[实用新型]采用基准水位的浮子式水位计

说明书

技术领域  

本实用新型属浮子式水位计的技术范畴，特别涉及一种采用基准水位的浮子式水位计。

背景技术

水利是农业的命脉、工业和生活的基础设施，水利设施的安全高效运行有赖于水文部门的支持；水文数据的实时精确采集与报送是防汛抗旱科学指挥、水资源优化配置的重要依据，其中水位数据是掌握水情的最基本要素之一。传统的水位测报工具是人工水位尺，现代化的水位测量则借助水位自动采集报送系统。水位采集报送系统大多位于偏远的河川、水库，无人值守長年运行，因此系统的可靠性是必要的；鉴于水位采集报送系统的江河警戒水位（水库相应的是防洪高水位）拥有特殊的重要意义，此时系统的可靠性应具备更高的级别、即使这种高级别可靠性是在水位测量精度有所下降时实现的；另一方面，随着《水文自动测报规范》(SL61-2003)的实施，提高水位的测量精度、以及水位计自身的准确度（0.3级）也是必需的。 

我国水情自动测报技术的研发始于20世纪70年代，水位计按传感器分类有：浮子式水位计、压力式水位计、电容式水位计、气泡式水位计、超声波水位计、激光测距水位计等，其中气泡式水位计、超声波水位计和激光测距水位计为非接触式水位计。浮子式水位计历史悠久，具有结构简单、运维简便、性能稳定、质量可靠、经济耐用等一系列优点，在水文站、水库、水电厂获得广泛应用；浮子式水位计诞生至今始终占据着水位计的主导地位。尽管不乏挑战者，即采用新原理的水位传感器：如基于压力、电容、超声波、激光等感知水位的传感器；皆因挑战者的综合技术经济指标（对环境的要求、易用性、测量精度、量程范围、总体拥有成本(TCO)等）较浮子式逊色，尚无法撼动浮子式水位计的主导地位。 

浮子式水位计包括浮子感测传感器系统，轴角编码器系统和数据处理通信系统。目前，光电轴角编码器已全面取代早期的电位器，浮子（水位）位移通过轴角编码器以数字编码的方式输出至数据处理通信系统；现有技术条件下，光电轴角编码器的精度、可靠性完全能满足《水文自动测报规范》的要求。浮子式水位计的数据处理通信系统由数据处理单元和通信单元组成；微电子学的进步和巨磁效应的发现使数据处理单元的处理能力、存储容量有了质的飞跃，应对变化相对缓慢、数量相对有限的水文数据绰绰有余；通信单元可借鉴局（广）域无线通信的科研成果，例如水文站范围内构建ZigBee局域无线网络、水文站与上级水文中心采用电信运营商无线公网和防汛超短波专网组成的主副双网（通信信道）交换信息，达到《水文自动测报规范》“通信信道应遵循优先采用电信公网和已建防汛专网”的要求；鉴于水文站通过internet、防汛超短波专网与上级水文中心交换信息的技术属公知知识，本实用新型仅围绕电信运营商TD-SCDMA公网展开讨论。浮子式水位计的软肋是浮子感测传感器系统，浮子式传感器精度较低、误差偏大且呈累计特征，水位测量精度达标《水文自动测报规范》缺乏有效的误差校正技术；此外，确保特别重要的警戒水位（防洪高水位）等数据不缺失，亦缺少有针对性的高可靠性保障技术。浮子式传感器安装在测井平台上；感应水位变化的浮子通过钢丝绳连接配重，钢丝绳缠绕在计程轮上，而计程轮通过齿轮组与轴角编码器连接作圆周运动；浮子随水位变化呈现涨落的直线运动，经钢丝绳带动计程轮和编码器转动，水位涨落的直线运动映射为轴角编码器的转角编码，转角编码输出至数据处理通信系统；数据处理通信系统根据输入的转角编码，或直接将轴角编码器的编码、或换算得到水位值，上传至水文中心。 

浮子式水位计在水文站、水库、水电厂的長期使用过程中，由于测量原理和仪表结构方面的固有局限性，不可避免的瑕疵充分暴露。首先，钢丝绳与计程轮之间的滑动会产生误差，当钢丝绳的升降运动方向变化时、因齿轮组的传动副存在间隙，则会产生更大的回位误差；钢丝绳与计程轮生锈也会导致误差，甚至使传感器失效。其次，钢丝绳存在跳槽与卡绳现象，轻者水位值失真、重者水位计失效，洪水期间警戒水位等关键数据的缺失是无法容忍的、后果是灾难性的。第三，浮子随水位变化作涨落的直线运动时，钢丝绳自重造成浮子吃水深度的微变亦引入误差。必须指出，上述误差呈累计特征：误差一旦产生将持续迭加；水位计无法自校，检修保养时才可重新标定。浮子式水位计的瑕疵直接影响了测量数据的质量，给水位测报工作埋下了隐患。