一种简单实用的水池水位测量方法.pdf

1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 第1期 总第140期 2007年2月 机 械 工 程 与 自 动 化 M ECHAN ICAL EN GI N EER I N G 变送器 水池 水位测量 中图分类号 TH766 123 文献标识码 A 收稿日期 2006205222 修回日期 2006208219 作者简介 申文华 19692 男 湖南人 工程师 硕士研究生 0 引言 水池水位是自来水厂 工业循环水站 污水处理 站等水处理系统中非常重要的监控参数 操作人员或 自动控制系统根据测得的水位调整水池的入口水流 量 使得水池水位在一定的区间内运行 以确保居民 生活用水 工业用水的连续供给 1 水池水位测量概述 111 水池水位测量方式的选择 利用浮力工作的金属浮子液位计 在冬季水面结 冰时 因浮子卡滞而不能正常工作 超声波液位计受 水面水雾的影响而引入不必要的测量误差 没有哪一 种仪表能适应所有的工况条件 而对于水这样的测量 介质 由于黏度较低 流动性较好 对压力反应敏感 因此水位测量应首选差压测量方式 112 差压法测量水池水位的工作原理 敞口容器内的液体在容器的底部会产生一定的压 力p Pa 它的计算公式为 p g h 式中 被测液体的密度 kg m 3 g 当地的重力加速度 m s 2 h 液面高度 m 由公式可知 池底压力p与液位高度h成线性关 系 应用压力 差压 变送器测量水池水位就是通过测 量水池底部的压力p来间接测量水位高度h 113 吹气法测量水池水位 将三通吹气管的1 端接恒流气源 2 端接压力 差压 变送器 3 端插入水池的底部 当恒定的气体 流量从1 端流入吹气管时 从3 端往外逸出后冒出 水面 通过恒流气源的作用 使吹气管内压力与池底 部压力达到动态平衡 即吹气管内压力与池底部压力 相当 变送器就是通过测量吹气管内压力从而间接地 测量水池水位 当水池水位波动较大时 吹气法所测得的水位比 实际水位要慢半拍 使水位自动调节比较困难 当外 接恒流气源停气和流量不稳定时 吹气法测量系统则 无法正常工作 2 对吹气法的改进 测量筒与变送器配合测量水 池水位 211 管路系统的制作与安装 常用压力 差压 变送器的压力接口螺纹为1 4 锥管 内 螺纹或1 2 锥管 内 螺纹 加工一个拔哨嘴 见图 1 装在变送器的受压口 用来接氧气管 图1 带螺纹接口的拔哨嘴 先制作一个测量筒 见图2 其内径与高度通过 计算得出 拔哨嘴与筒内相通 其开口端均匀焊接三 个筋板形支架 支架的底边高出测量筒开口约1cm 这 样既降低了测量筒的重心 提高了测量筒的稳定性 又 给筒内与筒外相通留了一道口子 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 按图3所示装配测量系统的管路 要确保拔哨嘴 与变送器的接口 氧气管的上下两个口子不漏气 若 管路内气体已经漏掉一部分 只需将测量筒提离水面 再平稳地沉入池底即可 为了操作方便 在测量筒的 吊耳上装上一段废旧电缆用来提升测量筒 废旧电缆 的另一端固定在变送器的安装支架上 图2 测量筒 1 拔哨嘴 2 氧气管 3 测量筒 图3 变送器与测量筒测量水池水位 212 误差分析 由于取消了恒流气源 水池中的水肯定会被压入 测量管路 测量筒相当于一个储气罐 水压将测量筒 中的气体压入氧气管 当水池中水位h变化时 筒内 水位高度x随之变化 测量筒的大小应满足不管水位 如何变化 x的大小对整个测量过程的准确性没有什 么影响 当水池中没有水时 测量管路中贮存了一定量的 气体 水池中灌入水后 此气体被压缩 由标准气体 的状态方程得出 p0 4 d 2L 4 D 2l p 0 g h x 4 d 2L 4D 2 l x 整理后得 x 2 p0 g h d 2 D 2L l x h d 2 D 2L l 0 1 式中 p0 大气压力 h 实时水位高度 d 氧气管内径 D 测量筒内径 L 氧气管长度 l 测量筒高度 式 1 中 取极限水位H 5m L 6m 1 000 kg m 3 p0 10113kPa d 8mm g 91806 65m s 2 并 令 d D 当水池满水 即h H 5 时 x取得最大值 上述方程简化为 x 2 15 1329 7 6 2 l x 5 6 2 l 0 测量筒取不同尺寸时 筒内水位高度x 的计算见表1 表1 测量筒内水位高度x 内径D mm 高度l mm 1561321068068 2007072768491 605759637178 1304749536169 1003840445259 803133374553 702830344250 502123273643 213 测量筒尺寸的确定 由表1可以看出 测量筒的内径越大 高度越 小 误差越小 当测量筒的高度与内径相等 D l 时 相对误差x m ax H 1 总之 不论采用什么口径的管材来制作测量筒 都 要使高度小于口径 l D 这样 因测量筒内水位上 升而引入的系统误差 x H 1 214 系统误差的消除 确定了测量筒的尺寸 如D l 以后 在计算差压变 送器的量程时 按p gh 99 计算 而上位机则按 0 H 设定 可消除因测量筒内水位上升带来的误差 如条件允许的话 经粗略计算差压变送器的量程 后 将变送器的量程设定为计算量程的112倍 115 倍 当池中刚好满水时 将变送器测得的池底压力设 定为水位变送器的实际量程 因水的密度 重力加速 度 筒内水位上升给测量带来的系统误差都可消除 3 结束语 用自制测量筒与变送器配合测量水池水位 正好 符合 用相对简单的办法解决复杂的问题 的自动化 仪表选型原则 且变送器的技术成熟 产品质量稳定 可靠 又可与其它测量系统共用备品 备件 这就为 现代工业企业的低成本 快节奏生产创造了条件 参考文献和英文摘要转第155页 251 机 械 工 程 与 自 动 化 2007年第1期 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved M 30 2 子程序如下 O2001 加工圆 G02 X0 Y0 I0 J28 G03 X0Y 48 R10 F50 G0 Z3 G40 Y 50 M 99 O2002 加工内槽 G02 X12 Y 10 R10 G01 X 12 G02 X 12 Y10 R10 G01 X12 Y10 G01 X0 Y0 G00 Z3 G40 Y 50 M 99 加工完成后并不急于拆工件 此时应测量工件尺 寸 计算出其与零件图尺寸的差值 并将差值补偿输 入D代码中 调用精加工程序 这样加工出的工件可 满足实际要求 确保加工品质 6 刀具半径补偿在实际应用中的注意事项 以上阐述了灵活应用刀具半径补偿功能 合理设 置刀具半径补偿值在数控加工中的重要意义 然而在 实际使用时还必须注意以下几点 1 使用刀具半径补偿和去除刀具半径补偿时 刀具必须在所补偿的平面内移动 且移动距离应大于 刀具半径补偿值 若加工半径小于刀具半径的内圆弧 进行半径补偿将会产生过切现象 只有过渡圆角半径 R大于等于刀具半径与精加工余量的和的情况下才能 正常切削 若被铣削槽底宽小于刀具直径 此时也将 产生过切现象 2 建立或撤消刀补时必须在刀具移动指令G00 或G01模式下使用 不可用于圆弧切削指令G02 G03 中 且G41 G42不能重复使用 还有不允许连续使用 两句非移动指令 3 D00 D99为刀具补偿号 D00意味着取消刀 具补偿 刀具补偿值在加工或运行之前必须设定在补 偿存储器中 图5 零件图 参考文献 1 刘虹 数控设备与编程 M 北京 机械工业出版社 2002 2 朱玉红 数控加工中刀具半径补偿指令的应用 J 机械 研究与应用 2002 15 4 49250 3 陈银清 刀具半径补偿指令在数控机床上编程中的应用 J 茂名学院学报 2003 13 1 43246 Some Skills of Tool Radius Compensation in the NC Program L I Fen xia Shanxi Institute ofM echanical and Electrical Engineering Changzhi 046011 China Abstract Tool radius compensation is one of the i mportant functionsofNC machine tools This paper presents how to use tool com2 pensation skillfully and reasonably in the NC program to ensure the working efficiency and correctness Key words tool radius compensation programm ing NC machining 上接第152页 参考文献 1 熊中实 吕方斋 常用金属材料实用手册 M 北京 中国 建材工业出版社 2001 2 中国冶金建设协会 冶金工业自动化仪表与控制装置安 装通用图册 M 北京 冶金工业出版社 1994 A Si mple and PracticalM ethod forWater HeightM easurement SHENWen hua Automation Department of Xiangtan Iron and Steel Group Co L td Xiangtan 411101 China Abstract This text introduces the method of measuring water height w ith measuring sensor and pressure o