液位传感器装置在三峡船闸的应用分析

王心沁，王礼仑，余灿，谭惠尹，王余旺

摘 要：液位传感器俗称水位计，可测量液位深浅，它是工厂、船闸广泛运用的重要传感设备，本文主要分析几种常见类型的液位传感器在三峡船闸中运用的可能性和优劣比较。

关键词：三峡船闸;水位计;液位传感器;超声波;雷达 。

中图分类号：U641            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2019）11-0027-02

1 水位计在三峡船闸的作用

水位计在三峡船闸自动化控制系统中应用广泛，它给船闸PLC自动控制系统提供了大量的水位信息，系统通过对南北线上下游及各闸室水位数据分析，不仅可以自动判断双线五级船闸的运行级数，是否补水以及补水厚度等重要运行参数设置，还可以影响到相邻闸室平压开启人字门条件的触发以及各闸首阀门动水关阀、紧急关阀保护指令的执行。除此之外，水位计还在三峡船闸辅助设施检修排水泵房中起到了关键性的作用，与水位控制仪相互配合，直接参与了泵房辅机设备深井泵和潜水泵运行控制逻辑，在保护辅机设备可以正常运行的同时也保障了船闸主要设施、设备检修计划的实施。

1.1阀门控制

为防止输水末期超灌超泄，保护机械设备和船舶安全，输水流程中设置了动水关阀，例如三闸首水头减小到六米时，阀门从全开位关闭。补水过程中补水量的计算及补水阀的开闭控制。渗漏排水泵房的潜水泵自动模式下启动和停机也需水位计信号控制。

1.2水平信号

输水水平的信号靠闸首两侧的水位计计算得出，现地水头小于0.1米，集控水头小于0.06米即被判断为水平，此时程序自动暂停关阀，转步为开闸门。开门过程中反向水头大于0.4米则会停机。

1.3水位保护

三峡船闸上下游最大水位落差可达113米，而中间相邻闸室工作水头一般在40M左右（最大45.20M），这样就造成了相邻闸室间开启阀门充、泄水时速度快，惯性大，如不及时将阀门关至小开度，必定会出现超灌或者超泄现象，产生较大的正向或者反向水头，从而对人字门门体结构和启闭机房液压系统及通航船舶的安全产生了极大的影响，运行程序必须通过水位计提供的数据对阀门的开度和开、关阀时间做出相关控制，在一定水位差时下达动水关阀指令，达到保护船闸设备设施安全高效运行的目的。并在程序中设定有C类故障报警，当闸室水位可能超过最大通航水位，低于最小通航水位时，或闸首工作水头超高时，将会报开阀水位条件不满足或自动紧急关阀。

2 水位计类型比较

当前主流水位计有超声波式，雷达式和投入静压式三种，下面着重比较他们的优劣和在三峡船闸运用的可能性。

2.1超声波水位计

该超声波传感器一般安装在水面的上方，工作时传感器向水位发射超声波脉冲，当脉冲信号到达水面后产生反射，反射回去的脉冲信号被超声波传感器接收，并由物理信号转换成电信号。并根据脉冲的传输时间和脉冲的速度计算出传感器到水面表面的距离。

特点：

（1）精度0.5%FS，量程50米。

（2）非接触测量，不受水体污染，不破坏水流结构。

（3）不需建造测井，节省土建投资。

（4）无触点开关元器件。

（5）无机械磨损，稳定耐用。

（6）自动功率调整、增益控制、温度补偿。

2.2雷达水位计

雷达水位计主要是靠从雷达水位传感天线发射的电磁波脉信号冲作为测量元素，当电磁波脉信号冲遇到水面时，部分脉冲被反射形成回波信号，雷达水位计天线接收从水面反射回来的回波信号，并通过发射信号与接受到反射信号之间的时间差及电磁波的传播速度，计算出雷达传感器与被测水面的距离。

特点：

（1）精度小于0.1%FS，量程70米。

（2）波束角小，能量集中，抗干扰能力强。

（3）无机械磨损、非接触型测量，寿命长，易维护。

（4）测量与水质无关，抗腐蚀能力强，不受泡沫、粉尘、蒸汽影响。

（5）要根据被测液体介电常数选用合适型号。

（6）跟超声波一样也有盲区，较小，0.2米左右。

2.3投入式静压水位计

投入式静压水位计计是采用硅晶片作为压力检测元件。当把传感器放入水中一定深度時，硅晶片受压产生形变，其电阻率呈线性变化。它与传感器内部其他三个作为参考标准的电阻构成一个电桥，在外加24V直流电压条件下，输出信号呈线性变化的4-20MA电流值，并通过采集设备计算出当前水位。投入式静压液位变送器的传感器部分可通过口径匹配的不锈钢钢管投入到水中，这样可以提高测量的稳定性和精度，避免水流波动产生的误差及干扰。

特点：

（1）精度0.1%FS，量程200米。

（2）稳定性好，满度、零位长期稳定性可达0.1%FS/年。在补偿温度0～70℃范围内，温度飘移小于0.1%FS，在整个允许工作温度范围内低于0.3%FS。

（3）直接投入到被测介质中，安装使用相当方便，结构简单、经济耐用，其机械结构对过载及腐蚀性介质具有高抵抗性。

（4）固态结构，无可动部件，高可靠性，使用寿命长从水、油到粘度较大的糊状都可以进行高精度测量，不受被测介质起泡、沉积、电气特性的影响。

（5）具有反向保护、限流保护电路，在安装时正负极接反不会损坏变送器，异常时变送器会自动限流在35mA以内。

3 总结

超声波水位计由于在自然环境中（超）声波频段的干扰较多，像水流声、设备谐振、回音等都会影响到超声液位计的测量;并且顶部有盲区。精度一般，价格便宜，不适用于有气泡或悬浮物的介质。容易受温度、湿度、泡沫、障碍物、风浪的影响，所以闸室内不宜安装超声波水位计。

雷达水位计相对超声波等液位计精度高，适用工况多。维护方便，操作过程也简单。顶部盲区比超声波水位计小。测量介质中有些易挥发的有机物会在雷达液位计的喇叭口或天线上结晶，需要进行定期检查和清理。最初安装必须是空仓，对容器有些要求，安装调试麻烦。价格较贵。

投入式静压水位计由于原理限制，是先测出压力再转化为液位，精度不是很高。如果积垢或结晶附着在变送器模块上，变送器灵敏就很低，所以需要介质纯净。一般不接触底部安装，留有砂石淤积的空隙，所以底部有盲区。

经过比较分析，当前适应三峡船闸水位计井的设备就是投入式静压水位计，因为其对井的要求较低，可以允许有水管、爬梯等设备，并且闸室内水面漂浮物较多，静压式水位计不受其干扰。平时调试率定简单，几乎不受温度变化影响，并且安装于水位计管内受水流影响较小。

参考文献：

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[2]陆石辉， 邱瑞鑫， 黄少先. 浅谈雷达液位计及其构成的液位测量系统[J]. 中国水能及电气化， 2007（10）.

[3]翟斌， 李可. 静压式液位计的应用与维护[J]. 计量技术， 2003（7）：60-60.