传感器在取水泵站的应用分析

周思逸

摘要：文中主要先简述了传感器的定义，主要特点和分类，再列举分析了传感器在取水泵站的应用，最后谈到了传感器性能要求和日常保养。

关键词：温度传感器;液位传感器;热电阻;超声波

图分类号：TV674

文献标识码：A

文章编号：2095-6487（2019）02-0129-02

0引言

长江，原水厂隶属于上海城投原水有限公司，是上海最先取用长江水源的原水厂，位于上海市宝山区罗泾镇，负责管理上海市主要水源地之一“陈行水库”。现长江原水厂包含两座取水泵房、两座输水泵房、一座增压泵房。现如今全球逐步进入智能化时代，我厂紧跟时代步伐，不断发展创新，实现设备的全面自动化，努力建设属于自己的物联网。

1传感器的定义

国家标准GB/T7665-2005对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。”敏感元件指传感器中能直接感受（或称响应）被测量的部分;转换元件指传感器中能将敏感元件感受（或响应）的被测量转换成适于传输和测量的电信号部分。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。

2传感器的主要特点和分类

传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它促进了传统产业的改造和更新换代，成为了新的经济增长点。

目前对传感器还没有一个统一的分类方法，但比较常用的有如下二种：

（1）按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、气体成份等传感器。

（2）按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、热电偶等传感器。

3传感器在取水泵站的应用

3.1温度传感器

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。在取水泵站，主要用于电机的上导、下导、推力轴承，三相定子等温度的测量，能够及时了解到设备的运行温度情况;同时还运用于循环水池，监测其温度，确保循环水水温的正常;测量变压器温度时使用的测温仪也算一个。

温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器和IC温度传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按照传感器材料及电子元件特性可分为热电阻和热电偶两类，取水泵站主要使用前者。热电阻是中低温区（-200～800°C）最常用的一种温度检测器[2]。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。主要特点是测量精度高，性能稳定。热电阻大部分都由纯金属材料制成，应用最多的是铂和铜。金属热电阻常用的感温材料种类较多，最常用的是铂丝。

现在的取水泵站就用Pt100铂热电阻对电机各部件温度进行测量。Pt100的阻值跟温度的变化成正比，当Pt100温度为0°C时它的阻值为100欧姆，在100°C时它的阻值约为138.5欧姆。金属热电阻的电阻值和温度一般可以用以下的近似关系式表示，即Rt=Rt0[1+a（t-t0）];式中，Rt为温度t时的阻值;Rt0为温度t0（通常t0=0°C）时对应电阻值;a为温度系数。我们将铂热电阻与电机上所需测量的各部件相互接触，用导线引出到接线端子，再从接线端子连接到PLC模块进行处理，由于这之间存在一定的距离，热电阻的引线势必会对测量数据有较大的影响。为此我们采用三线制接法，即在电阻的a端并联一个c端，实现电阻引出a、b、c三个接线端子，这样由b导线引入的测量导线本身的电阻，可以由c导线来补偿，使引线电阻的误差影响减小很多。

3.2液位传感器

液位传感器是一种测量液位的压力传感器，它主要分为两类。一类为接触式，包括单法兰静压/双法兰差压液位传感器，浮球式液位传感器，投入式液位传感器等。第二类为非接触式，包括超声波液位传感器，雷达液位传感器等。在取水泵站，主要运用到了投入式液位传感器和超声波液位传感器。前者主要出現在水库、清水池、循环水池、污水坑，后者则出现在长江、前池、小水厂，保证了能及时了解到液位情况，进行相应的操作。

投入式液位传感器，基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，取水泵站液位探头主要使用的是陶瓷电容膜片。工作原理：当液位传感器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为：P=g·H+Po;式中，P为传感器迎液面所受压力;ρ为被测液体密度;g为当地重力加速度;Po为液面上大气压;H为传感器投入液体的深度。同时，通过导气细管将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压Po与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的Po，使传感器测得压力为：ρ·g·H，那么通过测取压力P，就可以得到液位深度。

超声波液位传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波具有频率高、波长短、绕射现象小，方向性好等特点。它主要由压电晶片组成，这是它的核心，既可以发射超声波，也可接收超声波。构成晶片的材料有很多种，晶片的大小也不尽相同，因此每个传感器的性能也会不同，我们在使用前必须先了解其性能。工作原理：超声波液位传感器在微处理器的控制’下，发射和接收超声波，并由超声波在空中的传播时间t来计算出传感器与被测物体之间的距离s，由于声波在空中传播的速度c是一定的，则根据：s=ct/2可计算出s，又因为传感器与容器的底部距离H是一定的，可以得出被测物的液位h=H-s[3]。

3.3其它传感器

上文主要谈到了两个比较常用的传感器，其实还有许多其它传感器也运用在取水泵站的日常生产中。如：流量传感器，计算进入水库的水流量;压力传感器，显示出水管的瞬时压力值;电压、电流传感器，反映设备的运行状况;水质在线仪表的数据更新也离不开传感器的帮助。当然不得不提到的就是氯度传感器，它时刻监测着长江、水库各站点的氯化物浓度，应对咸潮的侵袭，保证原水质量。在今后，可能会有越来越多的传感器出现在泵站，既是自动化的改造需要，也是确保生产安全的有力武器。

4传感器的性能要求和日常保养

无论何种传感器，作为检测系统的首要环节，通常都必须具有快速、准确、可靠而又能经济地实现信号转换的性能。即转换灵敏度要高，精度适当，稳定性高，适应性和适用性强，且具有一定的过载能力。实际的传感器往往很难满足这些性能要求，应根据应用的目的、使用环境、被测对象状况、精度要求等具体条件作全面综合考虑。

为了使传感器测量的数据更为准确，使用寿命更加长久，我们会定期做些必要的保养工作。如：①测温元件Pt100：每年接线桩头紧固，Pt100阻值测量。②液位仪表系统：每年对WELL72、BR62投入式液位仪、FMU超声波液位仪结合基准面高程测量，对液位仪安装的标高值进行调整。③氯度传感器：每年对氯度传感器进行标定保养、安装及维护。

5结束语

传感器作为信息传递的主要途径和手段在泵站生产运行等方面起到了重要的作用，大大提高了生产安全和设备合理利用率。随着我厂设备自动化的不断实施和改造，传感器技术将显得尤为至关重要，我们必须配备质量优、性能好的传感器，走精细化、可持续发展道路，不断提升科技含量，用心织好物联这一张网，用实际行动为原水大发展努力奋斗。

参考文献

[1]GB/T7665-2005传感器通用术语[S].

[2]樊尚春.传感器技术及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2016.

[3]GB/T4210-2001电工术语电子设备用机电元件[S].