GE DRUCK PTX-1730投入式液位傳感器的應(yīng)用

華 晨

(江蘇省水文水資源勘測局連云港分局，江蘇 連云港 222004)

1 概述

燕尾港水文站是國家重點站，地處江蘇省灌云縣燕尾港鎮(zhèn)碼頭上，擁有＞50 a的實測潮位資料。2009年因水文站所處碼頭改建，測井經(jīng)常淤積，浮子式水位傳感器無法記錄低潮位，為保證該站潮位資料的完整性，分局領(lǐng)導(dǎo)高度重視，多次派人清淤，但治標(biāo)不治本。由于使用浮子式水位傳感器需要重新在海中設(shè)立測井，難度巨大，工期長，需耗費大量人力物力，2011年分局決定嘗試采用投入式液位傳感器代替浮子式水位傳感器測量潮水位。投入式液位傳感器目前在江蘇省內(nèi)還沒有處在大面積推廣應(yīng)用階段，有許多地方需要我們?nèi)ッ?、學(xué)習(xí)、掌握。

2 GE DRUCK PTX-1730投入式液位傳感器

2.1 功能

我們選用的是美國GE公司出品的DRUCK PTX-1730投入式液位傳感器。該儀器配合水情自動測報系統(tǒng)可實現(xiàn)水位遙測。主要用于水利、水文和海洋測繪等部門的長期或臨時水位站進行水位觀測，其安裝方便的特點特別適合于海測中設(shè)立臨時潮位站。

2.2 技術(shù)指標(biāo)

精度:±0.25%FS量程:0～1.5 m H2O至 0～600 m H2O表壓之間任意量程(本次選用0～10 m H2O)

輸出:PTX1730:4～20 mA(兩線)

供電電壓:9～30V DC

工作溫度:-20～+60℃

電路接口:水用通氣電纜器

固定電纜長度:2，6，10，15，20，25，30，40，60，90，120 m，120～600 m之間任意長度(本次選用30 m)

防護等級:IP68 700 m水深

2.3 系統(tǒng)組成與工作原理

該儀器由水位傳感器、水下通氣電纜和水上信號傳輸電纜、STE防潮傳感器接線盒組成。投入式液位傳感器安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟耐用，通過接入水情自報系統(tǒng)使分中心可以實時觀測潮位變化。它是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用先進的隔離型擴散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過溫度補償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(一般為4～20 mA/1～5 V DC，PTX系列為電壓輸出)。

當(dāng)液位變送器投入到被測液體中某一深度時，傳感器迎液面受到的壓力公式為:

式中:P為變送器迎液面所受壓力;ρ為被測液體密度;g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣?Po為液面上大氣壓;H為變送器投入液體的深度。

同時，通過通氣電纜將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓Po與傳感器的負(fù)壓腔相連，以抵消傳感器背面的 Po，使傳感器測得的壓力為:ρ·g·H，顯然，通過測取壓力P，可以得到液位深度，由此即可換算成水位。

3 安裝及使用

3.1 投入式液位傳感器臨時測井的設(shè)置

為了確保水位數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性和有效性，好的儀器安裝位置選擇至關(guān)重要。我們在燕尾港碼頭反復(fù)勘察，向當(dāng)?shù)赜薪?jīng)驗的漁民了解海區(qū)狀況比較不同的安裝位置。最后決定用一根內(nèi)徑Φ25 cm長的PVC管做簡易井，倚樁而立，用包箍固定在碼頭樁上。用6 m長的兩根角鐵相接，將儀器探頭固定在角鐵上放入管內(nèi)。

3.2 投入式液位傳感器安裝前的調(diào)試

首先將傳感器的藍色電纜線接IO-4的5號端子，紅色電纜線接IO-4的7號端子，將傳感器放入一盆清水中，然后給RTU送電，用筆記本連接RTU，通過TOOLBOX軟件讀取RTU本地寄存器中的水位數(shù)據(jù)。若有數(shù)據(jù)，則表示液位傳感器正常工作，即可投入使用。

3.3 安裝注意事項

1)傳感器按原定方案進行安裝，傳感器底部至PVC管口的距離已事先量得。安裝時，安裝深度不能超過最大靜壓力值。

2)水下通氣電纜需要加設(shè)防護管并且要固定在角鐵上，以免受水流、風(fēng)浪等不確定因素的破壞。水上通氣電纜的出口端必須高于可能出現(xiàn)的最高水位，同時考慮到風(fēng)浪的影響，在電纜出口端應(yīng)繞1～2圈后固定，再與對應(yīng)的4芯電纜航空插頭座對接。

3)4芯電纜采用可架空安置，接頭必須嚴(yán)格絕緣和防水，防止人為的破壞或雷擊。

3.4 操作步驟及使用方法

在傳感器探頭固定完畢后，首先將傳感器的電纜線對應(yīng)接入RTU系統(tǒng)，藍色電纜接IO-4的5號端子，紅色電纜接IO-4的7號端子，然后給RTU上電，通過DV1000數(shù)顯屏幕觀察實時數(shù)據(jù)。

3.5 投入式液位傳感器比測及線性關(guān)系綜合計算

在確認(rèn)所安裝的各項遙測設(shè)備和參加比測的人工水尺均處于正常工作狀態(tài)后開始比測。

1)將投入式液位傳感器按照人工水尺讀數(shù)，設(shè)置起始基準(zhǔn)點，使得“兩者”有一個共同的基準(zhǔn)值(含時間一致)。

2)經(jīng)運行10 min后，可同步觀測人工水尺、投入式液位傳感器讀數(shù)(即水位)，若讀數(shù)有誤差(＞±1 cm)，則以人工水尺為標(biāo)準(zhǔn)，重新調(diào)整，修改投入式液位傳感器的起始基準(zhǔn)點，使兩者讀數(shù)一致。

3)連續(xù)運行1 h，分6次讀取比測數(shù)據(jù)，誤差若≤±1 cm，則第一階段現(xiàn)場比測完成。

4)經(jīng)過10 d左右的調(diào)試運行，若其誤差保證在±1 cm以內(nèi)，則第二階段比測可結(jié)束。

5)經(jīng)過90 d的調(diào)試運行，再在現(xiàn)場對比人工水尺、投入式液位傳感器讀數(shù)。

6)若經(jīng)過＞180 d的調(diào)試運行比測，誤差保證在±2 cm以內(nèi)，則認(rèn)為該投入式液位傳感器試運行正常，比測全部結(jié)束。

其中比測時間應(yīng)該包含一個高平潮和一個低平潮。在同一地點投入式液位傳感器讀數(shù)的變化趨勢與人工水尺讀數(shù)的變化趨勢一致，由此判斷出兩者間存在著y=ax+b的線性關(guān)系。其中a和b是待定常數(shù);x是投入式液位傳感器讀數(shù);y是人工水尺讀數(shù)。理論上在同一驗潮站人工水尺和投入式液位傳感器的讀數(shù)的差值為一恒值，考慮到投入式液位傳感器在海水中受溫度、濕度、含鹽量、流速、含沙量、潮汐等影響，其測得的讀數(shù)比實際值大，所以式中(y=ax+b)的a值應(yīng)接近于且＜1。為了把投入式液位傳感器的實測水深轉(zhuǎn)換成實際水位，選用了2月23日15:00—2月24日15:00整24 h共288組DRUCK投入式液位傳感器的水深數(shù)據(jù)和人工觀測數(shù)據(jù)作線性相關(guān)，求得a=0．963，b=762。經(jīng)分析可以看出兩組數(shù)據(jù)基本上達到了完全相關(guān)。利用toolbox軟件將此線性關(guān)系寫入RTU的梯形邏輯中，求得實際的潮位值。重啟RTU后，觀察數(shù)據(jù)是否與人工讀數(shù)一致。

4 結(jié)論

2012年2 月我們開始對燕尾港站水位數(shù)據(jù)進行比測，比測的參照系是人工觀測的水位資料。到目前為止，從測站上萬個數(shù)據(jù)中隨機抽查的成果表明，燕尾港投入式液位傳感器的水位精度在國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，可以投入正式運行。

[1] 中華人民共和國水利部.SL 61—94水文自動測報系統(tǒng)規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社，1994.

[2] 張建龍.SEBAPULS雷達水位計在小川水文站應(yīng)用研究[J].甘肅水利水電技術(shù)，2008(01):17-18.

[3] 楊英杰，程足捷.介紹一種壓力式水位計在渾河水文站的應(yīng)用[J].氣象水文海洋儀器，1995(02):25-29.