關(guān)長(zhǎng)輝

摘 要：文章通過(guò)對(duì)《中華人民共和國(guó)海船船員適任考試大綱》和《中華人民共和國(guó)海船船員適任考試評(píng)估規(guī)范》中輪機(jī)員評(píng)估科目 “電氣與自動(dòng)控制”中的項(xiàng)目7.1“電動(dòng)差壓變送器的使用操作與調(diào)整” 中的相關(guān)要求進(jìn)行研究，結(jié)合《中華人民共和國(guó)船員培訓(xùn)管理規(guī)則》中關(guān)于申請(qǐng)輪機(jī)員培訓(xùn)場(chǎng)地設(shè)施的相關(guān)要求設(shè)計(jì)出適合輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)高中學(xué)生使用的“電動(dòng)差壓變送器實(shí)訓(xùn)臺(tái)”。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)既能滿足“大綱”和“管理規(guī)則”的相關(guān)要求，又能應(yīng)用于“輪機(jī)自動(dòng)化”和“船舶輔機(jī)”的部分章節(jié)的實(shí)際教學(xué)過(guò)程，通過(guò)實(shí)訓(xùn)增進(jìn)學(xué)生對(duì)于專業(yè)知識(shí)的理解，提高學(xué)生的實(shí)踐技能，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生的能力培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：考試大綱；評(píng)估規(guī)范；管理規(guī)則；差壓變送器；能力培養(yǎng)

國(guó)際海事組織2010年通過(guò)了《STCW公約馬尼拉修正案》，新的STCW公約和STCW規(guī)則將于2012年生效，過(guò)渡期為5年。中華人民共和國(guó)海事局根據(jù)新版STCW公約要求于2011年12月27日發(fā)布了《中華人民共和國(guó)海船船員適任考試和發(fā)證規(guī)則》，“規(guī)則”發(fā)布后國(guó)家海事局于2012年相繼印發(fā)了《中華人民共和國(guó)海船船員適任考試大綱》和《中華人民共和國(guó)海船船員適任考試評(píng)估規(guī)范》。新版“考試大綱”和“評(píng)估規(guī)范”對(duì)于三管輪的培訓(xùn)項(xiàng)目中增加了關(guān)于自動(dòng)化知識(shí)的要求，“電動(dòng)差壓變送器的測(cè)量與調(diào)節(jié)”是主推進(jìn)動(dòng)力裝置功率750kW及以上二/三管輪的評(píng)估必考內(nèi)容。評(píng)估要素包括：（1）氣路或電路鏈接；（2）差壓變送器調(diào)零；（3）差壓變送器量程的調(diào)整，基于以上要求電動(dòng)差壓變送器的測(cè)量操作成為輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生必須掌握的內(nèi)容。

1 研究意義

隨著科技水平的不斷提高，現(xiàn)代化船舶也向著更加智能化的方向發(fā)展，尤其輪機(jī)設(shè)備對(duì)于自動(dòng)控制的要求不斷增高，自動(dòng)化設(shè)備在現(xiàn)代船舶中扮演著越來(lái)越重要的角色。這就要求我們現(xiàn)代的輪機(jī)員要掌握更多的自動(dòng)化知識(shí)，本試驗(yàn)臺(tái)正是針對(duì)現(xiàn)代化船舶中比較典型的自動(dòng)化控制元件——電動(dòng)差壓變送器的實(shí)際應(yīng)用所設(shè)計(jì)的，對(duì)于提高輪機(jī)工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生輪機(jī)自動(dòng)化相關(guān)知識(shí)的實(shí)際動(dòng)手能力有著重要意義。自動(dòng)化儀表是電氣工程自動(dòng)化控制的一個(gè)專業(yè)門類有著一定的重要性和特殊性。

2 差壓變送器原理

差壓變送器可以用于測(cè)量液體、氣體或蒸汽的液位、密度和壓力，然后將其轉(zhuǎn)變成4～20mA DC信號(hào)輸出。目前在船舶機(jī)艙中主要以電容式電動(dòng)差壓變送器為主。測(cè)量部件的作用是把被測(cè)壓差ΔP轉(zhuǎn)換成電容量的變化，其核心是差動(dòng)電容敏感元件。差動(dòng)電容敏感元件包括中心感壓片（可動(dòng)電極），電極引線，正壓測(cè)、負(fù)壓測(cè)隔離膜片和基體等，如圖1所示。感壓片與其兩邊的弧形電極形成電容Ci1和Ci2，無(wú)差壓輸入時(shí)，Ci1=Ci2。來(lái)自兩側(cè)導(dǎo)壓管的差壓，直接作用于變送器傳感器兩側(cè)隔離膜片上，通過(guò)膜片內(nèi)的密封液傳導(dǎo)至測(cè)量元件上，測(cè)量元件將測(cè)得的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳遞給轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)放大等處理變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出。

3 試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案

3.1 氣路測(cè)量系統(tǒng)

本實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要供學(xué)生研究以下內(nèi)容：（1）差壓變送器氣路和電路系統(tǒng)組成；（2）差壓變送器調(diào)整；（3）船用鍋爐（模擬）水位自動(dòng)調(diào)節(jié)方法。實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)兩套系統(tǒng)：氣路測(cè)量系統(tǒng)和模擬鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)。如圖2所示，氣路系統(tǒng)主要包括氣源、空氣處理單元和測(cè)量校調(diào)單元。氣源選用小型空壓機(jī)配上容量相符的空氣瓶，空氣瓶的壓力由壓力繼電器反饋到空壓機(jī)的開關(guān)進(jìn)行雙位控制，以保持空氣瓶?jī)?nèi)始終存有一定壓力的空氣?？諝馓幚韱卧獕嚎s空氣經(jīng)過(guò)空氣濾器進(jìn)行過(guò)濾凈化以防空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)中，凈化過(guò)得空氣經(jīng)過(guò)減壓閥進(jìn)行減壓來(lái)為系統(tǒng)提供壓力穩(wěn)定的空氣供入系統(tǒng)氣源壓力總閥，壓縮空氣經(jīng)過(guò)壓力總閥后被分為兩路經(jīng)過(guò)階躍開關(guān)分別送入到壓差變送器。通過(guò)階躍開關(guān)調(diào)整兩側(cè)壓力，當(dāng)壓力表1和壓力表2顯示氣壓相等時(shí)電流表應(yīng)該顯示4mA，當(dāng)兩側(cè)壓差達(dá)到設(shè)置最大量程時(shí)電流表應(yīng)該顯示20mA，當(dāng)測(cè)量值不在4～20mA的范圍內(nèi)時(shí)可以通過(guò)調(diào)節(jié)旋鈕來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就可以對(duì)差壓變送器進(jìn)行量程的設(shè)定和校對(duì)。通過(guò)連接氣路和調(diào)節(jié)量程使學(xué)生更直觀的感受到壓力信號(hào)是如何變?yōu)殡娦盘?hào)的。另外制造氣源的小型空壓機(jī)也是采用雙位控制的，與實(shí)船相似，學(xué)生也可以學(xué)習(xí)一些空壓機(jī)卸載起動(dòng)等相關(guān)知識(shí)。氣路部分雖然已經(jīng)很完善，不過(guò)這部分是開環(huán)系統(tǒng)并沒(méi)有形成真正的反饋閉環(huán)回路，所以在本實(shí)驗(yàn)臺(tái)上我們又加裝了模擬鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)。

3.2 模擬鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)

要完成電動(dòng)差壓變送器的反饋試驗(yàn)可以選用多種系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)選用的模擬鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)，與實(shí)船鍋爐補(bǔ)水系統(tǒng)原理一致。此法簡(jiǎn)便易行，而且直觀，尤其對(duì)初學(xué)者了解差壓法測(cè)量液位的工作原理很有幫助，并還可在教中應(yīng)用。根據(jù)流體靜力學(xué)，由被測(cè)對(duì)象液柱的靜壓力，就可判斷液位的高低。而靜壓力可用差壓計(jì)等儀表把它檢測(cè)出來(lái)。液位與差壓有如下關(guān)系：H=△P/ρ。當(dāng)液體密度恒定時(shí)，測(cè)出差壓就可知道液位高度，而與液體容積無(wú)關(guān)，或者說(shuō)知道了液體高度，也就知道了差壓，即△P=ρH。模擬校驗(yàn)法就是基于上述原理進(jìn)行的?，F(xiàn)以校驗(yàn)水位計(jì)為例，介紹一下具體方法，校驗(yàn)裝置及接線如圖3所示。

制作一個(gè)模擬鍋爐，在模擬鍋爐上由上至下分別安裝兩個(gè)管路，這兩根管路接到電動(dòng)差壓變送器的兩端，由圖3可知，如果鍋爐水位低于H1時(shí)由于不受液體壓力所以P1=P2差壓變送器兩端的壓差為零，所對(duì)應(yīng)的電流應(yīng)該是4mA。當(dāng)液位上升時(shí)隨著△H不斷增大△P越來(lái)越大所對(duì)應(yīng)的電流值也在增大，當(dāng)液面到達(dá)H2時(shí)△P值最大△P=P2-P1=ρg（H2-H1），這時(shí)差壓變送器的輸出電流應(yīng)為20mA，從圖中可以看出（H2-H1）是定值，所以即使液面進(jìn)一步上升△P也會(huì)保持不變。這樣我們就可以通過(guò)設(shè)置差壓變送器的量程把鍋爐的水位控制在H1和H2之間。當(dāng)液面下降到H1時(shí)差壓變送器輸出的電信號(hào)為4mA，此電信號(hào)將控制起動(dòng)水泵給鍋爐補(bǔ)水，補(bǔ)水的過(guò)程中△P不斷增大電流也不斷增大，在鍋爐水位到達(dá)H2壓差到達(dá)最大值，輸出的電信號(hào)為20mA，此電信號(hào)使水泵停止供水。這樣就實(shí)現(xiàn)了鍋爐水位的雙位控制。在此過(guò)程中通過(guò)觀察液位表的高度與輸出電流之間的關(guān)系可以很直觀的看出，液位在最低值和最高值時(shí)，所對(duì)應(yīng)的電流也在4mA-20mA之間變化，只要設(shè)定量程我們就可以把最高液位控制在H1到H2之間的任何位置。

4 結(jié)束語(yǔ)

電動(dòng)差壓變送器綜合試驗(yàn)臺(tái)包含了輪機(jī)自動(dòng)化常用到的電、氣、液控制，與船上實(shí)物貼合度極高，理論與實(shí)踐結(jié)合度高，可以做到寓教于樂(lè)，如果此項(xiàng)目最終成型能夠很大程度上解決我校輪機(jī)學(xué)生自動(dòng)化學(xué)習(xí)困難的問(wèn)題?？梢詰?yīng)用在“輪機(jī)自動(dòng)化”“船舶輔機(jī)”“電氣與自動(dòng)控制實(shí)訓(xùn)”等相關(guān)課程的教學(xué)過(guò)程中。

參考文獻(xiàn)

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