智能电子压力开关研制及应用 压力开关工作原理

摘要分析了智能电子压力开关的特点，研究并论述了智能 电子压力开关采取的模型识别技术及信号自动分段技术。研制的智能电子压力开关已在输油 管道上应用。应用结果表明该智能电子压力开关技术先进、性能稳定可靠。 关键词电子压力开关 信号分段 单片机

　　1研制开发重要性和必要性 　　目前，国内针对原油的运送方式主要采用管道加热输送工艺。原油在管道输 送中每间隔40～90 km就设一个分站来进行加热、加压。为降低能源消耗我国输油管道都进 行了现代化技术改造实现了计算机监控。在输油管道监控系统中为保护管线防止出站压力超 高造成爆管，在出站及泵出口汇管处安装了压力开关。为防止输油泵抽空在进站管线及泵入 口管线上也安装了压力开关。但目前使用的压力开关存在如下问题 　　(1)工作不可靠在对进站压力开关进行校验时多次发现，当给定压力低于设定压力时，压 力开关仍不动作，当用物体敲击时又恢复正常。 　　(2)误动作用户反应曾多次发生当管线内压力产生轻微波动时造成甩泵。致使某些压力 开关长期不能投用，使输油泵失去应有的保护，带来不*因素。 　　(3)精度低、校准难在校验时需反复进行试验才能确定设定值。 　　(4)密闭流程解除后由于进站压力较低，使压力开关无法使用。 　　为解决现有压力开关存在的这些问题，研制高可靠性、高精度和智能电子压力开关十分必要 。 　　 　　2产品结构及关键技术 　　2.1结构试验方法 　　智能电子压力开关外型如图1所示。它的结构由压力传感器、主机板及防 爆外壳等部分组成。 　　

　　智能电子压力开关试验方法框图见图2。 　　智能电子压力开关由以下几部分组成 　　①压力传感器件采用单晶硅智能压力传感器。该传感器具有高精度(±0.075%)、高稳定性( 优于0.1%FS／年)、抗高过压和高静压(耐压16 MPa)、量程迁移比大(20∶1)等特点。选用 单晶硅智能压力传感器作为传感部件，使智能电子压力开关的控制精度及可靠性有了保证。 　　②信号调理部分采用集成运放及电子元件组成，它对压力传感器信号进行调理，变成微电脑 能接受的信号，送给微电脑。 　　③微电脑采用低功耗嵌入式单片机C8051F007，该单片机具有供电电压低(2.7～3.6 V)、 功耗低(可低于1 mA)、体积小(8 mm×8 mm)、功能强等特点。该单片机具有12Bit ADC,35 6BRAM,32kFlash MCU。微电脑将采集到的压力信号进行分析、处理、记忆，消除干扰及压力 波动，发出正确的压力开关状态信号。 　　④电子开关将微电脑发出的压力开关状态信号转化为智能电子压力开关的导通及断开。 　　⑤校准按钮，在对智能电子压力开关校验时只要按下“校准按钮”，微电脑就会自动记忆当 前压力值，并把该值作为智能电子压力开关设定值，从而实现压力开关的智能校验。 　　⑥流程选择开关，旁接罐流程、密闭流程可设置不同的门槛值，旁接罐流程设置的门槛值可 适当降低，从而克服了旁接罐流程压力开关不能投用的难题。 　　2.2关键技术 　　2.2.1模型识别技术 　　输油泵入口压力较低时会对叶轮产生气蚀造成输油泵的损坏，因此输 油站设置有压力调节系统并在进站及泵入口安装了压力开关，当进站压力较低时调节系统首 先进行调节，当自动调节系统调节后进站压力若继续下降，达到压力开关动作值时就会进行 甩泵从而达到保护输油泵的目的。但实际运行情况表明当发生异常情况时，由于自动调节系 统 存在滞后，未等自动调节系统发挥作用压力开关就产生动作造成甩泵。突然甩泵给输油设备 造成的危害比短时间泵入口压力超低造成的危害还要大。合理的选择是依据泵站实际情况建 立泵入口压力允许模型，压力开关依据该模型进行识别，决定是否甩泵。 　　以鲁宁线为例，压力调节系统滞后约为2 s，调节阀单行程耗时约为9 s。当发生异常情况造 成进站压力下降时，进站压力在调节系统的作用下其变化曲线如图3所示，压力开关的识别 模型如下 　　

　　y的单位MPa 　　

　　2.2.2信号自动分段技术 　　经过对现场信号多次模型分析，采用信号自动分段技术与模型识别技术从而能有效的克服压 力波动等各种干扰，提高压力开关的可靠性。 　　信号自动分段方法的基本试验方法是选用一个固定的窗选取平稳运行的信号作为参考段，不断与 当前信号作比较，非平稳性(如上站停泵引起的信号特性的变化)可以由不同段之间的过程统 计特性和频谱性的改变显示出来。一般根据几种判据，当判据大于一定的阈值或当前段低于 设定值时，就认为信号进入了另一段(异常段)。 　　2.2.3平均幅值距离 　　

　　前段信号值)。 　　2.2.4均方根距离 　　

　　2.2.5斜率均值距离 　　

　　拟合数据段长度) 　　当前段信号的斜率 　　

　　kci为 xci～ xc(i+j)段的小二乘拟合斜率,j为拟合数据段长度) 　　定义波形结构统计判据D=aD1+bD2+cD3，其中权值a、b、c根据检测要求和3个 距离的 重要性，通过实验确定。通过每段计算出的D与Dthres阈值相比较，来确定 信号是否进入新段(异常段)，同时，当前段小于给定值时也确定信号进入新段(异常段)。 　　信号进入新段后设置t=0(识别模型内的t)，开始计时，并进行模型识别。 　　识别判据B=xc-yt? 　　其中yt由y计算，

　　为当前段信号的均值，当判据B小于0时压力 开关 动作。若进入新段8 s内判据B均大于0，新段结束程序进入到平稳段。 　　 　　3与同类产品的比较 　　智能电子压力开关目前与普通的压力开关相比有如下特点 　　(1)采用了模型识别技术克服了现有压力开关的压力瞬间超低时，压力开关动作造成不正常 甩泵。 　　(2)增加了流程选择开关，旁接罐流程、密闭流程可设置不同的阈值，旁接罐流程设置的阈 值可适当降低，从而解决了旁接罐流程压力开关不能投用的问题。 　　(3)增设了校准按钮，在对智能电子压力开关校验时只要按下“校准按钮”，微电脑就会自 动记忆当前压力值，并把该值作为“智能电子压力开关”设定值，从而实现压力开关的智能 校验。 　　 　　4技术指标 　　(1)精度0.002MPa；(2)导通压降12V；(3)非导通工作电流 ≤6mA；(4)系统供电24V；(5)环境温度-10～50℃；(6)耐压16MPa。 　　 　　5结论 　　智能电子压力开关选用了先进的压力传感器件，采用了模型识别及信号自动 分段技术，消除了压力波动等各种干扰，解决了由于自动调节系统滞后造成的甩泵。一年多 的现场应用表明该智能电子压力开关技术先进，性能可靠，适用于输油管道。

压力开关常见故障原因与解决方案如下，一起来学习下吧~~

1.故障现象压力开关无输出信号

原因分析

（1）微动开关损坏

（2）开关设定值调得过高

（3）与微动开关相接的导线触头未连接好

（4）感压部分装配不良，有卡滞现象

（5）感压元件损坏

解决方法

（1）更换微动开关

（2）调整到适宜的设定值

（3）重新连接使接触良好

（4）重新装配，使动作灵敏

（5）更换感压元件

2.故障现象压力开关灵敏度差

原因分析

（1）装配不良/传动机构（顶杆或柱塞等）摩擦力过大

（2）微动开关接触行程太长

（3）调整螺钉，顶杆等调节不当

（4）安装不当，如不平和倾斜安装

解决方法

（1）重新装配，使动作灵敏

（2）合理调整微动开关的接触行程

（3）合理调整钉和顶杆位置

（4）改为垂直或水平安装

3.故障现象压力开关发信号过快

原因分析

（1）进油口阻尼孔大

（2）隔离膜片碎裂

（3）系统冲击压力太大

（4）电气系统设计有误

解决方法

（1）阻尼孔适当改小，或在控制管路上增设阻尼管

（2）更换隔离膜片

（3）在控制管路上增设阻尼管，以减弱冲击压力

（4）按工艺要求设计电气系统

压力开关的运用给电子电气以及工业开关领域带来了很多的作用，从而被越来越多的求购商所认可，每年的压力开关的销售情况都非常的理想，说明压力开关到了真正兴起的时候。

压力开关主要的使用维护技巧

1、数显压力开关在正式应用之前，用户先检查下数显压力开关的各个部件是否都完好，在确保完好的情况下才可以投入使用。

2、正确的设置数显压力开关，各个参数都要设定在数显压力开关的额定范围之内，万万不可超负荷工作，否则数显压力开关的使用寿命会因此受到影响。

3、数显压力开关的测量过程中，有专人负责观察，避免运行过程有突发情况发生。

4、每次数显压力开关在使用完毕后，都要将其内部的元件清理干净，防止被测介质还残留在里面，另外，为了保护数显压力开关的显示屏，除了要定期擦拭外，随手用干净的袋子将显示屏包住，防止灰尘等杂质侵入。

5、定期进行数显压力开关的性能检测，防止日积月累的应用使其元件逐渐老化，给测量过程带来一定影响。

在运用压力开关时要注意的是压力开关的连接方式，它是通过直接的防爆出线连接的，另一头是螺丝状的形状，用户可通过螺纹状的接口连接，要注意压力开关调节的压力范围，一定不能超过额定的电压和电流，并且也不能超过每分钟120次的行程，工作温度一定要严格的控制在零下20到90度，才能保证机械的正常运行，达到*满意的工作效果。

压力开关是属于一种特殊的机械式压力开关，它的工作试验方法和压力开关一样，通过将气压或者液压等物理量来转换成一个电开关信号，从而调节报警装置，控制开关的应用。