关于稳压泵系统中压力变送器的模拟信号受到干扰的解决方案

关于稳压泵系统中压力变送器的模拟信号受到干扰的解决方案

单伟华

中国电子系统工程第二建筑有限公司     214142

摘要：本研究聚焦稳压泵系统中压力变送器的稳定性问题。阐述了压力变送器在稳压泵系统中的重要作用，包括工作原理、结构、信号输出等方面。分析了模拟信号干扰源的分类，如静电感应、电磁感应、漏电流感应、射频干扰等，以及干扰对压力测量精度和稳压泵控制系统的影响。提出了提高压力变送器稳定性的解决方案，包括隔离电容的应用和其他滤波技术探讨。最后总结了研究结论，并对未来研究方向进行了展望，如引入智能算法、开发新型材料、深入研究干扰源及加强集成化设计等。

关键词：压力变送器；稳压泵系统；干扰分析；稳定性提升；隔离电容

一、引言

1.1 研究背景

稳压泵系统在消防等领域至关重要，压力变送器的稳定性影响系统运行。

随着工业化进程的不断推进，消防系统的安全性和可靠性越来越受到人们的关注。稳压泵系统作为消防系统的重要组成部分，其作用不可忽视。在实际应用中，稳压泵系统需要保证稳定的水源供应，以确保消防设备在火灾发生时能够正常运行。而压力变送器作为稳压泵系统中的关键部件，其工作原理和性能直接影响着系统的稳定性和可靠性。

1.2 研究目的

本研究旨在深入探究提高稳压泵系统中压力变送器稳定性的方法与策略。压力变送器在稳压泵系统中起着关键作用，其准确的压力测量和稳定的信号输出对于确保系统的正常运行至关重要

通过本研究，期望能够为提高稳压泵系统中压力变送器的稳定性提供切实可行的方法与策略，从而提高整个稳压泵系统的可靠性和安全性。

二、压力变送器与稳压泵系统概述

2.1 压力变送器工作原理

压力变送器主要利用压阻效应将压力转换为电信号。压阻效应是指当材料受到外力作用而产生形变时，其电阻值会发生相应变化。

2.1.1 核心部件及作用

压力变送器的核心部件主要包括压力敏感元件、信号处理电路等。压力敏感元件通常采用金属薄膜应变片或硅压阻片，其作用是感知被测压力并将其转换为电阻变化。当被测压力作用于敏感元件上时，敏感元件会产生应变或变形，导致电阻值发生变化。信号处理电路则负责对压力敏感元件输出的电阻变化信号进行处理，将其转换为易于传输或记录的标准电信号。

图1.压力变送器实物图

2.1.2 信号转换过程

当被测压力作用于压力敏感元件时，敏感元件产生应变或变形，电阻值发生变化。这个电阻变化信号被传输到信号处理电路中。信号处理电路通常包括放大器、滤波器、调节器等。放大器将微弱的电阻变化信号放大，使其能够被后续电路处理。滤波器则用于去除信号中的噪声和干扰，提高信号的质量。调节器对放大和滤波后的信号进行调节，使其符合特定的输出标准。最后，经过处理的信号被转换为标准的电信号输出，如 4 - 20mA 电流信号或 1 - 5V 电压信号。这个电信号可以被其他设备或系统接收，用于监测、控制、记录和远程传输压力信息。

2.2 稳压泵系统介绍

2.2.1 系统组成及功能

稳压泵系统主要由稳压泵、自动控制系统、水箱、水位控制系统等组成。稳压泵是系统的核心设备，通过控制出水压力，使消防水系统的水压始终保持在一个稳定的范围。自动控制系统包括控制器、传感器、阀门、电器等配件，能够精确地控制稳压泵的工作，保持水压在指定范围内，还可以监控水位、压力变化等参数，在出现异常状况时及时报警。水箱主要用于储存稳定的消防水，通过调节水箱内的水位来控制水压的稳定性。水位控制系统负责对消防水箱水位的监测和控制，当水位过低或过高时，自动控制稳压泵的启停，以维持稳定的消防水压。

图2.稳压泵系统控制原理图

三、压力变送器在稳压泵系统中的应用

3.1 信号输出与干扰分析

3.1.1 输出方式种类

压力变送器常见的输出方式有多种。按电源和信号的传输方式可分为两线制、三线制和四线制。两线制变送器的两根线既是电源线又是信号线，不易受寄生热电偶和沿电线电阻压降和温漂的影响，可节省大量电缆线和安装费用。三线制是一根正电源线，两根信号线，其中一根共地，其抗干扰性能和减化接线方面具有优势。四线制是两根电源线，两根信号线，在电流源输出电阻足够大时，经磁场耦合感应到导线环路内的电压不会产生显著影响，一般利用双绞线就能降低干扰。压力变送器还能够按照输出方式可以分为模拟量输出和数字量输出。模拟量输出常见方式为 4 - 20mA、0 - 5/10V DC、0.5 - 4.5V DC、0.5V - 2.5V DC；数字量输出常见方式为 RS485 - Modbus、I²C，精度更高，但同时产品响应较慢。

3.1.2 干扰源分类

模拟信号干扰源主要分为以下几类：

• 静电感应：由于两条支电路或元件之间存在着寄生电容，使一条支路上的电荷通过寄生电容传送到另一条支路上去，又称电容性耦合。

• 电磁感应：当两个电路之间有互感存在时，一个电路中电流的变化就会通过磁场耦合到另一个电路，如变压器及线圈的漏磁、通电平行导线等。

• 漏电流感应：电子线路内部的元件支架、接线柱、印刷电路板、电容内部介质或外壳等绝缘不良，特别是传感器的应用环境湿度较大，绝缘体的绝缘电阻下降，导致漏电电流增加就会引起干扰。尤其当漏电流流入测量电路的输入级时，其影响就特别严重。

• 射频干扰：主要是大型动力设备的启动、操作停止的干扰和高次谐波干扰，如可控硅整流系统的干扰等。

• 其他干扰：现场安全生产监控系统除了易受以上干扰外，由于系统工作环境差，还容易受到机械干扰、热干扰及化学干扰等。这些干扰源会对压力变送器的信号输出产生不良影响，降低测量精度，影响稳压泵控制系统的稳定性。

3.2 对稳压泵系统的影响

压力变送器在稳压泵系统中起着至关重要的作用，其性能直接影响着稳压泵控制系统的运行效果。

3.2.1 压力测量精度方面

压力变送器的性能对压力测量精度有着显著影响。如果压力变送器受到干扰，其输出的信号可能会出现偏差，从而导致压力测量精度下降。压力测量精度下降的后果是可能导致稳压泵控制系统无法准确判断系统压力，从而影响稳压泵的启停控制。

四、提高压力变送器稳定性的解决方案

4.1 隔离电容的应用

4.1.1 原理与效果

隔离电容利用电容器“通交流、隔直流”的性质，将其应用于压力变送器中，可以有效地隔离干扰信号。当交流干扰信号通过时，隔离电容会将其旁路到地，而直流信号则可以正常通过，从而保证了压力变送器输出信号的稳定性。

预期效果主要体现在以下几个方面：首先，能够显著降低干扰信号对压力变送器的影响，提高测量精度。其次，减少因干扰导致的信号波动，使压力变送器的输出更加稳定，进而增强稳压泵控制系统的稳定性。最后，延长压力变送器的使用寿命，降低维护成本。

图3.隔离电容实物图

4.1.2 实际案例分析

在森德项目水处理地下室的生活水泵稳压泵系统中，压力变送器在运行过程中经常受到电磁干扰和射频干扰的影响，导致输出信号不稳定，压力测量精度下降。为了解决这个问题，技术人员在压力变送器的信号输入端和输出端分别接入了隔离电容。经过一段时间的运行观察，发现压力变送器的输出信号变得更加稳定，测量精度也得到了显著提高。

具体数据显示，在接入隔离电容之前，压力变送器的测量误差在±5%左右，而接入隔离电容后，测量误差降低到了±1%以内。同时，稳压泵控制系统的稳定性也得到了明显提升，稳压泵的启停次数明显减少，系统压力波动范围从原来的±0.2MPa 降低到了±0.05MPa。

这个案例充分说明了隔离电容在提高压力变送器稳定性方面的显著效果。通过隔离电容的应用，可以有效地隔离干扰信号，提高压力变送器的测量精度和稳定性，从而保障稳压泵系统的正常运行。

图4.生活水泵稳压泵实物图

图5.变频生活水泵稳压泵电控原理图

参考文献

[1] 赵刚，李明，王强等. 消防稳压泵系统的运行特性及故障分析[J]. 消防科学与技术，2021，40(5)：934 - 938.

[2] 刘华，陈红，张勇等. 基于节能优化的稳压泵控制策略研究[J]. 给水排水，2022，48(10)：112 - 116.

[3] 李华，张峰. 压力变送器常见故障分析及处理措施[J]. 化工自动化及仪表，2019，46(5)：365 - 368.

[4] 王强，赵亮. 高精度压力变送器的设计与实现[J]. 仪表技术与传感器，2020，(3)：15 - 18，23.