王心沁，王禮侖，余燦，譚惠尹，王余旺

摘 要：液位傳感器俗稱水位計，可測量液位深淺，它是工廠、船閘廣泛運(yùn)用的重要傳感設(shè)備，本文主要分析幾種常見類型的液位傳感器在三峽船閘中運(yùn)用的可能性和優(yōu)劣比較。

關(guān)鍵詞：三峽船閘;水位計;液位傳感器;超聲波;雷達(dá) 。

中圖分類號：U641 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2019）11-0027-02

1 水位計在三峽船閘的作用

水位計在三峽船閘自動化控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，它給船閘PLC自動控制系統(tǒng)提供了大量的水位信息，系統(tǒng)通過對南北線上下游及各閘室水位數(shù)據(jù)分析，不僅可以自動判斷雙線五級船閘的運(yùn)行級數(shù)，是否補(bǔ)水以及補(bǔ)水厚度等重要運(yùn)行參數(shù)設(shè)置，還可以影響到相鄰閘室平壓開啟人字門條件的觸發(fā)以及各閘首閥門動水關(guān)閥、緊急關(guān)閥保護(hù)指令的執(zhí)行。除此之外，水位計還在三峽船閘輔助設(shè)施檢修排水泵房中起到了關(guān)鍵性的作用，與水位控制儀相互配合，直接參與了泵房輔機(jī)設(shè)備深井泵和潛水泵運(yùn)行控制邏輯，在保護(hù)輔機(jī)設(shè)備可以正常運(yùn)行的同時也保障了船閘主要設(shè)施、設(shè)備檢修計劃的實(shí)施。

1.1閥門控制

為防止輸水末期超灌超泄，保護(hù)機(jī)械設(shè)備和船舶安全，輸水流程中設(shè)置了動水關(guān)閥，例如三閘首水頭減小到六米時，閥門從全開位關(guān)閉。補(bǔ)水過程中補(bǔ)水量的計算及補(bǔ)水閥的開閉控制。滲漏排水泵房的潛水泵自動模式下啟動和停機(jī)也需水位計信號控制。

1.2水平信號

輸水水平的信號靠閘首兩側(cè)的水位計計算得出，現(xiàn)地水頭小于0.1米，集控水頭小于0.06米即被判斷為水平，此時程序自動暫停關(guān)閥，轉(zhuǎn)步為開閘門。開門過程中反向水頭大于0.4米則會停機(jī)。

1.3水位保護(hù)

三峽船閘上下游最大水位落差可達(dá)113米，而中間相鄰閘室工作水頭一般在40M左右（最大45.20M），這樣就造成了相鄰閘室間開啟閥門充、泄水時速度快，慣性大，如不及時將閥門關(guān)至小開度，必定會出現(xiàn)超灌或者超泄現(xiàn)象，產(chǎn)生較大的正向或者反向水頭，從而對人字門門體結(jié)構(gòu)和啟閉機(jī)房液壓系統(tǒng)及通航船舶的安全產(chǎn)生了極大的影響，運(yùn)行程序必須通過水位計提供的數(shù)據(jù)對閥門的開度和開、關(guān)閥時間做出相關(guān)控制，在一定水位差時下達(dá)動水關(guān)閥指令，達(dá)到保護(hù)船閘設(shè)備設(shè)施安全高效運(yùn)行的目的。并在程序中設(shè)定有C類故障報警，當(dāng)閘室水位可能超過最大通航水位，低于最小通航水位時，或閘首工作水頭超高時，將會報開閥水位條件不滿足或自動緊急關(guān)閥。

2 水位計類型比較

當(dāng)前主流水位計有超聲波式，雷達(dá)式和投入靜壓式三種，下面著重比較他們的優(yōu)劣和在三峽船閘運(yùn)用的可能性。

2.1超聲波水位計

該超聲波傳感器一般安裝在水面的上方，工作時傳感器向水位發(fā)射超聲波脈沖，當(dāng)脈沖信號到達(dá)水面后產(chǎn)生反射，反射回去的脈沖信號被超聲波傳感器接收，并由物理信號轉(zhuǎn)換成電信號。并根據(jù)脈沖的傳輸時間和脈沖的速度計算出傳感器到水面表面的距離。

特點(diǎn)：

（1）精度0.5%FS，量程50米。

（2）非接觸測量，不受水體污染，不破壞水流結(jié)構(gòu)。

（3）不需建造測井，節(jié)省土建投資。

（4）無觸點(diǎn)開關(guān)元器件。

（5）無機(jī)械磨損，穩(wěn)定耐用。

（6）自動功率調(diào)整、增益控制、溫度補(bǔ)償。

2.2雷達(dá)水位計

雷達(dá)水位計主要是靠從雷達(dá)水位傳感天線發(fā)射的電磁波脈信號沖作為測量元素，當(dāng)電磁波脈信號沖遇到水面時，部分脈沖被反射形成回波信號，雷達(dá)水位計天線接收從水面反射回來的回波信號，并通過發(fā)射信號與接受到反射信號之間的時間差及電磁波的傳播速度，計算出雷達(dá)傳感器與被測水面的距離。

特點(diǎn)：

（1）精度小于0.1%FS，量程70米。

（2）波束角小，能量集中，抗干擾能力強(qiáng)。

（3）無機(jī)械磨損、非接觸型測量，壽命長，易維護(hù)。

（4）測量與水質(zhì)無關(guān)，抗腐蝕能力強(qiáng)，不受泡沫、粉塵、蒸汽影響。

（5）要根據(jù)被測液體介電常數(shù)選用合適型號。

（6）跟超聲波一樣也有盲區(qū)，較小，0.2米左右。

2.3投入式靜壓水位計

投入式靜壓水位計計是采用硅晶片作為壓力檢測元件。當(dāng)把傳感器放入水中一定深度時，硅晶片受壓產(chǎn)生形變，其電阻率呈線性變化。它與傳感器內(nèi)部其他三個作為參考標(biāo)準(zhǔn)的電阻構(gòu)成一個電橋，在外加24V直流電壓條件下，輸出信號呈線性變化的4-20MA電流值，并通過采集設(shè)備計算出當(dāng)前水位。投入式靜壓液位變送器的傳感器部分可通過口徑匹配的不銹鋼鋼管投入到水中，這樣可以提高測量的穩(wěn)定性和精度，避免水流波動產(chǎn)生的誤差及干擾。

特點(diǎn)：

（1）精度0.1%FS，量程200米。

（2）穩(wěn)定性好，滿度、零位長期穩(wěn)定性可達(dá)0.1%FS/年。在補(bǔ)償溫度0～70℃范圍內(nèi)，溫度飄移小于0.1%FS，在整個允許工作溫度范圍內(nèi)低于0.3%FS。

（3）直接投入到被測介質(zhì)中，安裝使用相當(dāng)方便，結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)耐用，其機(jī)械結(jié)構(gòu)對過載及腐蝕性介質(zhì)具有高抵抗性。

（4）固態(tài)結(jié)構(gòu)，無可動部件，高可靠性，使用壽命長從水、油到粘度較大的糊狀都可以進(jìn)行高精度測量，不受被測介質(zhì)起泡、沉積、電氣特性的影響。

（5）具有反向保護(hù)、限流保護(hù)電路，在安裝時正負(fù)極接反不會損壞變送器，異常時變送器會自動限流在35mA以內(nèi)。

3 總結(jié)

超聲波水位計由于在自然環(huán)境中（超）聲波頻段的干擾較多，像水流聲、設(shè)備諧振、回音等都會影響到超聲液位計的測量;并且頂部有盲區(qū)。精度一般，價格便宜，不適用于有氣泡或懸浮物的介質(zhì)。容易受溫度、濕度、泡沫、障礙物、風(fēng)浪的影響，所以閘室內(nèi)不宜安裝超聲波水位計。

雷達(dá)水位計相對超聲波等液位計精度高，適用工況多。維護(hù)方便，操作過程也簡單。頂部盲區(qū)比超聲波水位計小。測量介質(zhì)中有些易揮發(fā)的有機(jī)物會在雷達(dá)液位計的喇叭口或天線上結(jié)晶，需要進(jìn)行定期檢查和清理。最初安裝必須是空倉，對容器有些要求，安裝調(diào)試麻煩。價格較貴。

投入式靜壓水位計由于原理限制，是先測出壓力再轉(zhuǎn)化為液位，精度不是很高。如果積垢或結(jié)晶附著在變送器模塊上，變送器靈敏就很低，所以需要介質(zhì)純凈。一般不接觸底部安裝，留有砂石淤積的空隙，所以底部有盲區(qū)。

經(jīng)過比較分析，當(dāng)前適應(yīng)三峽船閘水位計井的設(shè)備就是投入式靜壓水位計，因?yàn)槠鋵囊筝^低，可以允許有水管、爬梯等設(shè)備，并且閘室內(nèi)水面漂浮物較多，靜壓式水位計不受其干擾。平時調(diào)試率定簡單，幾乎不受溫度變化影響，并且安裝于水位計管內(nèi)受水流影響較小。

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