本文摘要：摘要：液位傳感器俗稱水位計(jì)，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(jì);液位傳感器;超聲波;雷達(dá) 1水位計(jì)在三峽船閘的作用 水位計(jì)在三峽
摘要：液位傳感器俗稱水位計(jì)，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(jì);液位傳感器;超聲波;雷達(dá)
1水位計(jì)在三峽船閘的作用
水位計(jì)在三峽船閘自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，它給船閘PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)提供了大量的水位信息，系統(tǒng)通過對(duì)南北線上下游及各閘室水位數(shù)據(jù)分析，不僅可以自動(dòng)判斷雙線五級(jí)船閘的運(yùn)行級(jí)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(dòng)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(jì)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(shí)也保障了船閘主要設(shè)施、設(shè)備檢修計(jì)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(dòng)水關(guān)閥，例如三閘首水頭減小到六米時(shí)，閥門從全開位關(guān)閉。補(bǔ)水過程中補(bǔ)水量的計(jì)算及補(bǔ)水閥的開閉控制。滲漏排水泵房的潛水泵自動(dòng)模式下啟動(dòng)和停機(jī)也需水位計(jì)信號(hào)控制。
1.2水平信號(hào)
輸水水平的信號(hào)靠閘首兩側(cè)的水位計(jì)計(jì)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(shí)程序自動(dòng)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(huì)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(shí)速度快，慣性大，如不及時(shí)將閥門關(guān)至小開度，必定會(huì)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(duì)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(jì)提供的數(shù)據(jù)對(duì)閥門的開度和開、關(guān)閥時(shí)間做出相關(guān)控制，在一定水位差時(shí)下達(dá)動(dòng)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(bào)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(shí)，或閘首工作水頭超高時(shí)，將會(huì)報(bào)開閥水位條件不滿足或自動(dòng)緊急關(guān)閥。
2水位計(jì)類型比較
當(dāng)前主流水位計(jì)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(jì)
該超聲波傳感器一般安裝在水面的上方，工作時(shí)傳感器向水位發(fā)射超聲波脈沖，當(dāng)脈沖信號(hào)到達(dá)水面后產(chǎn)生反射，反射回去的脈沖信號(hào)被超聲波傳感器接收，并由物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。并根據(jù)脈沖的傳輸時(shí)間和脈沖的速度計(jì)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(dòng)功率調(diào)整、增益控制、溫度補(bǔ)償。
2.2雷達(dá)水位計(jì)
雷達(dá)水位計(jì)主要是靠從雷達(dá)水位傳感天線發(fā)射的電磁波脈信號(hào)沖作為測量元素，當(dāng)電磁波脈信號(hào)沖遇到水面時(shí)，部分脈沖被反射形成回波信號(hào)，雷達(dá)水位計(jì)天線接收從水面反射回來的回波信號(hào)，并通過發(fā)射信號(hào)與接受到反射信號(hào)之間的時(shí)間差及電磁波的傳播速度，計(jì)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(hào)。(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(jì)
投入式靜壓水位計(jì)計(jì)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(shí)，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(gè)作為參考標(biāo)準(zhǔn)的電阻構(gòu)成一個(gè)電橋，在外加24V直流電壓條件下，輸出信號(hào)呈線性變化的4-20MA電流值，并通過采集設(shè)備計(jì)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(dòng)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(gè)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(duì)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(dòng)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(shí)正負(fù)極接反不會(huì)損壞變送器，異常時(shí)變送器會(huì)自動(dòng)限流在35mA以內(nèi)。
3總結(jié)
超聲波水位計(jì)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(huì)影響到超聲液位計(jì)的測量;并且頂部有盲區(qū)。精度一般，價(jià)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(jì)。雷達(dá)水位計(jì)相對(duì)超聲波等液位計(jì)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(jì)小。測量介質(zhì)中有些易揮發(fā)的有機(jī)物會(huì)在雷達(dá)液位計(jì)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(duì)容器有些要求，安裝調(diào)試麻煩。價(jià)格較貴。投入式靜壓水位計(jì)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(jì)井的設(shè)備就是投入式靜壓水位計(jì)，因?yàn)槠鋵?duì)井的要求較低，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(jì)不受其干擾。平時(shí)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(jì)管內(nèi)受水流影響較小。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉艷艷.超聲波液位計(jì)的研究[D].北京化工大學(xué),2007.
[2]陸石輝,邱瑞鑫,黃少先.淺談雷達(dá)液位計(jì)及其構(gòu)成的液位測量系統(tǒng)[J].中國水能及電氣化,2007(10).
[3]翟斌,李可.靜壓式液位計(jì)的應(yīng)用與維護(hù)[J].計(jì)量技術(shù),2003(7):60-60.
轉(zhuǎn)載請注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jzlw/22238.html
