高精度系列水(闸)位计的开发技术研究

　　0　前言

　　尔王庄管理处是引滦入津工程的枢纽所在,通过1座水库、8座泵站和17座闸站担负着向天津市区、天津市开发区、塘沽区、汉沽区、大港区(包括军粮城电厂、大无缝钢管厂、大港油田)和武清逸仙园开发区供水的任务。年平均供水量在5·8亿m3左右。随着工程管理工作的不断深化,管理处将所辖泵站和闸涵水情测报点联网建成了微机监测系统,在此基础上,完成了供水优化调度系统的开发及应用。在调试校核优化调度系统中的经济运行计算子程序时发现,水位计、闸位计的精度严重影响着测量和计算结果的精度。例如:水库库容计算,水位误差1 cm,将使计算出的库容误差11万m3;输水暗渠闸门过流计算,在水位差为6 m时,闸门起落高度误差1 cm,将使计算出的过流量误差0·2 m3/s,日流量误差17 280 m3,这个问题必须引起重视并得到解决。在广泛分析研究了国内水位计、闸位计的技术资料之后发现,国内常用的水位、闸位计测量精度均为±1 cm,虽满足水利部水文测验技术规程的要求,但这样的精度对引水工程的水量计量等领域是不够的。解决的办法就是研制开发新一代科技含量高、测量精度高的智能化水位计、闸位计。为此,由尔王庄管理处、引滦工程工管处与河北工业大学联合,成功研制了SW-2000系列水位计、闸位计,测量精度提高了一个等级,填补了国内高精度水位、闸位测量设备的空白。

　　1　SW-2000系列水位计、闸位计的硬件组成

　　SW-2000系列水位计、闸位计包括SW-2000Z旋转编码式、SW-2000Y压力式、SW-2000F浮子式。硬件组成如图1所示。

　　1·1　信号检测输入电路

　　信号检测输入电路是完成被测量参数的检测及ADC转换电路。它将多种形式的被测信号(标准的电压、电流信号或非标准的电压、电流、电阻信号或其他形式的信号)转换成标准电压信号或数字信号传送给微处理器。

　　(1)SW-2000Z为旋转编码式水位(闸位)计,检测电路采用ZYB系列远程编码器,JZB编码器发出的数据及信号通过一个单片机转换为串行口输出,采用RS485通讯协议送给C8051F021进行数据处理。JZB编码器可通过线轮、齿轮或其他形式完成与被测设备联接。其测量分辨率可达1mm。同时JZB编码器具有机械记忆装置,可确保在失电过程中对变化量进行记忆。ZYB系列远程编码器原理如图2所示。

　　(2)SW-2000Y为压力式水位(闸位)计,传感器采用压敏型扩散硅检测元件,将水位变化信号转换成电流信号,传送给微处理器MPU实现数值测量,其测量分辨率为1~5 mm(由传感器的精度而定)。

　　(3)SW-2000F为浮子式水位(闸位)计,它的测量元件既可采用旋转编码器,也可采用精密电阻传感器。为避免电阻器件受温度变化及滑点机械磨损造成的接触不良影响到测量精度,在电路设计时采用由MPU提供标准电压、电阻传感器分压比法测量的方法,既解决了影响测量精度的外界因素,又解决了不同参数元器件不能直接代换问题。