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壓力變送器能應用在軌道交通上嗎?

發布時間:2019-07-02 15:47 來源:羅斯福
      軌道交通控制保護區的施工活動日益頻繁,對軌道交通結構安全防護的監測提出了更高的要求。結合自動監測項目,工業領域使用的壓力變送器用于軌道交通結構沉降的自動監測。詳細介紹了系統設計,分析了誤差源和測量精度。基于壓力變送器的沉降監測系統的監測精度等同于傳統的靜态水平。它可以有效克服傳統靜電水平的缺點,如測量範圍小,體積大,安裝困難。在監測縱向坡度較大的路段時,優勢顯而易見。 
 
      随着經濟的快速發展,城市化進程明顯加快,城市建設和城市轉型的規模和速度不斷擴大。城市軌道交通控制和保護區範圍内的建設和運營大量湧現,不可避免地擾亂了現有的軌道交通結構,容易導緻結構應力不平衡,造成局部水平位移,沉降,拉伸和壓縮。剪切,彎曲,扭轉和其他變形導緻隧道洩漏,邊界變化,軌道床的沉降和軌道的幾何變化。如果結構變形超過控制值,将嚴重威脅軌道交通的運行安全,給人民的生命财産造成巨大損失。因此,監測受外部業務建設影響的城市軌道交通結構尤為重要,以确保其運營安全,并反饋和指導外部業務的建設。 
 
 
      由于軌道交通控制區内外部作業與軌道交通結構之間的空間關系大多上升或下降,結構變形主要體現在結構高程變化,使用靜态水平監測監測多個監測的沉降變化軌道交通結構中的點,并已應用于諸如北京,上海和廣州等城市,并取得了良好的效果[1~3]。目前,使用浮子直接測量液位的靜态水平最廣泛地用于國内軌道交通結構的沉降自動監測。
 
      由于直接測量液位變化的原理,這種靜電水平的範圍通常很小,取決于容器的高度,通常不超過100mm。設備安裝精度高,安裝時初始高度基本相同。對于這種類型的靜态水平,有必要在線的斜率設計變化很大的部分中布置部分,并且在液位計之間設置縱向級聯靜态水平[4]。系統設計和安裝很困難并且增加。監控系統的成本。 
 
 2、基于壓力變送器的結算監控系統
 
 2.1壓力變送器原理
 
      在工業中廣泛使用的壓力變送器可用于測量液體液體,氣體或蒸汽的液位,密度和壓力,工作原理[5]是雙面壓力導管的壓差直接作用于發射器傳感器的雙面隔離膜片,通過膜片内的密封液體傳導到測量元件,測量元件将測得的壓力信号轉換成相應的電信号并傳輸到轉換器,并進行放大等處理成為标準電信号輸出,如圖2所示。
 
      壓力變送器的測量值是水頭的壓力。傳感器本身不需要液體儲罐。以橫河電機EJA110差壓變送器為例。其規格為125mm長×110mm寬×197mm高。它的規格與傳統靜電水平相比大大降低。壓力變送器測量範圍很大。橫河EJA110差壓變送器的測量精度為50mm至10000mm(H2O),測量精度為±0.075%,分辨率為±0.01%。當壓力變送器之間的最大高度差小于10cm時,測量精度可達±0.1mm,相當于傳統靜态水平的精度。當高度差為1m時,測量精度為±0.75mm,分辨率為±0.1mm,可以彌補傳統靜電平台儀的不足,使得沉降監測系統的設計和安裝更加方便。斜率設計變化較大的部分更有利。壓力變送器屬于工業級産品,其長期穩定性可在5年内達到±0.1%。它可以連續工作5年而無需調整零點。溫度和靜壓的影響非常小。在高溫高壓環境下可以保持高穩定性。 
 
 
 2.2系統設計
 
      基于壓力變送器的沉降監測系統主要由現場監測設備和傳感器子系統,數據采集與傳輸子系統,監測中心,用戶子系統四大部分組成,如圖2所示。監測設備和傳感器子系統主要是硬件設備例如安裝在監測現場的壓力變送器和收集器;數據采集和傳輸子系統的主要功能是控制收集器,定期收集相應的數據并将其傳輸到監控中心。進入數據,并執行相關命令;監控中心是整個監控系統的控制中心,數據存儲中心,數據處理,分析評估中心,監控和報警發布中心;用戶子系統實現根據需要實時向用戶顯示各種數據。并接受用戶控制和輸入到系統。
 
 
 
      在現場采集端,壓力變送器測量流體的過程壓力,因此需要單獨的儲存器來确保整個系統的壓力。液體儲罐設置在系統的一端,通過連通管與每個壓力變送器的高壓端連接,以确保液體儲罐中液面的高度高于液體儲罐的高度。所有壓力變送器的中心位置,如圖2所示。當監測部分較長時,為了保證整個系統的壓力,液體儲罐可以分别設置在系統的兩端。可以根據測量精度選擇監測點之間的安裝高度差。為确保監測精度優于±1.0mm,監測點之間的最大高度差不應大于1m。 
 
 
      系統中填充的液體通常使用防凍劑。如果使用純水作為介質,則應在水中加入防腐劑以防止液體變質。将防凍液倒入儲液器,然後從最遠端打開壓力變送器排氣閥排氣口,直到傳感器監測數據穩定。通過密度計在液體儲罐處測量填充液的密度,并且作為參數輸入,獲得每個監測點相對于液體儲罐的液位的高度差。

 

3個案例
 
      在建築物拆遷對軌道交通隧道結構影響的自動監測項目中,為了及時掌握拆除過程中對隧道結構的影響,采用基于壓力變送器的沉降監測系統。監測截面隧道的實時沉降,并安裝了應力監測傳感器。受影響區域内的軌道交通隧道分為兩個部分:單孔雙向和兩個單孔單線部分。受影響區域長度約160m,線路最大坡度設計為42.5‰,剖面隧道最大高差為7.5m,傳統靜水位設計安裝非常困難。 
拟拆除建築與隧道關系圖

      該項目共有5個監測斷面,截面間距約50m,壓力變送器安裝在隧道左側,參考點壓力變送器和儲液罐設置在北側穩定區域這條線。發射器之間的最大高度差約為220mm。壓力變送器采用Yokogawa EJA110A型,集熱器采用基康 BGK-Micro-40測量單元。數據采樣間隔為10分鐘。 

 

4.1錯誤源分析
 
     使用壓力變送器進行軌道交通結構沉降監測與傳統的靜态液位測量相似,并且還存在各種誤差。源的影響主要取決于溫度變化,環境壓力,列車振動和填充液質量等因素。
 
(1)溫度效應
 
      填充在系統中的液體密度随溫度而變化。液體密度的變化也改變了液體的體積。随着溫度升高,水柱高度發生變化。 [6]。計算每個部分溫度超過3個月的實時監測數據。從圖6中可以看出,1号部分和其他4部分之間的溫差在±0.5℃之内,其他部分的溫差在±0.25℃之内。第1節靠近輕軌平台的輕軌。它受到平台和火車的啟動和停止的影響。該部分的溫度與其他部分略有不同。
 
      由于隧道中各部分之間的溫差很小,溫度對高度差的影響可以忽略不計。如果監控系統安裝在室外,溫差可能是由遮擋和陽光之間的差異引起的,監測結果應根據每個傳感器測量的溫度進行校正。 
各監測斷面與 3 号斷面的溫度差
 
(2)氣壓和重力的影響

      氣壓和重力的差異将影響液體表面的高度,因為壓力變送器基本上安裝在同一高度表面上,并且隧道相對封閉。在相對較小的範圍内使用的情況下,可以認為重力加速度g和每個監測點的氣壓保持不變[7,8]。 
 
      但是,由于軌道交通列車運行引起的隧道内空氣流動,隧道内氣壓的變化會導緻測量結果出現一些波動,但如果列車間隔較長或停電期間期間,氣壓的變化将逐漸穩定,對監測結果影響不大。當監測精度高時,所有監測點發射器的低壓端可以通過空氣管連接形成一個封閉系統,可以顯着減少外部環境幹擾。
 
(3)火車影響
 
      通過監控區域以一定速度通過軌道交通列車引起的振動,電力電纜對壓力變送器的電磁幹擾的電磁幹擾,以及由空氣流動引起的空氣壓力的影響将被監控。結果産生了影響。以該項目為例,在監測的某一天,監測人員記錄列車通過傳感器的大緻時間,然後将其與傳感器監測數據的時間序列進行比較。比較結果如圖7所示。當列車通過監測點時,增加該部分隧道的負荷将導緻監測點下沉。由于通過項目的火車部分是參考點,參考點的下沉将導緻監測點上升。從圖中可以看出,列車通過傳感器的操作時間與傳感器數據跳躍的時間大緻一緻。跳躍大小範圍從0mm到2mm,并且結算增加。 
 
壓力變送器監測數據與列車經過的時間比對
 
(4)氣泡在灌裝液中的影響
 
      在監測過程中,發現4号監測部分的沉降與參考點液位的降低基本相同,整個超過程曲線如圖8所示。由于壓力變送器在膠囊中具有未排出的空氣,因此變送器的正壓總是受到累積的氣體壓力的影響,并且壓力不斷變化,導緻監測值與整個系統的偏差。壓力有一定的相關性。在外部環境的影響下,溶解在系統中的液體将不斷沉澱并積聚在傳感器中,從而導緻測量誤差。為了消除系統中氣泡的影響,可以選擇具有穩定性能的液體,如矽油作為介質;另一種是定期排氣壓力變送器,使傳感器監測數據穩定。 
4 号壓力變送器監測值變化量與儲液罐液面變化量
 4.2監控準确性分析
 
      可以清楚地看到,程曲線(圖9)在某一天監控,在夜間停電期間,0: 00~5: 00,壓力變送器的監控曲線非常穩定。在白天,由于列車運行,電磁幹擾,噪音和異常,需要識别和過濾運行期間的監控數據。 
某天系統監測過程曲線

        列車停運期間監測結果的統計分析可以真實反映壓力變送器的監測精度。從表1可以看出,在夜間列車停止期間,壓力變送器的監測精度優于0.1mm。每日監測結果最好作為夜間平均值作為當天的監測結果值。從表2可以看出,隧道運行期間監測數據的準确性被過濾,隧道運行期間壓力變送器的監測精度達到亞毫米。通過過濾和平滑監控數據也可以實現實時結算。監控的準确性。 

列車停運期間各壓力變送器監測标準差
4. 3監測結果比較
 
      為了驗證壓力變送器沉降監測的可靠性,将棱鏡安裝在項目第2,3和5段壓力變送器附近的隧道襯砌上。測量機器人用于監測,監測結果與壓力變送器的監測結果進行比較。比較結果如表3所示。可以看出,測量機器人和壓力變送器之間的平均差值為-0.5mm。可以說兩種方法的監測結果基本一緻,監測精度在亞毫米級以内。 
測量機器人與壓力變送器監測成果差值
 5結論
 
      (1)采用壓力變送器監測軌道交通結構的沉降,其監測精度相當于傳統的靜态水平,可有效克服傳統靜水位的小範圍,安裝難度大的缺點,在線路的縱剖面上較大的部分和需要監控隧道拱肩的上部,它具有比傳統靜态水平更大的優勢。

      (2)采用壓力變送器對結構沉降進行自動監測,主要誤差源是系統中無氣泡,電磁幹擾和列車振動的影響。之後,嘗試使用光纖光栅傳輸信号。電磁幹擾小。 
 
      (3)系統采集器按通道掃描,因此每個傳感器的采集時間不嚴格同步。對于沉降監測系統,需要同時液位相對于參考點的高差異,這也對高度差的測量精度有一定影響。為了盡可能地同步數據,所有壓力變送器都可以連接到相鄰的通道,但是數據的嚴格同步需要進一步研究。

      (4)整個沉降監測系統的數據質量與安裝質量密切相關。數據是否穩定需要連續觀察一段時間才能判斷。為确保數據的可靠性和連續性,建議同時使用其他手動監控。相互驗證和補充的手段。

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關鍵詞:壓力變送器能應用在軌道交通上嗎?,壓力變送器