关于橡胶坝工程水位测量问题的探讨

2016-11-18张振勇郭雅君张君慧

橡塑技术与装备 2016年10期

关键词：水位计橡胶坝变送器

张振勇，郭雅君，张君慧

（南阳市白河橡胶坝管理处，河南南阳 473000）

关于橡胶坝工程水位测量问题的探讨

张振勇，郭雅君，张君慧

（南阳市白河橡胶坝管理处，河南南阳 473000）

南阳市白河零级橡胶坝最大蓄水量2 160万m3，相当于一个Ⅲ等中型水库的库容，准确测量水位是合理、有效调度和通航的必要条件，文章以南阳市白河零级橡胶坝工程为例，主要介绍了WIDEPLUS-8系列精小型压力变送器的应用及在水位测量中发现的问题，并提出相关建议。

橡胶坝工程；水位测量；探讨

南阳市白河零级橡胶坝工程（简称零坝）始建于2010年12月21日，该工程主要包括充水式橡胶坝和通航船闸等。

橡胶坝上游水位监测采用上润精密仪器有限公司生产的WIDEPLUS-8系列精小型压力变送器获得4-20 mA电流信号并送入PLC模块，船闸闸室及上下游均未安装水位计，目前主要依靠工作人员用目测完成，对目测人员的经验水平要求较高，不同的人员测得的结果也不相同，误差较大。

1 水位计概述

1.1分类

水位计也叫“液位计”或“液面计”，是自动测定并记录河流、湖泊和灌渠等水体的水位的仪器，按传感器原理可分为压力式、浮子式、光纤式、跟踪式和声波式等。

1.2工作原理

压力式水位计的工作原理是通过传感器测得的压力，计算出水位；浮子式水位计的工作原理是由水位控制浮子的升降，适合于岸坡稳定、河床冲淤很小的低含沙量河段；光纤水位计的工作原理是通过激光调制技术，获得水位信息，再采用光路耦合调节设备，通过光纤传递水位信息；跟踪式水位计也叫接触式水位计，工作原理是利用重锤上的电测针接触水面发出电信号，使电机正转或逆转，随时跟踪水面点的位置，从而测定水位；声波式水位计属于反射式水位计，工作原理是通过声波反射测定水位。

2 应用于零坝的压力传感器

2.1概述

WIDEPLUS-8系列精小型压力变送器用OEM压力传感器测量信号，经计算机自动测试，使用激光调阻工艺进行宽温度范围的零点和灵敏度温度补偿。放大电路位于不锈钢壳体内，将传感器信号转换为标准输出信号，充分发挥了传感器的技术优势，具有优异的性能，可适应工业各种场合及介质。

2.2工作原理

压力变送器由信号处理电路和传感器组成，当水位变化时，压力作用在不锈钢316L隔离膜片上，引起惠斯顿电桥桥臂发生变化，通过精密的补偿技术、信号处理技术、转换成与水压成正比的标准4～20 mA直流信号，供给二次仪表进行测量、指示和过程调节，其原理见图1。

图1　工作原理图

2.3运行效果

南阳市白河零坝选用的压力变送器型号为W I D E P L U S-8 A 1 S 1 G 4 F 2 D 5 G 1 0 G J 1；量程为（0～0.06）MPA；准确度等级为0.5级；输出电流为（4～20）mADC；输出误差数学模型为△I=I-（Im/ Pm.P+Io）。

式中：△I——压力变送器输出误差，mA；I——压力变送器输出电流值，mA；Im——压力变送器输出量程，mA；Pm——压力变送器输入量程，Pa ；P——压力变送器输入压力值，Pa；Io——压力变送器输入起始值，mA。

零坝自2014年8月交维以来，计算机监测的坝前水位值与实测值对比，偏差在0.03 m以内（抽查数据见表1），运行状况良好，从未出现异常，温度漂移小，测量精度高，稳定性好。

表1　坝前水位值与实例值对比表　　　m

3 发现的问题

问题一：橡胶坝充排水控制单元主要由充排水泵、电气控制装置和水位监测设备等组成，根据上游水位及坝袋高度，通过对水泵电机的开关等实现坝袋自动控制，为了进行充排水智能控制，水位监测是一项非常重要的工作，由于坝前水尺容易因褪色、被漂浮物遮挡等因素，不能准确读数上游水位的数值，坝高水尺容易因褪色、距离观测点远和坝型变化等因素，不能准确读数，进而影响调度，当橡胶坝上过水深度超过0.5 m时，可能引起坝袋振动，影响橡胶坝自身安全；

问题二：船闸主要由上下闸首和闸室组成，上闸首包括人字闸门和两个输水洞闸门，下闸首同上闸首一样，包括人字闸门和两个输水闸门；船闸运行有着严格的闭锁要求，只有在上游阀门开启之后，且闸室水位与上游平齐，才能开启上游闸门，同样，也只有在下游阀门开启之后，且闸室水位与下游平齐，才能开启下游闸门。由于零坝船闸闸室及下游无水位信息，默认5 min内闸室水位与上游（下游）平齐，当水位差较小的时候，船舶不能及时过闸，影响通航速度，反之，会造成主闸门开启时过载运行，严重时损坏主闸门的传动结构。

4 改进建议

零坝总长530.5 m，坝高5.5 m，回水长度8 km，水域总面积16.5 km2，综合规模堪称全国第一坝，调度和通航的重要性不言而喻。

橡胶坝充排水和船闸控制系统是橡胶坝监控系统的核心，监控系统由现地测控系统和上位远程监控系统组成，具体包括充排水泵、船闸、监控主机和现场数据采集及控制设备等。目前，零坝已实现坝前水位的实时监控，建议继续使用上润公司生产的WIDEPLUS-8系列精小型压力变送器，增加对上下游水位、闸室内水位及坝高的监测，以便更合理有效的实现橡胶坝坝袋充排水系统的智能控制，提高船闸通航效率，为防汛调度和旅游通航做好服务。

5 结束语

总体而言，国内橡胶坝工程水位测量的信息化程度水平较低，手段较为落后，数据的采集主要依靠人员观察，压力变送器以其合理的价格和优良的性能获得了较大的市场份额，选择一款温度漂移小，测量精度高，稳定性好的压力变送器，准确测得闸室内水位、上下游水位及坝袋高度，是实现船闸自动控制、坝袋高度自动调节和科学调度的基础。

需要注意的是，压力传感器在遇到强烈震动或者长时间运行后，可能出现大于精度范围内的误差，需要重新校验。作者希望本文对橡胶坝供排水系统及通航船闸监控系统的设计、生产及运维单位有参考价值。

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Discussion on rubber dam water level measurement issues