝、投運前，均應現(xiàn)場調試。四、控制閥的現(xiàn)場維護控制閥由于直接與工藝介質接觸，其性能直接影響到系統(tǒng)的質量和環(huán)境污染，所以對控制閥必須進行經常維護和定期檢修，尤其對使用條件惡劣和重要場合更應重視維修工作?？刂崎y的重點檢查維護部位有：（1）閥體內壁：對于使用在高壓差和腐蝕性介質場合的控制閥，閥體內壁、隔膜經常受到介質的沖擊和腐蝕，應重點檢查耐壓、耐腐情況。（2）閥座：固定閥座用的螺紋內表面易受腐蝕而使閥座松動，應重點檢查此部位。對高壓差下工作的閥還應檢查閥座密封面是否被沖蝕、汽蝕。（3）閥芯：受介質的沖刷、腐蝕最為嚴重，檢修時要認真檢查閥芯部分是否被腐蝕、磨損，特別是在高壓差的情況下，閥芯因汽蝕現(xiàn)象磨損更為嚴重。（4）檢查膜片、“o”型圈和其他密封墊是否裂化或老化。（5）密封填料：應注意聚四氟乙烯填料、密封潤滑油脂是否老化，配合面是否被損壞，必要時應更換。（6）附件的檢查與維護必須保證附件能滿足控制閥正常運行。五、控制閥常見故障及現(xiàn)場處理控制閥現(xiàn)場常見問題是關不死、打不開、回差大、泄漏大、振動、振蕩等，對它們的處理分別為：（1）閥芯關不死：對氣閉閥解決辦法是增大氣源壓力或調松彈簧預緊力（即降低氣室外起點壓力）。對氣開閥的解決方法是增大彈簧預緊力，同時增大起源壓力。（2）推桿動作遲鈍或不動作：檢驗膜片、滾動膜片、墊片是否老化、破裂引起漏氣。（3）回差大：推桿是否彎曲，填料壓蓋是否壓得太緊，尤其是石墨填料、閥芯導向是否有傷。解決辦法是換閥桿、換填料、增大導向間隙、換強力執(zhí)行機構。（4）閥的全行程不夠：松開閥桿連接螺母，將閥桿向外旋或向內伸。使全行程偏差值超過允許值再將螺母擰緊。（5）閥小開度穩(wěn)定性差：現(xiàn)場首先檢查是否流向裝反了，或閥選得太大，解決辦法是改為流開型安裝，縮小閥芯尺寸。（6）閥的動作不穩(wěn)定：定位器故障、輸出管線漏氣、執(zhí)行機構剛度太小、流體壓力變化造成推力不足。解決辦法是維修定位器和管線，改用剛度大的執(zhí)行機構。（7）泄漏量大：首先檢查密封面是否有傷、閥座與閥桿連接螺紋是否松動、閥關閉時壓差是否大于執(zhí)行機構的輸出力。解決辦法是更換密封面、擰緊閥座、更換高輸出力的執(zhí)行機構。（8）急劇振動：當所選閥頻率與系統(tǒng)頻率相同時，便會發(fā)生急劇振動，發(fā)生這種現(xiàn)象的概率約1%。解決辦法是更換不同結構的閥。（9）振蕩現(xiàn)象：是由于閥處于小開度工作或流向為流閉型所致。解決辦法是避免小開度工作，改流開型工作。六、結束語隨著機組容量的增大及自動化程度的提高，作為自動控制系統(tǒng)中的最后一關，控制閥的重要性越來越重要。一臺滿意的控制閥，不僅能使自控系統(tǒng)穩(wěn)定運行，減輕運行操作人員的勞動強度，而且能有效減少機組運行參數(shù)的偏差，提高機組的經濟性和電能質量。但遺憾的是，不少電廠使用的控制閥往往存在這樣那樣的問題，其中有設計和制造質量問題，但更多的問題則涉及到使用及維護。變頻恒壓供水控制一、風機、水泵專用變頻器眾所周知，水泵的負載轉矩與其轉速的平方成正比，輸入功率與轉速的三次方成正比。作為平主類轉矩負載，最佳的驅動則是由驅動器輸出符合此類轉矩特性的驅動源。森蘭BT12S系列變頻器，針對水泵類負載而設計，具有較強的控制功能，作為供水專用型變頻器，主要設計特點如下：內置PID閉環(huán)調節(jié)器。外接不同（反饋）傳感器即可方便地實現(xiàn)恒值運行。恒轉矩與平方轉矩二種V/F曲線，亦可用作通用變頻器。多泵切換。內含多泵運行切換控制軟件，選配標準擴展板，方便實現(xiàn)一拖六模式。睡眠控制。夜間用水較少，變頻器可自動控制一臺附屬泵運行，附屬泵工頻與變頻運行兩種方式可選擇。雙設定值運行，并可由端子選擇。報警輸出。包括變頻器故障，反饋測量值上、下限報警。運行監(jiān)視：循環(huán)顯示輸出電流，輸出電壓、頻率、反饋值、設定值等參數(shù)。傳感器供電電源輸出：+24V電源。二、變頻器恒壓供水瀘州醫(yī)學院附屬醫(yī)院，地形較為復雜，高、低用水點落差較大，選擇兩臺泵組，泵為多級潛水泵。設計選擇標準擴展板，實現(xiàn)一臺變頻器帶2臺泵組。基本控制如下圖所示：壓力傳感（變送）器，選擇24V供電，4~20mA輸出型，直接利用變頻供電。THR為過熱保護輸入以保護電機。將變頻器的數(shù)位操作面板延長到柜門，直接利用其運行（RUN），停止（STOP）鍵控制啟停。操作面板延長線直接用六芯屏蔽線制作即可，不超過30米。控制系統(tǒng)設計力求簡化，利用變頻器的PID及邏輯切換軟件模塊，實現(xiàn)自動恒壓運行，使外圍之器件減到最小，提高了可靠性和可維護性。經實測：系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，誤差±0.01Mpa，切換超調+0.02Mpa，啟動最大超調+0.04Mpa。較好地滿足了供水要求。幾種變頻供水設備的應用與控制一、普通循環(huán)軟啟動變頻供水設備該類型設備在實際應用中較多，系統(tǒng)由水泵機組、循環(huán)軟啟動變頻柜、壓力儀表、管路系統(tǒng)等構成。變頻柜由變頻調速器，PLC，多功能PCS-PID調節(jié)儀，低壓電器等構成。系統(tǒng)一般選擇同型號水泵2～3臺，以3臺泵為例，系統(tǒng)的工作情況如下：平時1臺泵變頻供水，當1臺泵供水不足時，先開的泵倒為工頻運行，變頻柜再軟啟動第2臺泵，若流量還不夠，第2臺泵倒為工頻運行，變頻柜再軟啟動第3臺泵。若用水量減少，按啟泵順序依次停止工頻泵，直到最后1臺泵變頻恒壓供水。另外系統(tǒng)具有定時換泵功能，若某臺泵連續(xù)運行超過24h變頻柜可自動停止該泵切換到下一臺泵繼續(xù)變頻運行。換泵時間由程序設定，可按要求隨時調整。這樣可均衡各泵的運行時間，延長整體泵組的壽命。為達到更好的節(jié)能目的，多功能PCS-PID調節(jié)儀設有雙恒壓接口，系統(tǒng)可實現(xiàn)雙恒壓供水功能。該系統(tǒng)一般適用于規(guī)模較小的多層住宅小區(qū)(如300戶以內)或其它小規(guī)模用水系統(tǒng)，水泵功率一般不超過7.5kW。另外也適用于小流量用水時間很短或用水量變化不大的其它場合，如循環(huán)水系統(tǒng)。二、帶小流量泵的循環(huán)軟啟動變頻供水設備當變頻供水系統(tǒng)在小流量或零流量的情況下，比如在夜間用水低谷時，系統(tǒng)內的用水量很小，此時水泵在低流量下運行，會造成水泵效率大大降低，不能達到節(jié)能的目的，水泵功率越大用電越多。例如對300～1000戶的多層住宅小區(qū)或600戶左右的小高層住宅樓群(12層以內)的生活用水系統(tǒng)，生活主泵功率一般在15kW左右，系統(tǒng)的零流量頻率f0一般為25～35Hz，故在夜間小流量時，采用主泵變頻供水效率較低。這就涉及供水系統(tǒng)在小流量或零流量時的節(jié)電問題，一般可以采取4種方案：①變頻主泵+工頻輔泵；②變頻主泵+工頻輔泵+氣壓罐；③變頻主泵+氣壓罐；④變頻主泵+變頻輔泵。從節(jié)能、投資角度看第4種方案更為適宜，該方案即在原變頻主泵基礎上，再配備1～2臺小泵專用在夜間或平時小流量時變頻供水，一般選擇小泵流量為3～6m3/h，居民區(qū)戶數(shù)越多，流量可適當選擇大些。小泵功率一般為1.5～3kW，小泵的揚程按主泵揚程或略低于主泵揚程即可。變頻柜采用PLC控制，程序采用模塊化設計，系統(tǒng)控制流程見圖1。平時系統(tǒng)運行于主泵循環(huán)軟啟動變頻供水模式，系統(tǒng)用水量減小時，主泵頻率逐漸降低，當頻率低于小流量頻率時，PCS-PID調節(jié)器發(fā)出低頻切換信號，延時2min，系統(tǒng)自動進入小泵變頻供水模式。當用水量增大，小泵流量不能滿足系統(tǒng)需要時，PCS-PID調節(jié)器發(fā)出滿頻信號，延時5min，系統(tǒng)自動返回主泵循環(huán)軟啟動變頻供水模式。為達到更好的節(jié)能效果，系統(tǒng)也可實現(xiàn)雙恒壓供水功能。以鄭州某單位住宅小區(qū)變頻供水系統(tǒng)為例，生活主泵配QDG30?20×3立式多級泵2臺，單臺Q=30m3/h，H=60m，N=11kW，小泵配QDL4.8-8×6立式多級泵1臺，Q=4.8m3/h，H=48m，N=1.5kW。在用水非高峰時，主泵運行小流量頻率平均為30Hz，電流為6.5A，采用小泵時小流量頻率平均為35Hz，電流為2.5A，按每天小流量運行時間15h計算，每年可節(jié)電3800kW·h。

圖1變頻柜PLC控制流程三、全流量高效變頻供水設備對比較大的生活小區(qū)和高層建筑的生活用水，若單配主泵機組和小流量泵，因小泵流量QL和主泵流量QM差別較大，當流量調節(jié)范圍在QL～1/3Qm時，水泵的運行效率仍很低，導致水泵運行不經濟，浪費電能。并且流量在大于或接近QL時還會出現(xiàn)頻繁的換泵操作。為實現(xiàn)在全流量范圍內水泵始終能高效率運行，這就有必要再增加一種中流量水泵，流量可選為1/3Qm～1/2QM。特殊情況下還可增加2種中流量水泵。這樣整體水泵流量選擇呈階梯狀，從而使得設備在任何流量段運行時均處于水泵的高效率段，更加節(jié)能。變頻柜控制核心由PLC和多功能PCS-PID調節(jié)儀構成，以三種泵配置為例，系統(tǒng)的控制流程見圖2。系統(tǒng)也可實現(xiàn)雙恒壓供水功能，中泵和小泵變頻時低恒壓供水，主泵變頻時高恒壓供水。

圖2三種泵變頻控制流程四、深水井變頻供水設備目前深水井潛水泵采用變頻調速控制的也非常廣泛，主要是因為不需再建水塔，設備占地小，建設周期短，水質無二次污染，水泵軟啟動軟停車，故障率低，大修周期延長，壽命提高。但對夜間也要求供水的系統(tǒng)(一般居民生活用水都有要求)，仍存在夜間小流量"費電"問題。一般潛水泵功率較大，小流量頻率fL一般在28Hz以上。如30kW的潛水泵，小流量頻率按30Hz計算，每天夜間近6h內約有50kW·h電能"浪費"，一年就是18000kW·h!這還未計入白天小流量時的用電。為解決小流量耗電問題，可增配1臺直徑600～1200的囊式氣壓罐，一般氣壓罐可直接安裝在泵房。根據(jù)氣壓罐的調節(jié)容量合理設置小流量頻率fL。變頻柜控制核心仍為PLC和多功能PCS?PID調節(jié)儀，當系統(tǒng)用水量變小，運行頻率降至小流量頻率fL時，系統(tǒng)進入小流量變頻穩(wěn)壓狀態(tài)，同時PLC自動計算潛水泵啟動次數(shù)，若小時啟動次數(shù)D≥12次，系統(tǒng)則回到潛水泵變頻恒壓供水狀態(tài)。系統(tǒng)的程序見圖3。

圖3啟動次數(shù)判斷五、生活消防合用變頻供水設備對多層建筑，《建筑設計防火規(guī)范》GBJ16-87第8.1.2條規(guī)定"消防給水宜與生產、生活給水管道合用"。但對高層建筑，《高層民用建筑設計防火規(guī)范》GB50045-95第7.4.1條規(guī)定"室內消防給水系統(tǒng)應與生活、生產給水系統(tǒng)分開獨立設置"。而12層以內小高層建筑(特別是住宅樓群)，生活消防壓力差別不大，若管材選用適當或消防管路采取防倒流措施，在采用變頻設備及電源可靠條件下，建議高規(guī)適當放寬要求應允許生活消防合用供水設備。同時有以下優(yōu)點：1、生活消防泵組定時輪換運行，不會因消防泵長期不用或管理不善而使水泵銹死，機組時刻處在工作狀態(tài)。2、生活泵組和消防泵組合用，基本節(jié)省一套消防泵組，且便于設備管理和維護。3、設備自動化程度高，供水穩(wěn)定可靠，且水質無二次污染。4、水泵軟啟動軟停車，無沖擊和超壓危害。系統(tǒng)可按循環(huán)軟啟動變頻設備或帶小流量泵的循環(huán)軟啟動變頻供水設備選型，主泵流量按生活、消防兩者最大的來選擇，并留有1臺備用泵，揚程一般按消防設計壓力選擇。另外還應注意的有以下幾點：1、應設消防接口，如有消防報警系統(tǒng)應設24VDC無源啟停接口，如為消防按鈕開關控制，宜留交流200V有源接口。2、應有消防時確保消防用水的技術措施，如在生活總管上安裝電磁閥，消防時關閉生活用水。3、應設水位接口，消防低水位報警，并關閉生活用水。4、應有雙恒壓功能，即平時低恒壓生活供水，消防時自動轉入高恒壓消防供水。5、消防時應限制退泵操作，以防止壓力不穩(wěn)。六、消防變頻恒壓穩(wěn)壓供水設備多層建筑消火栓或自動噴水滅火系統(tǒng)采用消防主泵變頻供水設備時，可不再設穩(wěn)壓小泵，由主泵變頻運行來保壓。若消防管網(wǎng)室外部分較大，可增加調節(jié)容量100L左右的穩(wěn)壓罐即可。設備的主要功能如下。1、主泵變頻穩(wěn)壓功能平時無消防時，設備處于變頻穩(wěn)壓工作狀態(tài)，由電接點壓力表采集管網(wǎng)水壓信號，當管網(wǎng)水壓低于穩(wěn)壓下限時，消防泵變頻運行，向消防管網(wǎng)補水，當管網(wǎng)水壓達到穩(wěn)壓上限時，消防泵軟停止。2、自動換泵功能消防主泵具有周期輪換穩(wěn)壓運行功能，換泵周期由變頻柜程序設定，一般設定為24h。若設備檢測到穩(wěn)壓主泵故障時，立即切換到另一臺主泵穩(wěn)壓運行，并報警顯示。3、自動巡檢功能設備具有定期強制自動巡檢功能或隨時手動巡檢功能，以防水泵長期不運轉而"銹死"。巡檢周期為14d，單泵巡檢運行時間為1min。若水泵故障，設備可自動報警并記憶。4、自動消防恒壓供水設備接到消防信號，立即進入消防主恒壓供水狀態(tài)。變頻柜具有循環(huán)軟啟動功能，若一臺泵故障或流量不夠，可自動變頻啟動另一臺泵。消防信號解除，立即恢復至平時消防高穩(wěn)壓供水狀態(tài)。5、智能消防功能因火災或管網(wǎng)漏水嚴重，在無消防信號情況下，設備自動進入消防高恒壓供水狀態(tài)并報警，防止真正火災發(fā)生時水泵頻繁啟停，水壓時高時低不穩(wěn)，影響滅火用水。該類消防設備安裝相對集中，配置簡易，系統(tǒng)自動化程度高，減少了平時管理要分散保養(yǎng)、維護、檢查的工作量。鄭州某市場采用了2套消防變頻恒壓穩(wěn)壓供水設備，均未設穩(wěn)壓小泵和高位水箱，從一年多的運行情況看，使用效果非常理想。變頻器的諧波干擾與抑制變頻器中要進行大功率二極管整流、大功率晶體管逆變，結果是在輸入輸出回路產生電流高次諧波，干擾供電系統(tǒng)、負載及其他鄰近電氣設備。在實際使用過程中，經常遇到變頻器諧波干擾問題，下面簡單介紹諧波產生的機理、傳播途徑及有效抑制干擾的方法。一、變頻器諧波產生機理變頻器的主電路一般為交-直-交組成，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經三相橋路不可控整流成直流電壓信號，經濾波電容濾波及大功率晶體管開關元件逆變?yōu)轭l率可變的交流信號。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅立葉級數(shù)分解為基波和各次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。在逆變輸出回路中，輸出電流信號是受PWM載波信號調制的脈沖波形，對于GTR大功率逆變元件，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變元件的PWM最高載頻可達15kHz。同樣，輸出回路電流信號也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，而高次諧波電流對負載直接干擾。另外高次諧波電流還通過電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設備。二、抑制諧波干擾常用的方法諧波的傳播途徑是傳導和輻射，解決傳導干擾主要是在電路中把傳導的高頻電流濾掉或者隔離；解決輻射干擾就是對輻射源或被干擾的線路進行屏蔽。具體常用方法：（1）變頻系統(tǒng)的供電電源與其他設備的供電電源相互獨立，或在變頻器和其他用電設備的輸入側安裝隔離變壓器，切斷諧波電流。（2）在變頻器輸入側與輸出側串接合適的電抗器，或安裝諧波濾波器，濾波器的組成必須是LC型，吸收諧波和增大電源或負載的阻抗，達到抑制諧波的目的。（3）電動機和變頻器之間電纜應穿鋼管敷設或用鎧裝電纜，并與其他弱電信號在不同的電纜溝分別敷設，避免輻射干擾。（4）信號線采用屏蔽線，且布線時與變頻器主回路控制線錯開一定距離（至少20cm以上），切斷輻射干擾。（5）變頻器使用專用接地線，且用粗短線接地，鄰近其他電器設備的地線必須與變頻器配線分開，使用短線。這樣能有效抑制電流諧波對鄰近設備的輻射干擾。三、抑制諧波干擾實例例1，某變頻切換控制系統(tǒng)，變頻器啟動運行正常，而鄰近液位計讀數(shù)偏高，一次表輸入4mA時，液位顯示不是下限值；液位未到設定上限值時，液位計卻顯示上限，致使變頻器接收停機指令，迫使變頻器停止運行。

這顯然是變頻器的高次諧波干擾液位計，干擾傳播途徑是液位計的電源回路或信號線。解決辦法：將液位計的供電電源取自另一供電變壓器，諧波干擾減弱，再將信號線穿入鋼管敷設，并與變頻器主回路線隔開一定距離，經這樣處理后，諧波干擾基本抑制，液位計工作恢復正常。例2，某變頻控制液位顯示系統(tǒng)，液位計與變頻器在同一個柜體安裝，變頻器工作正常，而液位計顯示不準且不穩(wěn)，起初我們懷凝一次表、二次表、信號線及流體介質有問題，更換所有這些儀表、信號電纜，并改善流體特性，故障依然存在，而這故障就是變頻器的高次諧波電流通過輸出回路電纜向外輻射，傳遞到信號電纜，引起干擾。

解決辦法：液位計信號線及其控制線與變頻器的控制線及主回路線分開一定距離，且柜體外信號線穿入鋼管敷設，外殼良好接地，故障排除。例3，某變頻控制系統(tǒng)，由兩臺變頻器組成，且在同一柜體內，變頻器調頻方式均為電位器手調方式，運行某一臺變頻器時，工作正常，兩臺同時運行時，頻率互相干擾，即調節(jié)一臺變頻器的電位器對另一臺變頻器的頻率有影響，反過來也一樣。開始我們認為是電位器及控制線故障，排除這種可能后，斷定是諧波干擾引起。

解決辦法：把其中一只電位器移到其他柜體固定，且引線用屏蔽信號線，結果干擾減弱。為了徹底抑制干擾，重新加工一個電控柜，并與原柜體一定距離放置，把其中的一臺變頻器移到該電控柜，相應的接線及引線作必要的改動，這樣處理后，干擾基本消除，故障排除。例4，某變頻控制系統(tǒng)，切換兩套機泵，原先機泵是靠自耦降壓啟動工頻運行正常，現(xiàn)改為變頻運行，雖能實現(xiàn)調頻減速功能，但變頻器輸出端到電動機間的輸出線嚴重發(fā)熱，電動機外殼溫升加重，經常出現(xiàn)保護跳閘。這是由于變頻器輸出電壓和電流信號中包含PWM高次諧波，而諧波電流在輸出導線和電動機繞線上形成附加功率損耗。

解決辦法：把變頻器輸入線與輸出線分開，分別走各自的電纜溝，選用大一號截面的電纜換原先電纜，輸出端與電動機之間的電纜長度盡可能短。這樣處理后，發(fā)熱故障排除。對現(xiàn)場出現(xiàn)的各種變頻器高次諧波干擾，基本上都能照以上介紹的方法順利抑制，但對諧波成分及幅度要求很嚴的設備，徹底抑制高次諧波干擾非常困難，有待進一步攻關解決。變頻器周邊控制回路的抗干擾措施由于主回路的非線性（進行開關動作），變頻器本身就是諧波干擾源，而其周邊控制回路卻是小能量、弱信號回路，極易遭受其它裝置產生的干擾，造成變頻器自身和周邊設備無法正常的工作。因此，變頻器在安裝使用時，必須對控制回路采取抗干擾措施。一、變頻器的基本控制回路同外部進行信號交流的基本回路有模擬與數(shù)字兩種：1、4~20mA電流信號回路（模擬）；1~5V/0~5V電壓信號回路（模擬）。2、開關信號回路，變頻器的開停指令、正反轉指令等（數(shù)字）。外部控制指令信號通過上述基本回路導入變頻器，同時干擾源也在其回路上產生干擾電勢，以控制電纜為媒體入侵變頻器。二、干擾的基本類型及抗干擾措施。1、靜電耦合干擾：指控制電纜與周圍電氣回路的靜電容耦合，在電纜中產生的電勢。措施：加大與干擾源電纜的距離，達到導體直徑40倍以上是，干擾程度就不大明顯。在兩電纜間設置屏蔽導體，再將屏蔽導體接地。2、靜電感應干擾：指周圍電氣回路產生的磁通變化在電纜中感應出的電勢。干擾的大小取決干擾源電纜產生的磁通大小，控制電纜形成的閉環(huán)面積和干擾源電纜與控制電纜間的相對角度。措施：一般將控制電纜與主回路電纜或其它動力電纜分離鋪設，分離距離通常在30cm以上（最低為10cm），分離困難時，將控制電纜穿過鐵管鋪設。將控制導體絞合，絞合間距越小，鋪設的路線越短，抗干擾效果越好。3、電波干擾：指控制電纜成為天線，由外來電波在電纜中產生電勢。措施：同1和2所述。必要時將變頻器放入鐵箱內進行電波屏蔽，屏蔽用的鐵箱要接地。4、接觸不良干擾：指變頻器控制電纜的電接點及繼電器觸電接觸不良，電阻發(fā)生變化在電纜中產生的干擾。措施：對繼電器觸點接觸不良，采用并聯(lián)觸點或鍍金觸點繼電器或選用密封式繼電器。對電纜連接點應定期做擰緊加固處理。5、電源線傳導干擾：指各種電氣設備從同一電源系統(tǒng)獲得供電時，由其它設備在電源系統(tǒng)直接產生電勢。措施：變頻器的控制電源由另外系統(tǒng)供電；在控制電源的輸入側裝設線路濾波器；裝設絕緣變壓器，且屏蔽接地。6、接地干擾：指機體接地和信號接地。對于弱電壓電流回路及任何不合理的接地均可誘發(fā)的各種意想不到的干擾，比如設置兩個以上接地點，接地處會產生電位差，產生干擾。措施：速度給定的控制電纜取1點接地，接地線不作為信號的通路使用。電纜的接地在變頻器側進行，使用專設的接地端子，不與其它接地端子共用。并盡量減少接地端子引接點的電阻，一般不大于100d。三、其它注意事項1、裝有變頻器的控制柜，應盡量遠離大容量變壓器和電動機。其控制電纜線路也應避開這些漏磁通大的設備。2、弱電壓電流控制電纜不要接近易產生電弧的斷路器和接觸器。3、控制電纜建議采用1.25mm2或2mm2屏蔽絞合絕緣電纜。4、屏蔽電纜的屏蔽要連續(xù)到電纜導體同樣長。電纜在端子箱中連接時，屏蔽端子要互相連接。電機軟啟動1、什么是軟起動器？它與變頻器有什么區(qū)別？軟起動器是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為SoftStarter。它的主要構成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導通角，使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現(xiàn)不同的功能。軟起動器和變頻器是兩種完全不同用途的產品。變頻器是用于需要調速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時改變頻率；軟起動器實際上是個調壓器，用于電機起動時，輸出只改變電壓并沒有改變頻率。變頻器具備所有軟起動器功能，但它的價格比軟起動器貴得多，結構也復雜得多。2、什么是電動機的軟起動？有哪幾種起動方式？運用串接于電源與被控電機之間的軟起動器，控制其內部晶閘管的導通角，使電機輸入電壓從零以預設函數(shù)關系逐漸上升，直至起動結束，賦予電機全電壓，即為軟起動，在軟起動過程中，電機起動轉矩逐漸增加，轉速也逐漸增加。軟起動一般有下面幾種起動方式。（1）斜坡升壓軟起動。這種起動方式最簡單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調整晶閘管導通角，使之與時間成一定函數(shù)關系增加。其缺點是，由于不限流，在電機起動過程中，有時要產生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對電網(wǎng)影響較大，實際很少應用。（2）斜坡恒流軟起動。這種起動方式是在電動機起動的初始階段起動電流逐漸增加，當電流達到預先所設定的值后保持恒定（t1至t2階段），直至起動完畢。起動過程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動機負載調整設定。電流上升速率大，則起動轉矩大，起動時間短。該起動方式是應用最多的起動方式，尤其適用于風機、泵類負載的起動。（3）階躍起動。開機，即以最短時間，使起動電流迅速達到設定值，即為階躍起動。通過調節(jié)起動電流設定值，可以達到快速起動效果。（4）脈沖沖擊起動。在起動開始階段，讓晶閘管在級短時間內，以較大電流導通一段時間后回落，再按原設定值線性上升，連入恒流起動。該起動方法，在一般負載中較少應用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動場合。3、軟起動與傳統(tǒng)減壓起動方式的不同之處在哪里？籠型電機傳統(tǒng)的減壓起動方式有Y-q起動、自耦減壓起動、電抗器起動等。這些起動方式都屬于有級減壓起動，存在明顯缺點，即起動過程中出現(xiàn)二次沖擊電流。軟起動與傳統(tǒng)減壓起動方式的不同之處是：（1）無沖擊電流。軟起動器在起動電機時，通過逐漸增大晶閘管導通角，使電機起動電流從零線性上升至設定值。（2）恒流起動。軟起動器可以引入電流閉環(huán)控制，使電機在起動過程中保持恒流，確保電機平穩(wěn)起動。（3）根據(jù)負載情況及電網(wǎng)繼電保護特性選擇，可自由地無級調整至最佳的起動電流。4、什么是電動機的軟停車？電機停機時，傳統(tǒng)的控制方式都是通過瞬間停電完成的。但有許多應用場合，不允許電機瞬間關機。例如：高層建筑、大樓的水泵系統(tǒng)，如果瞬間停機，會產生巨大的“水錘”效應，使管道，甚至水泵遭到損壞。為減少和防止“水錘”效應，需要電機逐漸停機，即軟停車，采用軟起動器能滿足這一要求。在泵站中，應用軟停車技術可避免泵站的“拍門”損壞，減少維修費用和維修工作量。軟起動器中的軟停車功能是，晶閘管在得到停機指令后，從全導通逐漸地減小導通角，經過一定時間過渡到全關閉的過程。停車的時間根據(jù)實際需要可在0~120s調整。5、軟起動器是如何實現(xiàn)輕載節(jié)能的？籠型異步電機是感性負載，在運行中，定子線圈繞組中的電流滯后于電壓。如電機工作電壓不變，處于輕載時，功率因數(shù)低，處于重載時，功率因數(shù)高。軟起動器能實現(xiàn)在輕載時，通過降低電機端電壓，提高功率因數(shù)，減少電機的銅耗、鐵耗，達到輕載節(jié)能的目的；負載重時，則提高電機端電壓，確保電機正常運行。6、軟起動器具有哪些保護功能？（1）過載保護功能：軟起動器引進了電流控制環(huán)，因而隨時跟蹤檢測電機電流的變化狀況。通過增加過載電流的設定和反時限控制模式，實現(xiàn)了過載保護功能，使電機過載時，關斷晶閘管并發(fā)出報警信號。（2）缺相保護功能：工作時，軟起動器隨時檢測三相線電流的變化，一旦發(fā)生斷流，即可作出缺相保護反應。（3）過熱保護功能：通過軟起動器內部熱繼電器檢測晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值后自動關斷晶閘管，并發(fā)出報警信號。（4）其它功能：通過電子電路的組合，還可在系統(tǒng)中實現(xiàn)其它種種聯(lián)鎖保護。7、什么是軟起動MCC控制柜？MCC（MotorControlCenter）控制柜，即電動機控制中心。軟起動MCC控制柜由以下幾部分組成：（1）輸入端的斷路器，（2）軟起動器（包括電子控制電路與三相晶閘管），（3）軟起動器的旁路接觸器，（4）二次側控制電路（完成手動起動、遙控起動、軟起動及直接起動等功能的選擇與運行），有電壓、電流顯示和故障、運行、工作狀態(tài)等指示燈顯示。8、有的軟起動器為什么裝有旁路接觸器？大多數(shù)軟起動器在晶閘管兩側有旁路接觸器觸頭，其優(yōu)點是：（1）控制柜具有了兩種起動方式（直接起動、軟起動）。（2）軟起動結束，旁路接觸器閉合，使軟起動器退出運行，直至停車時，再次投入，這樣即延長了軟起動器的壽命，又使電網(wǎng)避免了諧波污染，還可減少軟起動器中的晶閘管發(fā)熱損耗。9、軟起動MCC控制柜有哪些擴展功能？將軟起動MCC控制柜進一步加以組合，可以實現(xiàn)多種復合功能。例如：將兩臺控制柜加上控制邏輯，可以組成“一用一備方案”，用于大樓的消防系統(tǒng)與噴淋泵、生活泵等系統(tǒng)。如果配上PC（可編程序控制器），則可以實現(xiàn)消防泵定時（如半個月）自動檢測，定時自動關閉；加上相應的控制邏輯，則可以對消防泵及各個系統(tǒng)運轉是否正常實施平時檢測時，定時低速低水壓（不出水）運行；在滅火時，則實施全速滿載運行。將若干臺電機加上控制邏輯組合，可以組成生活泵系統(tǒng)或其它專用系統(tǒng)，按需要量逐次打開各臺電機，也可逐次減少電機，實現(xiàn)最佳效率運行。還可以根據(jù)客戶要求，實現(xiàn)多臺電機每次自動轉換運行，使各臺電機都處于同等的運行壽命期。10、軟起動器適用于哪些場合？原則上，籠型異步電動機凡不需要調速的各種應用場合都可適用。目前的應用范圍是交流380V（也可660V），電機功率從幾千瓦到800kW。軟起動器特別適用于各種泵類負載或風機類負載，需要軟起動與軟停車的場合。同樣對于變負載工況、電動機長期處于輕載運行，只有短時或瞬間處于重載場合，應用軟起動器（不帶旁路接觸器）則具有輕載節(jié)能的效果。電機軟啟動器的探討一、電動機起動方式的選擇作為應用最廣泛的鼠籠型異步電動機，它采用降壓起動的條件：一是電動機起動時，機械不能承受全壓起動的沖擊轉矩；二是電動機起動時，其端電壓不能滿足規(guī)范要求；三是電動機起動時，影響其他負荷的正常運行。對于降壓起動目前有兩