GE DRUCK PTX-1730投入式液位传感器的应用

2012-06-26华晨

黑龙江水利科技 2012年11期

华晨

(江苏省水文水资源勘测局连云港分局，江苏连云港 222004)

1 概述

燕尾港水文站是国家重点站，地处江苏省灌云县燕尾港镇码头上，拥有＞50 a的实测潮位资料。2009年因水文站所处码头改建，测井经常淤积，浮子式水位传感器无法记录低潮位，为保证该站潮位资料的完整性，分局领导高度重视，多次派人清淤，但治标不治本。由于使用浮子式水位传感器需要重新在海中设立测井，难度巨大，工期长，需耗费大量人力物力，2011年分局决定尝试采用投入式液位传感器代替浮子式水位传感器测量潮水位。投入式液位传感器目前在江苏省内还没有处在大面积推广应用阶段，有许多地方需要我们去摸索、学习、掌握。

2 GE DRUCK PTX-1730投入式液位传感器

2.1 功能

我们选用的是美国GE公司出品的DRUCK PTX-1730投入式液位传感器。该仪器配合水情自动测报系统可实现水位遥测。主要用于水利、水文和海洋测绘等部门的长期或临时水位站进行水位观测，其安装方便的特点特别适合于海测中设立临时潮位站。

2.2 技术指标

精度:±0.25%FS量程:0～1.5 m H2O至 0～600 m H2O表压之间任意量程(本次选用0～10 m H2O)

输出:PTX1730:4～20 mA(两线)

供电电压:9～30V DC

工作温度:-20～+60℃

电路接口:水用通气电缆器

固定电缆长度:2，6，10，15，20，25，30，40，60，90，120 m，120～600 m之间任意长度(本次选用30 m)

防护等级:IP68 700 m水深

2.3 系统组成与工作原理

该仪器由水位传感器、水下通气电缆和水上信号传输电缆、STE防潮传感器接线盒组成。投入式液位传感器安装方便、结构简单、经济耐用，通过接入水情自报系统使分中心可以实时观测潮位变化。它是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号(一般为4～20 mA/1～5 V DC，PTX系列为电压输出)。

当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为:

式中:P为变送器迎液面所受压力;ρ为被测液体密度;g为当地重力加速度;Po为液面上大气压;H为变送器投入液体的深度。

同时，通过通气电缆将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压Po与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的 Po，使传感器测得的压力为:ρ·g·H，显然，通过测取压力P，可以得到液位深度，由此即可换算成水位。

3 安装及使用

3.1 投入式液位传感器临时测井的设置

为了确保水位数据采集的连续性和有效性，好的仪器安装位置选择至关重要。我们在燕尾港码头反复勘察，向当地有经验的渔民了解海区状况比较不同的安装位置。最后决定用一根内径Φ25 cm长的PVC管做简易井，倚桩而立，用包箍固定在码头桩上。用6 m长的两根角铁相接，将仪器探头固定在角铁上放入管内。

3.2 投入式液位传感器安装前的调试

首先将传感器的蓝色电缆线接IO-4的5号端子，红色电缆线接IO-4的7号端子，将传感器放入一盆清水中，然后给RTU送电，用笔记本连接RTU，通过TOOLBOX软件读取RTU本地寄存器中的水位数据。若有数据，则表示液位传感器正常工作，即可投入使用。

3.3 安装注意事项

1)传感器按原定方案进行安装，传感器底部至PVC管口的距离已事先量得。安装时，安装深度不能超过最大静压力值。

2)水下通气电缆需要加设防护管并且要固定在角铁上，以免受水流、风浪等不确定因素的破坏。水上通气电缆的出口端必须高于可能出现的最高水位，同时考虑到风浪的影响，在电缆出口端应绕1～2圈后固定，再与对应的4芯电缆航空插头座对接。

3)4芯电缆采用可架空安置，接头必须严格绝缘和防水，防止人为的破坏或雷击。

3.4 操作步骤及使用方法

在传感器探头固定完毕后，首先将传感器的电缆线对应接入RTU系统，蓝色电缆接IO-4的5号端子，红色电缆接IO-4的7号端子，然后给RTU上电，通过DV1000数显屏幕观察实时数据。

3.5 投入式液位传感器比测及线性关系综合计算

在确认所安装的各项遥测设备和参加比测的人工水尺均处于正常工作状态后开始比测。

1)将投入式液位传感器按照人工水尺读数，设置起始基准点，使得“两者”有一个共同的基准值(含时间一致)。

2)经运行10 min后，可同步观测人工水尺、投入式液位传感器读数(即水位)，若读数有误差(＞±1 cm)，则以人工水尺为标准，重新调整，修改投入式液位传感器的起始基准点，使两者读数一致。

3)连续运行1 h，分6次读取比测数据，误差若≤±1 cm，则第一阶段现场比测完成。

4)经过10 d左右的调试运行，若其误差保证在±1 cm以内，则第二阶段比测可结束。

5)经过90 d的调试运行，再在现场对比人工水尺、投入式液位传感器读数。

6)若经过＞180 d的调试运行比测，误差保证在±2 cm以内，则认为该投入式液位传感器试运行正常，比测全部结束。

其中比测时间应该包含一个高平潮和一个低平潮。在同一地点投入式液位传感器读数的变化趋势与人工水尺读数的变化趋势一致，由此判断出两者间存在着y=ax+b的线性关系。其中a和b是待定常数;x是投入式液位传感器读数;y是人工水尺读数。理论上在同一验潮站人工水尺和投入式液位传感器的读数的差值为一恒值，考虑到投入式液位传感器在海水中受温度、湿度、含盐量、流速、含沙量、潮汐等影响，其测得的读数比实际值大，所以式中(y=ax+b)的a值应接近于且＜1。为了把投入式液位传感器的实测水深转换成实际水位，选用了2月23日15:00—2月24日15:00整24 h共288组DRUCK投入式液位传感器的水深数据和人工观测数据作线性相关，求得a=0．963，b=762。经分析可以看出两组数据基本上达到了完全相关。利用toolbox软件将此线性关系写入RTU的梯形逻辑中，求得实际的潮位值。重启RTU后，观察数据是否与人工读数一致。