水位計是水位自動(dòng)監測的重要設備,廣泛應用于水利工程運行管理。水位計類(lèi)型眾多,如浮子式水位計、激光水位計、雷達水位計等,它們在設備成本、安裝成本、維護成本、使用壽命等方面不盡相同。優(yōu)選水位計有助于水利工程養護維修控制,保障工程日常有效監測,提高水位測量自動(dòng)化水平。筆者基于工程經(jīng)濟學(xué)理論,結合水利工程現場(chǎng)實(shí)際情況,厘清水位計的應用與選型。選取5種常用水位計即浮子式水位計、激光水位計、雷達水位計、超聲波水位計、電子水尺進(jìn)行比較分析。

浮子式水位計為機械式結構,主要由浮子、平衡錘、水位編碼器組成。安裝時(shí)需建水位測井,有一定的施工難度,建設成本較高,但使用壽命較長(cháng),適用于岸坡穩定、有建設測井條件的場(chǎng)景。設備運行時(shí),浮子隨水位變化上下移動(dòng)。水位不變時(shí),浮子與平衡錘兩側的力保持平衡,水位輪處于靜止狀態(tài);水位上升時(shí),浮子上浮,平衡錘隨之拉動(dòng)懸索帶動(dòng)水位輪順時(shí)針旋轉,水位編碼器顯示讀數增加;水位下降時(shí),浮子下沉,平衡錘隨之拉動(dòng)懸索帶動(dòng)水位輪逆時(shí)針旋轉,水位編碼器顯示讀數減小。如WFH-2A型浮子式水位計的浮子采用低重心不銹鋼外配重材質(zhì)結構,平穩性較好,能夠在波涌環(huán)境下穩定工作,安裝時(shí)采用20~30cm內徑的水位測井,可降低安裝成本。

激光水位計適用于短量程狹窄復雜環(huán)境,測量準確度較高。工作原理是利用激光測距技術(shù),在水位計測量管內安裝1個(gè)浮子,浮子隨水位變化上下浮動(dòng),水位計的激光傳感器將激光打到浮子表面并接收其反射激光,水位計根據激光往返時(shí)間自動(dòng)計算距離,并輸出電流模擬量信號,PLC系統進(jìn)行信號采集和運算,得到當前水位值。如HX-DLS-050型激光水位計采用全鋁鑄造防爆外殼,防水等級為IP67,能耐受惡劣氣候,適合長(cháng)期室外使用的場(chǎng)景。

雷達水位計是利用雷達波進(jìn)行測距的電子設備。雷達波不受溫度、濕度、風(fēng)、霜、雨、雪等環(huán)境因素影響,雷達水位計運行穩定,測量精度極高,安裝中不需要建立測井,安裝成本相對較低。工作原理是由傳感器發(fā)射雷達波照射水面并接收其回波,由此獲得由水面至雷達波發(fā)射點(diǎn)的時(shí)間,由于雷達波傳播速度為常數,系統可自動(dòng)計算當前水位值。如SEBAPLUS35型雷達水位計精度極高,設備密封性極好,安裝便捷,維護成本低,使用壽命長(cháng),但購置成本較高。

超聲波水位計是利用超聲波測距的電子設備。超聲波受流水波動(dòng)、泥沙、漂浮物、水溫等因素影響較大,使用范圍有限。安裝時(shí)不需要建立測井,安裝成本較低。工作原理是水位計向水面發(fā)出超聲波,水面反射超聲波后,儀器測得超聲波往返水面的時(shí)間,由系統計算當前水位值。如YDZ-YL9型超聲波水位計穿透蒸汽能力、過(guò)濾障礙物能力、測量穩定性較以往超聲波水位計有所提升。

電子水尺通過(guò)傳感器發(fā)射電磁波等形式進(jìn)行水位測量,工作原理與雷達水位計類(lèi)似,測量精度較高,安裝簡(jiǎn)單且自由,可垂直安裝,亦可傾斜安裝,還可沿河道面自下而上階梯安裝,但量程較短。如HXCAR810D型雷達式電子水尺采用不銹鋼管式防護外殼,測量中可以有效過(guò)濾波浪干擾。

5種類(lèi)型水位計主要技術(shù)參數對比如表1所示。雷達水位計設備價(jià)格最高,為浮子式水位計的6倍,量程、工作環(huán)境溫度、功耗等參數最佳。其他4種水位計在各項參數上各有優(yōu)劣,因此必須結合水利工程的現場(chǎng)情況進(jìn)行選擇。與此同時(shí),5種水位計的使用壽命、設備購置費、設備安裝費差異較大,如浮子式水位計要配套建設測井,其安裝費遠高于其他水位計,無(wú)法通過(guò)這3項參數直接判斷設備的經(jīng)濟性。因此需引入工程經(jīng)濟學(xué)中設備全壽命周期費用和經(jīng)濟壽命相關(guān)理論計算、分析不同水位計的經(jīng)濟性。