智能浮子式水位计

　　0　引　言

　　按照引黄灌区现行水资源管理办法,水管部门依据干渠通向支渠放水闸口(斗口)的流量与用水单位结算水费。受人为因素影响和量水技术水平所限,用水量往往不能准确计量。目前,引黄灌区采用的灌渠量水方法共有4种:

　　(1)构筑标准过水断面,通过测量标准断面处的流速和水位计算水流量; (2)采用预先测绘的水位流量(H2Q)关系曲线量水; (3)利用闸口水工建筑物量水; (4)采用特设量水设备量水。无论采用何种方法,水位都是必不可少的直接测量变量。

　　引黄灌渠泥砂含量大、漂浮物多、水流形态复杂、沿渠大部分地区缺少电网供电条件,在引黄灌渠条件下,使用的水位计应具有与水流量自动测量相适应 的量程和精度,耗电小、制造成本低、可靠性高、便于安装和维修。本文介绍的智能浮子式水位计,采用观测井与水位计一体化的结构，可直接安装在任何灌渠水位 观测点位置。采用类似游标尺的测量原理,将粗测和精测相结合,有效地解决了浮子式水位计普遍存在的量程与分辨力之间的矛盾。

　　1　结构与工作原理

　　常用于水位自动监测的主要有浮子式水位计、压力式水位计、电子水尺和超声波水位计等,经过对各种类型的水位计的特点及使用条件的分析,确定选用浮子式水位计。

　　但传统的浮子式水位计需建造水位井,不能适用于低成本安装,因此,设计了观测井与水位计一体化的结构,可直接安装在任何灌渠水位观测点位置的智 能浮子式水位计。本文介绍的智能浮子式水位计由量水筒、浮子传感器、安装支座、保护外罩、微处理机和检测与控制电路等构成,如图1。其中,量水筒的外形尺 寸为10 cm×10 cm×160 cm,由不锈钢制成;浮子传感器的外形尺寸为9 cm×9 cm×12 cm也由不锈钢制成,其内部安装有浮子微机系统电路板;安装支座由铸铁制成,水由安装支座底部进入量水筒内部,将浮子传感器浮起;量水筒上部安装有一防水 的盒子,盒子上带有显示窗及防水按键,其内部安装有量水筒微机系统电路板,浮子微机系统电路板与量水筒微机系统电路板通过导线在电气上连通。在量水筒的一 侧沿轴向装有密封的方形不锈钢管(1 cm×1 cm),其内插入均布(间隔10 cm)磁敏开关元件的条形电路板,另一侧同样高度处均布磁性体(Φ6mm×5mm);浮子传感器的一侧安装着与量水筒磁敏开关元件位置对应的条状磁性体 (12 cm×1 cm的磁性面),另一侧均布着(间隔3mm)与量水筒磁性体相匹配的磁敏开关元件(安装在浮子微机系统电路板上);量水筒上的磁敏开关元件阵列与浮子上的 磁敏开关元件阵列分别与量水筒和浮子传感器上的检测控制电路连通,在相关软件模块的支持下实现水位测量等功能。智能浮子式水位计采用了与游标卡尺类似的测 量原理,将粗测和精测相结合。浮子传感器相当于游标,量水筒则相当于尺身,当浮子到达某一高度时,实际水位S=H-h。根据测量对象要求,智能浮子式水位 计可以设计成不同的量程和分辨力。其量程大小主要取决于量水筒的长度,测量分辨力则取决于浮子传感器上磁敏开关元件排列密度,实验样机量程为1. 5m,测量分辩力为3mm。