水塔水位控制系统文献综述(共9页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上文献综述题 目 水位检测方法学生姓名 专业班级 电子信息工程07级2班 学 号 院 （系） 电气信息工程学院 指导教师 完成时间 2011年04月20日 专心-专注-专业水位检测方法摘 要在社会经济飞速发展的今天，水在人们正常生活和生产中起着越来越重要的作用，一旦断了水，轻则给人民生活带来极大的不便，重则可能造成严重的生产事故及损失。随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生活的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的水位控制系统就是其中之一。水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，水塔供水的主要问题是塔内水位应该始终保持在一定范围内，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点，而自动控制原理，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，保持水压恒定以满足用水要求，从而提高了供水系统的质最。而智能控制系统的成本低，安装方便，灵敏性好，是节约水源，方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置。关键词 水位信息 水塔水位 水位计 目 录1引言我国的供水自动化系统发展已初有成效。供水自动化系统主要包括水厂自动化和供水管网调度自动化两个方面。由水工业的社会性所决定，水工业的学科体系由多个相互关联的学科组成，包括：水质与水处理枝术、水工业工程技术、水处理基础科学、水社会科学，水工业设备制造枝术等，它们共同支撑着水工业的工业体系。而在这些学科中水质与水处理技木和水工业工程技术是水工业学科体系中的主导学科。近几十年来，自动控制技术迅猛发展，在工农业生产，交通运输，国防建设和航空，航天事业等领域中获得广泛的应用。随着生产和科学技术的发展，自动控制技术至今己渗透到各种科学领域，成为促进当今生产发展和科学技术进步的重要因素。比如在生活方面的温度调节、湿度调节、自动洗衣机、自动售货机、自动电梯、空气调节器、电冰箱、自动路灯、自动门、保安系统等。在工业方面主要分为两大类：一类是气体、水位、粉体、石油化工制药、轻工食品、建材等行业。需要对温度、压力、物位、流量、成分等参数进行控制。另一类是对己成型材料的进一步加工或者对多种己成型材料的装配，主要控制位移、速度、角度等参数这些都需要应用自动控制学科的知识。水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统，水塔供水的主要问题是塔内水位应该始终保持在一定范围内，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点，而自动控制原理，依据用水量的变化自动调节系统的运行参数，保持水压恒定以满足用水要求，从而提高了供水系统的质最。而智能控制系统的成本低，安装方便，灵敏性好，是节约水源，方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置。本文将主要查找的资料汇总，提取对设计系统，写作论文有用的知识点，加以概述。2 水位检测2.1 水位检测现状和发展趋势在日常生产和生活中常遇到水位的检测问题。从20世纪80年代开始 ,一些发达国家就借助于微电子、计算机、光纤、超声波等高科技使水位自动计量呈现出集功能、精度和现场于一体的新水平。近年来，随着工业的发展，计算机、微电子、传感器等高新技术的应用和研究，水位仪表的研制得到了长足的发展，以适应越来越高的应用要求。目前，水位测量技术已经广泛的运用在工业部门和日常检测部门中。例如：水位测量技术在石油、化工、气象等部门的应用。在测量条件和环境来说，有的测量系统被运用在十分复杂的条件与环境中。例如:有的是高温高压，有的是低温或真空，有的需要防腐蚀、防辐射，有的从安装上提出苛刻的限制，有的从维护上提出严格的要求等。这些都大大的提高了对测量技术的要求。所以能实现测量的无接触与智能化是水位测量计现在的主要发展方向。在现代工业生产中，常常需要测量容器中水位的水位。在一般的生产过程中，水位测量的目的主要是通过水位测量来确定容器里的原料、半成品或产品的数量，以保证生产过程各环节物料平衡以及为进行经济核算提供可靠的依据;另外还为了在连续生产的情况下，通过水位测量，了解水位是否在规定的范围内，从而维持正常生产、保证产品的产量和质量以及保证安全生产。水位的测量在工业生产过程中的作用已经相当重要1。在目前市场上，按测量水位的感应元件与被测水位是否接触，水位仪表可以分为接触型和非接触型两大类2。接触型水位测量主要有：人工检尺法、浮子测量装置、伺服式水位计、电容式水位计以及磁致伸缩水位计等。它们的共同点是测量的感应元件与被测水位接触，即都存在着与被测水位相接触的测量部件且多数带有可动部件。因此存在一定的磨损且容易被水位沾污或粘住，尤其是杆式结构装置，还需有较大的安装空间，不方便安装和检修。非接触型水位测量主要有微波雷达水位计、射线水位计以及激光水位计等。顾名思义，这类测量仪表的共同特点是测量的感应元件与被测水位不接触。因此测量部件不受被测介质影响，也不影响被测介质，因而其适用范围较为广泛，可用于接触型测量仪表不能满足的特殊场合，如粘度高、腐蚀性强、污染性强、易结晶的介质。2.2 水位测量的分类水位计量仪表早期大多采用机械原理,但近年来随着电子技术的应用，逐步向机电一体化发展，并且发展了许多新的测量原理。在传统原理中也渗透了电子技术及微机技术，结构有了很大的改善、功能有了很大的提高。根据水位位测量所涉及的水位存储容器、被测介质以及工艺过程的不同，水位计类型的选用也不同。在进行水位测量前，必须充分了解水位测量的工艺特点，以此作为水位计设计过程中的参考因素。如果按照接触方式来划分可以分为，第一种是非接触测量方式的水位仪；第二种是接触测量方式的水位仪。2.2.1 非接触型水位仪表非接触型测量仪表主要包括超声波水位计、雷达水位计、射线水位计以及激光水位计等。这类水位测量仪表的共同特点是测量的敏感元件与被测水位不接触，因此不受被测介质影响，也不影响被测介质，因而适用范围较为广泛，可用于接触式测量仪表不能满足的特殊场合如粘度高、腐蚀性强、污染性强、易结晶的介质。(1) 超声波水位计：超声波水位计是非接触式水位计中发展最快的一种。超声波在同一种介质中传播速度相对恒定，遇到被测物体表面时会产生反射，基于此原理研制出了超声波水位计3。目前，智能化的超声波水位计能够对接收信号做精确的处理和分析:可以将各种干扰信号过滤出来:识别多重回波;分析信号强度和环境温度等有关信息。这样即便在有外界干扰的情况下，也能够进行精确的测量。超声波水位计不仅能定点和连续测量，而且能方便地提供遥测和遥控所需的信号。同时，超声波水位计不存在可动部件，所以在安装和维护上相应比较方便。超声测位技术可适用于气体、水位或固体等多种测量介质，因而具有较大的适应性且价格较为便宜。新型气密结构、耐腐蚀的超声波传感器可测量高达几十米的水位4。(2) 雷达水位计：雷达水位计发明于60年代，通常采用调频雷达原理，利用同步调频脉冲技术，将微波发射器和接收器安装在罐顶，向液面发射频率调制的微波信号。当接收到回波信号时，由于来回传播时间的延迟，发射频率发生了改变。将两种信号混合处理，所得信号频正比于罐顶到液面之间的距离。雷达水位计特别适用于高粘度或高污染的产品，如沥青等。雷达水位计的测量精度较高，而且无需定期维修和重新定标，但是安装比较复杂且价格不菲5。(3) 射线水位计：核辐射放出的射线(如丫射线等)具有较强的穿透能力，且穿过不同厚度的介质有不同的衰减特性，核辐射式水位计正是利用这一原理来测量水位的。核辐射式水位计的核辐射源用点式或狭长型结构安装在油罐的外面，狭长型核辐射源检测元件也安装在油罐外面，可实现对水位动态变化的检测。除利用核辐射射线来测量之外，还可采用中子射线来测量水位6。射线水位计安装非常方便，测量精度较高。因为它没有任何部件与被测物体直接接触，特别适用于传统测量仪表不能解决的测量问题。(4) 激光水位计：其测量原理类似于超声波水位计，只是采用光波代替了超声波。发射传感器发射出激光，照射到被测液面，在液面处发生反射，接收传感器接收反射光，将从发射至接收的时间换算成水位。激光的光束很窄，在水位计中通过光学系统转换成约20mm宽的光束，这样即使被测物面很粗糙，漫反射光也能被传感器接收。激光水位计非常适用于开口很狭窄的容器以及高温、高粘度的测量对象。而缺点是对液面的波动很敏感，大罐内的油苏汽，水气等微粒对测量不利，且光学镜头必须定期保持清洁7。2.2.2 接触型水位仪表接触型水位仪表，主要有：人工检尺法、浮子测量装置、伺服式水位计、电容式水位计以及磁致伸缩水位计。它们的共同特点是测量的感应元件与被测水位接触。(1) 人工检尺法：利用浸入式刻度钢尺测量水位，取样测量油温和密度，通过计算得到水位的体积和重量，这是迄今为止依然在全世界广泛使用的水位测量方法，也可以把它用作现场检验其他测量仪表的参考手段。该方法分为实高测量和空高测量两种。人工检尺法测量的精度一般为±2mm，通常至少测量两次，两次结果相差不得超过±1mm。人工检尺法具有测量简单、直观、成本低等优点，但需要测试人员手动测量，不适合恶劣环境下的操作。另外，需要较长的测量时间，难以实现在线实时测量，即实时性较差且需手厂处理数据，不利于数据的计算机管理。(2) 浮子测量装置：浮子式测量装置采用大而重的浮子作为水位测量元件，驱动编码盘或编码带等显示装置，或连接电子变送器以便远距离传输测量信号。由于机械装置的使用，这类装置的测量误差一般约为1mm，误差较大。浮子式水位装置具有结构简单、价格便宜等优点，但是浮子会随着液面的波动而波动，从而造成读数误差。该装置传动部件较多，容易造成系统的机械磨损，因而增加了系统维护的开销。浮子测量装置的适用范围为非腐蚀水位的测量8。(3) 伺服式水位计：伺服式水位计与浮子式水位测量装置相比，提高了测量精度和可靠性。它采用波动积分电路，消除了抖动，延长了使用寿命。现代伺服水位计的测量精度已达到40m范围内小于±1mm。但是，由于伺服式水位计仍属于机械测量装置，存在机械磨损，影响了测量的精度，因此需要定期维修和重新定标且安装困难。(4) 电容式水位计：电容式水位计的核心是电容水位传感器。该传感器一般由标准电容、测量电容和比较电容等组成。其中，比较电容用来测量水位的介电常数，测量电容用来检测水位的变化，由水位的介电常数和测量电容的容量计算出水位。电容式水位计的价格较低、安装容易且可以应用于高温、高压的测量场合9。(5) 磁致伸缩水位计：磁致伸缩水位计采用磁致伸缩技术来测量大罐的油水界面和油气界面。通常情况下，磁致伸缩水位计安装有两个浮子，其中一个浮子的密度小于油品的密度，另一个浮子的密度大于油品的密度而小于水的密度，它们分别用来检测油气界面和油水界面。磁致伸缩水位计安装容易，不需要定期维修和重新定标，工作寿命较长。其测量精度较高，测量的重复精度也较高，是比较理想的接触型水位计。但是磁致伸缩水位计与被测水位接触，仪器容易受到腐蚀，且水位的密度变化会带来测量误差10。此外，浮子装置沿着波导管的护导管上移动，容易被卡死，从而影响水位的正确测量。参考文献1 王化祥.自动检测技术M. 北京：北京化学工业出版社，2004.1-9.2 秦永烈.物位测量仪表M.北京：北京机械工业出版社，1978.19-26.3 中国机程学会.超声波检测M. 北京：北京机械工业出版社，2000.2-14.4 李茂山.超声波测距原理及实践技术. 北京：清华大学出版社，1994.3-9.5 罗翼，张宏伟. 51单片机应用系统开发典型实例M. 北京：北京中国电力出版社，2005.36-42.6 芮延年.传感器与检测技术M.苏州：苏州大学出版社, 2005.69-74.7 单成祥.传感器的理论与设计基础及其应用M. 北京：北京国防工业出版社, 1999.23-29.8 何希才,薛永毅.传感器及其应用实例M. 北京：北京机械工业出版社, 2004.62-73.9 张正伟, 许广合, 齐薇. M. 北京：中央广播电视大学出版社，1991.25-28.10 李艳红, 李海华.M. 北京：北京理工大学出版社，2010.36-38.