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1、#技术交流#刘瑜等高精度浮子式水位传感器设计83高精度浮子式水位传感器设计刘瑜王震庄陈向飞(国网南京自动化研究院/南京南瑞集团公司江苏省南京市210003)=摘要>文章讨论了浮子式水位传感器实现高精度水位测量过程中碰到的问题及解决的方法。在高精度浮子式水位传感器的设计中,采用绝对值光电轴角编码器准确记录水位变化引起的轴角度变化,通过高性能单片机,完成对轴角编码器、环境温度的采样、多种校正因子的计算、数据显示和通信功能,实现对水位数据的自动精确测量。=关键词>高精度浮子式水位测量光电编码水情测报=数据库分类号>SZ040引言随着我国国民经济发展对能源需求的不断增涨,水电在国家
2、能源供应中的比率不断的提高,为了更加经济、有效的利用水资源,提高水力发电企业对水资源的综合利用效率,保证水轮机有足够的水头满负荷出力。精确测量水库坝上、坝下水位,提供准确可靠数据是非常必需的,由此南瑞水情公司设计了一款用于水库坝上、坝下水位井内安装的高精度浮子式水位传感器,型号为9669.LG-OA。这款水位传感器的设计,充分考虑使用浮子式水位传感器进行水位测试固有问题,有针对性对测量引入偏差进行纠正,使水位传感器的测量精度达到较高的水平。1水位传感器设计方向1.1用途9669-LG-OA型浮子式水位传感器是针对大变幅、高精度的水位测量进行设计,可在已有或可建水位竖井和钢管
3、竖井的水位测量场所安装。将水位变化的模拟量转换成数字信号输出,并可通过LCD现场数据显示。水位传感器充分考虑了防雷、低功耗等问题,具有很高的可靠性。1.2指标要求根据5水文自动测报规范6(SL61-2003)对水位传感器的指标要求,9669.LG-OA将指标选择为0.001m分辨力,准确度指标为0.3级。在设计中,传感器满足以下所列的总体指标、测量指标和功能要求。1.2.1总体指标#工作温度:-10~+60e,不含液晶显示#环境湿度:<95%RH@40e#工作电压:+10.8~16V#静态功耗:[200LA,不含时钟#工作功耗:[300mA1.2.2测量指标#感度:?0.0
4、01m。感度是描述水位传感器对水位变化敏感程度的指标。?0.001m是说水收稿日期:2006-10-13。本文为2006年/全国水电自动化学术技术交流会0征文。842007年2月水电厂自动化第1期总第111期位上升或下降0.001m,均被传感器所捕获#分辨力:0.001m#精度:优于0.03%F.S.#测量范围0~40m1.2.3其他功能#4@20字符LCD,动态显示当前水位瞬时值,温度瞬时值#传感器采集间隔、采集时间参数可调#SDI-12V1.2接口1.3水位传感器设计中需解决的问题目前,用于水位自动监测的传感器主要有浮子式水位传感器、压力式水位传感器、气泡式水位传感器、
5、超声波水位传感器等。这些传感器可以直接接到RTU上,实现水位数据的自动监测。比较以上各类传感器,浮子式水位传感器具有工作稳定性高、维护简单,价格便宜等特点,但是国内浮子式水位计测量精度和对水位变化的感度一般不高,测量分辨率大多为厘米级,对水位变化感度大多为3cm或以上。为了实现浮子式水位传感器对水位的高精度测量需要解决以下问题:#传感器水位计程轮、变比齿轮加工精度问题#高分辨力编码器选择,合理的计程轮、配重与计程轮、齿轮、编码器的力矩匹配#钢丝绳传动的防滑设计#钢丝绳热胀冷缩引起的测量误差2水位传感器设计2.1总体设计9669.LG-OA水位传感器是在水位测站水位井台上,安
6、装一个用于感应水位变化的浮子,浮子与配重之间通过钢绳连接,并缠绕在水位传感器计程轮上,计程轮通过相应齿轮组与轴角编码器连接,并可作圆周运动。当水位变化时,浮子灵敏地响应水位变化并作相应的涨落直线运动,同时浮子涨落直线运动通过钢绳传递给水位传感器的计程轮,驱动计程轮和编码器运动,此时水位的涨落变化被转换成轴角编码器的角度变化,通过单片机采集编码器并运算出变化的水位值。整个传感器分为浮子感测系统、轴角编码系统、数据处理通信系统。如图1所示。图1浮子水位计接线图2.2浮子感测系统浮子感测系统由浮子、配重、钢丝绳等组成。浮子感测系统的好坏关键是浮子对水位变化的敏感程度,本次设计的感
7、度指标为1mm,即每1mm水位变化在浮子产生的升力足以让计程轮克服机构摩擦力,带动轴角编码器转动。2.2.1浮子浮子由铝合金材料制成,具有良好的抗腐蚀性能。其直径«24cm,高度12cm,重量1.5kg。2.2.2配重配重是用于平衡浮子的重量,使浮子悬浮于水中,浮子没入水中深度约为浮子高度的1/2。2.2.3钢丝绳钢丝绳用于连接浮子与配重,本设计中使用直径«1mm多股不锈钢丝绳,其质地柔软材质为#技术交流#刘瑜等高精度浮子式水位传感器设计851Cr18Ni9Ti,具有良好的抗腐蚀性能。2.3轴角编码系统轴角编码系统
