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压力变送器能应用在轨道交通上吗?

文章来源:德国进口仪器仪表 作者:小D 浏览: 发布日期:2019-07-02 15:47
      轨道交通控制保护区的施工活动日益频繁,对轨道交通结构安全防护的监测提出了更高的要求。结合自动监测项目,工业领域使用的压力变送器用于轨道交通结构沉降的自动监测。详细介绍了系统设计,分析了误差源和测量精度。基于压力变送器的沉降监测系统的监测精度等同于传统的静态水平。它可以有效克服传统静电水平的缺点,如测量范围小,体积大,安装困难。在监测纵向坡度较大的路段时,优势显而易见。 
 
      随着经济的快速发展,城市化进程明显加快,城市建设和城市转型的规模和速度不断扩大。城市轨道交通控制和保护区范围内的建设和运营大量涌现,不可避免地扰乱了现有的轨道交通结构,容易导致结构应力不平衡,造成局部水平位移,沉降,拉伸和压缩。剪切,弯曲,扭转和其他变形导致隧道泄漏,边界变化,轨道床的沉降和轨道的几何变化。如果结构变形超过控制值,将严重威胁轨道交通的运行安全,给人民的生命财产造成巨大损失。因此,监测受外部业务建设影响的城市轨道交通结构尤为重要,以确保其运营安全,并反馈和指导外部业务的建设。 
 
 
      由于轨道交通控制区内外部作业与轨道交通结构之间的空间关系大多上升或下降,结构变形主要体现在结构高程变化,使用静态水平监测监测多个监测的沉降变化轨道交通结构中的点,并已应用于诸如北京,上海和广州等城市,并取得了良好的效果[1~3]。目前,使用浮子直接测量液位的静态水平最广泛地用于国内轨道交通结构的沉降自动监测。
 
      由于直接测量液位变化的原理,这种静电水平的范围通常很小,取决于容器的高度,通常不超过100mm。设备安装精度高,安装时初始高度基本相同。对于这种类型的静态水平,有必要在线的斜率设计变化很大的部分中布置部分,并且在液位计之间设置纵向级联静态水平[4]。系统设计和安装很困难并且增加。监控系统的成本。 
 
 2、基于压力变送器的结算监控系统
 
 2.1压力变送器原理
 
      在工业中广泛使用的压力变送器可用于测量液体液体,气体或蒸汽的液位,密度和压力,工作原理[5]是双面压力导管的压差直接作用于发射器传感器的双面隔离膜片,通过膜片内的密封液体传导到测量元件,测量元件将测得的压力信号转换成相应的电信号并传输到转换器,并进行放大等处理成为标准电信号输出,如图2所示。
 
      压力变送器的测量值是水头的压力。传感器本身不需要液体储罐。以横河电机EJA110差压变送器为例。其规格为125mm长×110mm宽×197mm高。它的规格与传统静电水平相比大大降低。压力变送器测量范围很大。横河EJA110差压变送器的测量精度为50mm至10000mm(H2O),测量精度为±0.075%,分辨率为±0.01%。当压力变送器之间的最大高度差小于10cm时,测量精度可达±0.1mm,相当于传统静态水平的精度。当高度差为1m时,测量精度为±0.75mm,分辨率为±0.1mm,可以弥补传统静电平台仪的不足,使得沉降监测系统的设计和安装更加方便。斜率设计变化较大的部分更有利。压力变送器属于工业级产品,其长期稳定性可在5年内达到±0.1%。它可以连续工作5年而无需调整零点。温度和静压的影响非常小。在高温高压环境下可以保持高稳定性。 
 
 
 2.2系统设计
 
      基于压力变送器的沉降监测系统主要由现场监测设备和传感器子系统,数据采集与传输子系统,监测中心,用户子系统四大部分组成,如图2所示。监测设备和传感器子系统主要是硬件设备例如安装在监测现场的压力变送器和收集器;数据采集和传输子系统的主要功能是控制收集器,定期收集相应的数据并将其传输到监控中心。进入数据,并执行相关命令;监控中心是整个监控系统的控制中心,数据存储中心,数据处理,分析评估中心,监控和报警发布中心;用户子系统实现根据需要实时向用户显示各种数据。并接受用户控制和输入到系统。
 
 
 
      在现场采集端,压力变送器测量流体的过程压力,因此需要单独的储存器来确保整个系统的压力。液体储罐设置在系统的一端,通过连通管与每个压力变送器的高压端连接,以确保液体储罐中液面的高度高于液体储罐的高度。所有压力变送器的中心位置,如图2所示。当监测部分较长时,为了保证整个系统的压力,液体储罐可以分别设置在系统的两端。可以根据测量精度选择监测点之间的安装高度差。为确保监测精度优于±1.0mm,监测点之间的最大高度差不应大于1m。 
 
 
      系统中填充的液体通常使用防冻剂。如果使用纯水作为介质,则应在水中加入防腐剂以防止液体变质。将防冻液倒入储液器,然后从最远端打开压力变送器排气阀排气口,直到传感器监测数据稳定。通过密度计在液体储罐处测量填充液的密度,并且作为参数输入,获得每个监测点相对于液体储罐的液位的高度差。

 

3个案例
 
      在建筑物拆迁对轨道交通隧道结构影响的自动监测项目中,为了及时掌握拆除过程中对隧道结构的影响,采用基于压力变送器的沉降监测系统。监测截面隧道的实时沉降,并安装了应力监测传感器。受影响区域内的轨道交通隧道分为两个部分:单孔双向和两个单孔单线部分。受影响区域长度约160m,线路最大坡度设计为42.5‰,剖面隧道最大高差为7.5m,传统静水位设计安装非常困难。 
拟拆除建筑与隧道关系图

      该项目共有5个监测断面,截面间距约50m,压力变送器安装在隧道左侧,参考点压力变送器和储液罐设置在北侧稳定区域这条线。发射器之间的最大高度差约为220mm。压力变送器采用Yokogawa EJA110A型,集热器采用基康 BGK-Micro-40测量单元。数据采样间隔为10分钟。 

 

4.1错误源分析
 
     使用压力变送器进行轨道交通结构沉降监测与传统的静态液位测量相似,并且还存在各种误差。源的影响主要取决于温度变化,环境压力,列车振动和填充液质量等因素。
 
(1)温度效应
 
      填充在系统中的液体密度随温度而变化。液体密度的变化也改变了液体的体积。随着温度升高,水柱高度发生变化。 [6]。计算每个部分温度超过3个月的实时监测数据。从图6中可以看出,1号部分和其他4部分之间的温差在±0.5℃之内,其他部分的温差在±0.25℃之内。第1节靠近轻轨平台的轻轨。它受到平台和火车的启动和停止的影响。该部分的温度与其他部分略有不同。
 
      由于隧道中各部分之间的温差很小,温度对高度差的影响可以忽略不计。如果监控系统安装在室外,温差可能是由遮挡和阳光之间的差异引起的,监测结果应根据每个传感器测量的温度进行校正。 
各监测断面与 3 号断面的温度差
 
(2)气压和重力的影响

      气压和重力的差异将影响液体表面的高度,因为压力变送器基本上安装在同一高度表面上,并且隧道相对封闭。在相对较小的范围内使用的情况下,可以认为重力加速度g和每个监测点的气压保持不变[7,8]。 
 
      但是,由于轨道交通列车运行引起的隧道内空气流动,隧道内气压的变化会导致测量结果出现一些波动,但如果列车间隔较长或停电期间期间,气压的变化将逐渐稳定,对监测结果影响不大。当监测精度高时,所有监测点发射器的低压端可以通过空气管连接形成一个封闭系统,可以显着减少外部环境干扰。
 
(3)火车影响
 
      通过监控区域以一定速度通过轨道交通列车引起的振动,电力电缆对压力变送器的电磁干扰的电磁干扰,以及由空气流动引起的空气压力的影响将被监控。结果产生了影响。以该项目为例,在监测的某一天,监测人员记录列车通过传感器的大致时间,然后将其与传感器监测数据的时间序列进行比较。比较结果如图7所示。当列车通过监测点时,增加该部分隧道的负荷将导致监测点下沉。由于通过项目的火车部分是参考点,参考点的下沉将导致监测点上升。从图中可以看出,列车通过传感器的操作时间与传感器数据跳跃的时间大致一致。跳跃大小范围从0mm到2mm,并且结算增加。 
 
压力变送器监测数据与列车经过的时间比对
 
(4)气泡在灌装液中的影响
 
      在监测过程中,发现4号监测部分的沉降与参考点液位的降低基本相同,整个超过程曲线如图8所示。由于压力变送器在胶囊中具有未排出的空气,因此变送器的正压总是受到累积的气体压力的影响,并且压力不断变化,导致监测值与整个系统的偏差。压力有一定的相关性。在外部环境的影响下,溶解在系统中的液体将不断沉淀并积聚在传感器中,从而导致测量误差。为了消除系统中气泡的影响,可以选择具有稳定性能的液体,如硅油作为介质;另一种是定期排气压力变送器,使传感器监测数据稳定。 
4 号压力变送器监测值变化量与储液罐液面变化量
 4.2监控准确性分析
 
      可以清楚地看到,程曲线(图9)在某一天监控,在夜间停电期间,0: 00~5: 00,压力变送器的监控曲线非常稳定。在白天,由于列车运行,电磁干扰,噪音和异常,需要识别和过滤运行期间的监控数据。 
某天系统监测过程曲线

        列车停运期间监测结果的统计分析可以真实反映压力变送器的监测精度。从表1可以看出,在夜间列车停止期间,压力变送器的监测精度优于0.1mm。每日监测结果最好作为夜间平均值作为当天的监测结果值。从表2可以看出,隧道运行期间监测数据的准确性被过滤,隧道运行期间压力变送器的监测精度达到亚毫米。通过过滤和平滑监控数据也可以实现实时结算。监控的准确性。 

列车停运期间各压力变送器监测标准差
4. 3监测结果比较
 
      为了验证压力变送器沉降监测的可靠性,将棱镜安装在项目第2,3和5段压力变送器附近的隧道衬砌上。测量机器人用于监测,监测结果与压力变送器的监测结果进行比较。比较结果如表3所示。可以看出,测量机器人和压力变送器之间的平均差值为-0.5mm。可以说两种方法的监测结果基本一致,监测精度在亚毫米级以内。 
测量机器人与压力变送器监测成果差值
 5结论
 
      (1)采用压力变送器监测轨道交通结构的沉降,其监测精度相当于传统的静态水平,可有效克服传统静水位的小范围,安装难度大的缺点,在线路的纵剖面上较大的部分和需要监控隧道拱肩的上部,它具有比传统静态水平更大的优势。

      (2)采用压力变送器对结构沉降进行自动监测,主要误差源是系统中无气泡,电磁干扰和列车振动的影响。之后,尝试使用光纤光栅传输信号。电磁干扰小。 
 
      (3)系统采集器按通道扫描,因此每个传感器的采集时间不严格同步。对于沉降监测系统,需要同时液位相对于参考点的高差异,这也对高度差的测量精度有一定影响。为了尽可能地同步数据,所有压力变送器都可以连接到相邻的通道,但是数据的严格同步需要进一步研究。

      (4)整个沉降监测系统的数据质量与安装质量密切相关。数据是否稳定需要连续观察一段时间才能判断。为确保数据的可靠性和连续性,建议同时使用其他手动监控。相互验证和补充的手段。

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关键词:压力变送器能应用在轨道交通上吗?,压力变送器