華 晨

(江蘇省水文水資源勘測(cè)局連云港分局，江蘇 連云港 222004)

1 概述

燕尾港水文站是國(guó)家重點(diǎn)站，地處江蘇省灌云縣燕尾港鎮(zhèn)碼頭上，擁有＞50 a的實(shí)測(cè)潮位資料。2009年因水文站所處碼頭改建，測(cè)井經(jīng)常淤積，浮子式水位傳感器無(wú)法記錄低潮位，為保證該站潮位資料的完整性，分局領(lǐng)導(dǎo)高度重視，多次派人清淤，但治標(biāo)不治本。由于使用浮子式水位傳感器需要重新在海中設(shè)立測(cè)井，難度巨大，工期長(zhǎng)，需耗費(fèi)大量人力物力，2011年分局決定嘗試采用投入式液位傳感器代替浮子式水位傳感器測(cè)量潮水位。投入式液位傳感器目前在江蘇省內(nèi)還沒(méi)有處在大面積推廣應(yīng)用階段，有許多地方需要我們?nèi)ッ鳌W(xué)習(xí)、掌握。

2 GE DRUCK PTX-1730投入式液位傳感器

2.1 功能

我們選用的是美國(guó)GE公司出品的DRUCK PTX-1730投入式液位傳感器。該儀器配合水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水位遙測(cè)。主要用于水利、水文和海洋測(cè)繪等部門(mén)的長(zhǎng)期或臨時(shí)水位站進(jìn)行水位觀測(cè)，其安裝方便的特點(diǎn)特別適合于海測(cè)中設(shè)立臨時(shí)潮位站。

2.2 技術(shù)指標(biāo)

精度:±0.25%FS量程:0～1.5 m H2O至 0～600 m H2O表壓之間任意量程(本次選用0～10 m H2O)

輸出:PTX1730:4～20 mA(兩線)

供電電壓:9～30V DC

工作溫度:-20～+60℃

電路接口:水用通氣電纜器

固定電纜長(zhǎng)度:2，6，10，15，20，25，30，40，60，90，120 m，120～600 m之間任意長(zhǎng)度(本次選用30 m)

防護(hù)等級(jí):IP68 700 m水深

2.3 系統(tǒng)組成與工作原理

該儀器由水位傳感器、水下通氣電纜和水上信號(hào)傳輸電纜、STE防潮傳感器接線盒組成。投入式液位傳感器安裝方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)耐用，通過(guò)接入水情自報(bào)系統(tǒng)使分中心可以實(shí)時(shí)觀測(cè)潮位變化。它是基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)(一般為4～20 mA/1～5 V DC，PTX系列為電壓輸出)。

當(dāng)液位變送器投入到被測(cè)液體中某一深度時(shí)，傳感器迎液面受到的壓力公式為:

式中:P為變送器迎液面所受壓力;ρ為被測(cè)液體密度;g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?Po為液面上大氣壓;H為變送器投入液體的深度。

同時(shí)，通過(guò)通氣電纜將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓Po與傳感器的負(fù)壓腔相連，以抵消傳感器背面的 Po，使傳感器測(cè)得的壓力為:ρ·g·H，顯然，通過(guò)測(cè)取壓力P，可以得到液位深度，由此即可換算成水位。

3 安裝及使用

3.1 投入式液位傳感器臨時(shí)測(cè)井的設(shè)置

為了確保水位數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性和有效性，好的儀器安裝位置選擇至關(guān)重要。我們?cè)谘辔哺鄞a頭反復(fù)勘察，向當(dāng)?shù)赜薪?jīng)驗(yàn)的漁民了解海區(qū)狀況比較不同的安裝位置。最后決定用一根內(nèi)徑Φ25 cm長(zhǎng)的PVC管做簡(jiǎn)易井，倚樁而立，用包箍固定在碼頭樁上。用6 m長(zhǎng)的兩根角鐵相接，將儀器探頭固定在角鐵上放入管內(nèi)。

3.2 投入式液位傳感器安裝前的調(diào)試

首先將傳感器的藍(lán)色電纜線接IO-4的5號(hào)端子，紅色電纜線接IO-4的7號(hào)端子，將傳感器放入一盆清水中，然后給RTU送電，用筆記本連接RTU，通過(guò)TOOLBOX軟件讀取RTU本地寄存器中的水位數(shù)據(jù)。若有數(shù)據(jù)，則表示液位傳感器正常工作，即可投入使用。

3.3 安裝注意事項(xiàng)

1)傳感器按原定方案進(jìn)行安裝，傳感器底部至PVC管口的距離已事先量得。安裝時(shí)，安裝深度不能超過(guò)最大靜壓力值。

2)水下通氣電纜需要加設(shè)防護(hù)管并且要固定在角鐵上，以免受水流、風(fēng)浪等不確定因素的破壞。水上通氣電纜的出口端必須高于可能出現(xiàn)的最高水位，同時(shí)考慮到風(fēng)浪的影響，在電纜出口端應(yīng)繞1～2圈后固定，再與對(duì)應(yīng)的4芯電纜航空插頭座對(duì)接。

3)4芯電纜采用可架空安置，接頭必須嚴(yán)格絕緣和防水，防止人為的破壞或雷擊。

3.4 操作步驟及使用方法

在傳感器探頭固定完畢后，首先將傳感器的電纜線對(duì)應(yīng)接入RTU系統(tǒng)，藍(lán)色電纜接IO-4的5號(hào)端子，紅色電纜接IO-4的7號(hào)端子，然后給RTU上電，通過(guò)DV1000數(shù)顯屏幕觀察實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3.5 投入式液位傳感器比測(cè)及線性關(guān)系綜合計(jì)算

在確認(rèn)所安裝的各項(xiàng)遙測(cè)設(shè)備和參加比測(cè)的人工水尺均處于正常工作狀態(tài)后開(kāi)始比測(cè)。

1)將投入式液位傳感器按照人工水尺讀數(shù)，設(shè)置起始基準(zhǔn)點(diǎn)，使得“兩者”有一個(gè)共同的基準(zhǔn)值(含時(shí)間一致)。

2)經(jīng)運(yùn)行10 min后，可同步觀測(cè)人工水尺、投入式液位傳感器讀數(shù)(即水位)，若讀數(shù)有誤差(＞±1 cm)，則以人工水尺為標(biāo)準(zhǔn)，重新調(diào)整，修改投入式液位傳感器的起始基準(zhǔn)點(diǎn)，使兩者讀數(shù)一致。

3)連續(xù)運(yùn)行1 h，分6次讀取比測(cè)數(shù)據(jù)，誤差若≤±1 cm，則第一階段現(xiàn)場(chǎng)比測(cè)完成。

4)經(jīng)過(guò)10 d左右的調(diào)試運(yùn)行，若其誤差保證在±1 cm以內(nèi)，則第二階段比測(cè)可結(jié)束。

5)經(jīng)過(guò)90 d的調(diào)試運(yùn)行，再在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比人工水尺、投入式液位傳感器讀數(shù)。

6)若經(jīng)過(guò)＞180 d的調(diào)試運(yùn)行比測(cè)，誤差保證在±2 cm以內(nèi)，則認(rèn)為該投入式液位傳感器試運(yùn)行正常，比測(cè)全部結(jié)束。

其中比測(cè)時(shí)間應(yīng)該包含一個(gè)高平潮和一個(gè)低平潮。在同一地點(diǎn)投入式液位傳感器讀數(shù)的變化趨勢(shì)與人工水尺讀數(shù)的變化趨勢(shì)一致，由此判斷出兩者間存在著y=ax+b的線性關(guān)系。其中a和b是待定常數(shù);x是投入式液位傳感器讀數(shù);y是人工水尺讀數(shù)。理論上在同一驗(yàn)潮站人工水尺和投入式液位傳感器的讀數(shù)的差值為一恒值，考慮到投入式液位傳感器在海水中受溫度、濕度、含鹽量、流速、含沙量、潮汐等影響，其測(cè)得的讀數(shù)比實(shí)際值大，所以式中(y=ax+b)的a值應(yīng)接近于且＜1。為了把投入式液位傳感器的實(shí)測(cè)水深轉(zhuǎn)換成實(shí)際水位，選用了2月23日15:00—2月24日15:00整24 h共288組DRUCK投入式液位傳感器的水深數(shù)據(jù)和人工觀測(cè)數(shù)據(jù)作線性相關(guān)，求得a=0．963，b=762。經(jīng)分析可以看出兩組數(shù)據(jù)基本上達(dá)到了完全相關(guān)。利用toolbox軟件將此線性關(guān)系寫(xiě)入RTU的梯形邏輯中，求得實(shí)際的潮位值。重啟RTU后，觀察數(shù)據(jù)是否與人工讀數(shù)一致。

4 結(jié)論

2012年2 月我們開(kāi)始對(duì)燕尾港站水位數(shù)據(jù)進(jìn)行比測(cè)，比測(cè)的參照系是人工觀測(cè)的水位資料。到目前為止，從測(cè)站上萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)中隨機(jī)抽查的成果表明，燕尾港投入式液位傳感器的水位精度在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，可以投入正式運(yùn)行。

[1] 中華人民共和國(guó)水利部.SL 61—94水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)規(guī)范[S].北京:中國(guó)水利水電出版社，1994.

[2] 張建龍.SEBAPULS雷達(dá)水位計(jì)在小川水文站應(yīng)用研究[J].甘肅水利水電技術(shù)，2008(01):17-18.

[3] 楊英杰，程足捷.介紹一種壓力式水位計(jì)在渾河水文站的應(yīng)用[J].氣象水文海洋儀器，1995(02):25-29.