Принцип работы электромагнитного расходомера

 

Стационарное равновесие между силами Лоренца (FL) и Кулона (FK), лежащее в основе принципа действия электромагнитногорасходомера. 

Любой водный раствор, кроме дистиллированной или глубоко очищенной воды является электролитом, то есть в нем присутствуют диссоциированные молекулы солей, кислот, оснований. Таким образом, в водном растворе практически всегда есть свободные носители заряда. В естественных условиях число катионов и анионов равно, и жидкость электрически нейтральна. 

При движении жидкости по трубопроводу вместе с массой воды переносятся и свободные носители заряда. А направленное движение заряженных частиц является электрическим током. Только в движущейся нейтральной жидкости текут два тока, образованные потоком анионов и катионов, равные по модулю и противоположные по направлению. Если поместить поток жидкости в магнитное поле, силовые линии которого перпендикулярны потоку, то на каждую движущуюся заряженную частицу будет действовать сила Лоренца, направление которой будет перпендикулярно вектору индукции магнитного поля и вектору скорости заряженной частицы. В результате положительно и отрицательно заряженные частицы будут смещаться в противоположные стороны, то есть произойдет разделение объемных зарядов в жидкости.

До каких пор заряды будут разделяться? Казалось бы, если магнитное поле достаточно протяженное, то все заряды должны пространственно разделиться? Однако это не так. При разделении объемных зарядов на них из-за электростатического взаимодействия начинает действовать сила Кулона. Если сила Лоренца разделяет заряды, то сила Кулона притягивает разноименно заряженные частицы. В какой-то момент эти силы сравниваются.

В основе принципа действия электромагнитного расходомера лежит именно стационарное равновесие между силами Лоренца (F_L) и Кулона (F_K) (см.рис.). Степень разделения зарядов зависит в этом случае от величины силы Лоренца, а она, в свою очередь, - от скорости потока жидкости. Запишем условие наступления такого равновесного состояния c учетом ортогональности векторов скорости и индукции поля:

F_L=F_K   или   qvB=qE,   откуда   E=vB,

где q - разделенный заряд; v - модуль скорости потока; B - модуль индукции магнитного поля; E - модуль напряженности электрического поля, создаваемого разделенными зарядами.

Таким образом, разность потенциалов между измерительными электродами зависит только от скорости течения жидкости, индукции магнитного поля и расстояния между электродами:

Δφ=Ed=vBd,   где d - расстояние между электродами.

Объемный расход Q=vS и разность потенциалов между электродами прямо пропорциональны скорости течения, а значит, прямо пропорциональны друг другу:

Δφ=QBd/S, где S - площадь сечения трубы.

Отсюда видно, что измеряемое на электродах напряжение прямо пропорционально объемному расходу проводящей жидкости.

Внутреннее сопротивление такого возникающего магнитогидродинамического источника тока велико. Чтобы электроды не шунтировались металлом трубы, и не происходило разряда разделившихся ионов друг на друга по стенке трубы, внутренняя поверхность ЭМР должна быть покрыта изоляционным материалом - футеровкой. Материал футеровки определяет химическую совместимость и физическую стойкость преобразователя электромагнитного расходомера.

В идеальном случае измеряемый на электродах сигнал прямо пропорционален расходу. На практике на эту простую зависимость влияет множество факторов - электрохимический шум, наводки, турбулентность потока. От того, насколько производителю удается справиться с этими нюансами, зависят метрологические характеристики и надежность электромагнитного расходомера.

 

РЕАЛИЗАЦИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО РАСХОДОМЕРА ВОДЫ НА ОСНОВЕ ВРЕМЯ- ИМПУЛЬСНОГО МЕТОДА

 

Применение ультразвуковыхизмерителей потока стремительно распространяется как в индустриальной среде, так и в медицине. Существует множество других методов измерения расхода жидкости, такие как турбины, трубки Вентури и другие, но применение ультразвуковых преобразователей имеет множество преимуществ . Такая система не содержит движущихся частей, не создает дополнительного перепада давления и позволяет проводить двунаправленное измерение.Ее быстрый отклик позволяет производить измерения в переходных и  пульсирующих потоках. Наконец, эта система может значительно снизить затраты на ее установку и обслуживание . Кроме того, ультразвуковыеизмерители потока находят применение для измерений в жидкостях, газах и многофазных средах, хотя и не без ограничений . 

Среди  ультразвуковых  методов  измерения  объемного  расхода  можно  выделить  два  основных:  доплеровский  и  время-импульсныйметоды.  Метод измерения выбирается в зависимости от типа контролируемой среды. Среда, в свою очередь, может быть однофазной (гомогенной), либо многофазной (гетерогенной). Для измерения расхода гетерогенных сред  лучше  всего  проходит  доплеровский  метод  измерения,  в  основе  которого  лежит  измерение  частоты  ультразвукового сигнала отраженного от движущихся неоднородностей. Для измерения  расхода в однофазных средах  лучше  подходит  время-импульсный  метод  измерения,  в  основе  которого  лежит  изменение  времени распространения ультразвукового импульса по потоку и против потока жидкости .

Для  ввода  акустических  колебаний  в  поток  и  их  дальнейшего  считывания  используются  излучатели-приемники, выполненные на основе пьезокерамических элементов .

Рассматриваемый  в  статье  ультразвуковой расходомер  должен  проводить  измерения  для    потока  воды.  Поскольку  вода  является гомогенной средой, то в качестве метода измерения был выбран время-импульсный метод.

Принцип измерений

Ультразвуковыевремя-импульсные измерители основаны на посыле в акустический канал ультразвуковых сигналов  по потоку и против него. Для этого используются два направленных друг на друга пьезокерамических преобразователя, каждый из которых по очереди выполняет роль приемника и передатчика. На распространение сигнала будет влиять  протекающий со скорость v поток, благодаря чему время распространения сигнала от вышестоящего передатчика А до нижестоящего  приемника  Б  будет  меньше,  чем  время  распространения  сигнала  от  нижестоящего  передатчика  Б  до вышестоящего приемника А. Таким образом, разность во времени пролета между этими двумя сигналами будет прямо пропорциональна скорости потока v. Данный принцип схематически изображен на рисунке 1

Общий вид устройства

Расходомер,  как  измерительное  устройство,  должен  не  только  накапливать  разности  времен  распространения  сигнала, но также и осуществлять преобразования, вычисления, мгновенное отображение результата и его передачу на сервер.  В  качестве  ядра,  выполняющего  перечисленные  функции,  был  использован  микроконтроллер  с  низким потреблением STM32.  Структура устройства отображена на рисунке 2.

Точность  всего  устройства  определяется  точностью,  с  которой  осуществляется  измерение  разности  во  времени  распространения ультразвуковых волн. В зависимости от скорости потока, эта величина может существенно отличаться.

Типичные значения разности во времени составляют от единиц до сотен наносекунд. По этому, был необходим время-цифровой преобразователь обладающий высоким разрешением и широким диапазоном измерений.

Для осуществления прецизионных измерений времени распространения ультразвуковых волн был применен время-цифровой преобразователь TDC-GP22 производства компании Acam Messelectronic GmbH. Данный измеритель имеет высокое  разрешение  22  псек  и  содержит  схему  генерации  и  детектирования  импульсов,  что  значительно  упрощает конечную  схему  устройства.  Кроме  того,  микросхема  преобразователя  имеет  малые  физические  размеры  и  низкое энергопотребление.

Измерение  температуры  воды  реализовано  при  помощи  двух  термисторов.  Для  определения  их  сопротивления  была использована функция измерения сопротивления PICOSTRAIN® преобразователя TDC-GP22. Данная технология позволяет с  высокой  точностью  измерить  относительное  сопротивление  элементов  .  Для  вычисления  абсолютных  величин сопротивлений термисторов при помощи их относительных значений, а затем и непосредственно температуры, был введен  опорный резистор.

После выполнения измерений, микроконтроллер STM32 принимает данные от TDC-GP22 по серийному интерфейсу SPI, выполняет  их  обработку,  устраняет  шумы  и  производит  подготовку  результатов.  Для  взаимодействия  с  пользователем  и  выбора  режима  работы  устройства  были  добавлены  дисплей  и  кнопки,  а  также  возможность  удаленного  взаимодействия посредством интерфейса передачи данных. Для сохранения результатов используется встроенное запоминающие устройство.

Обработка данных

Данные,  поступающие  в  микроконтроллер  от  время-цифрового  преобразователя,  представляют  собой  последовательность  величин,    измеренных  в  различные  моменты  времени  с  постоянным  шагом.  К  сожалению,  эти данные очень сильно зашумлены и потому непригодны к использованию в своем первоначальном виде. По этой причине необходимо  провести  их  дополнительную  обработку.  Поскольку  все  результаты  измерений  разности  времен  распространения сигнала и сопротивлений термисторов представлены в цифровом виде, то обработка осуществляется исключительно программными средствами микроконтроллера. 

Цифровая  обработка  сигналов,  в  сравнении  с  аналоговой,  имеет  ряд  преимуществ,  среди  которых  гибкость, стабильность  и  высокая  надежность.  Для  определения  конкретного  типа  фильтра  и  его  коэффициентов  для  каждой величины  был  проделан  ряд  экспериментов,  заключавшихся  в  проведении  серий  замеров  для  различных,  заранее известных, скоростей потоков воды. Каждая серия включала в себя несколько сотен измерений, которые сохранялись на  ПК  для  дальнейшего  изучения.  Пример  нескольких  последовательных  измерений  внутри  одной  серии  приведен  в таблице 1.

Приведенные в таблице данные содержат всего 5 точек, но тем не менее наглядно демонстрируют общий характер измерений.  Так,  можно  заметить,  что  сопротивления  термисторов  постоянны,  а  значит,  им  не  требуется  сложная  математическая  обработка  и  достаточно  простого  скользящего  среднего.  Времена  распространения  сигнала  же, напротив,  серьезно  подвержены  шумам  и  требуют  дополнительной  программной  фильтрации.  Примеры  исходных  зашумленных и отфильтрованных данных приведены соответственно на рисунках 3 и 4.

Таким образом, после проведения процедуры фильтрации, полученный результат можно использовать для итогового вычисления расхода воды. Тем не менее, текущая цифровая  обработка может содержать недостатки и требует более  тщательной проверки в будущем.

Заключение

Данная статья представляет реализацию ультразвукового расходомера воды основанного на время-импульсном методе,  в  основе  которого  лежит  микроконтроллер  STM32,  а  генерация  импульсов  и  измерение  их  времени распространения  осуществляется  специализированным  время-цифровым  преобразователем  TDC-GP22.

Полученные  данные  обрабатываются  при  помощи  программных  методов  и  отображаются  пользователю  как непосредственно на устройстве, так и через удаленный сервер. 

В будущем необходимо проведение полноценных метрологических испытаний, по результатам которых возможно понадобится незначительная корректировка параметров цифрового фильтра.

Влияние газовой фазы на метрологические характеристики расходомеров-счетчиков воды

 

В отличие от существующей сегодня системы измерения расхода воды ,состоящей из одной фазы, требуется исследовать параметры воды ,как многофазной среды, включающей в себя также воздушную среду, твердые включения  и имеющую нестационарный характер потока. Это , в свою очередь, требует разработки новых узлов учета на  основе отечественных и импортных приборов и устройств. При этом необходимо  учитывать влияние на измеряемую величину таких параметров ,как аэрация жидкости ,пульсация измеряемого потока  в реальных условиях, зарастание стенок трубопровода и т.д.

  При производстве воды необходимо ,чтобы измерительная информация о расходе воды была достоверной ,и достоверность эта должна достигаться в широком диапазоне диаметров водоводов и скоростей потоков воды.

 Сегодня для измерения расхода используются следующие типы приборов : сопла, диафрагмы, тахометрические расходомеры (турбинные), электромагнитные, ультразвуковые , кориолисовы и др.

  Процесс образования  погрешности этих приборов включает в себя следующие основные составляющие : погрешность фона, погрешность метода, инструментальная погрешность.

   В воде, подаваемой по напорным  водопроводам ,всегда имеется некоторое количество воздуха. Из результатов обследования получено, что до 10% трубопроводов имеют заполнение воздухом до 20% водовода(это ,в основном ,связано с отключением участков водоводов на ремонт при авариях и регламентных работах ,после чего в систему, заполненную воздухом, подается вода).При этом  объем нерастворенного воздуха по длине водовода постоянно меняется ,так как он зависит от давления в трубах и температуры воды.  Воздух сжимается и расширяется, растворяется в воде или ,наоборот, выделяется из воды. Надо заметить, что  количество растворенного воздуха ,которое может раствориться в рабочей жидкости до ее насыщения ,прямо пропорционально давлению на поверхности раздела жидкость-воздух ,и его можно определить по формуле:

                      Vрв= K*Vрж*Pi/Po   (1)

где Vрв- объем растворенного воздуха ,отнесенный к нормальным условиям(Ро=1атм.,То=293К),дм3,К-коэффициент растворимости воздуха в рабочей жидкости (является функцией давления и температуры),Vрж-объем жидкостно-воздушной смеси ,дм3,Рo и Pi- начальное т конечное давление воздуха, находящегося  в контакте с водой. 

  Объем жидкостно-воздушной смеси определяется по формуле

                    Vрж=Vж+Vрв+Vна,

где Vж –объем «чистой» жидкости ,не содержащей растворенный воздух,Vна- объем нерастворенного воздуха, приведенный к нормальным условиям (Ро-1атм.То=293К), дм3.

  С целью определения влияния газовой фазы на метрологические характеристики  электромагнитных расходомеров проводились исследования на базе Государственного первичного специального эталона массового расхода воды ГЭТ119-2010 для двух типов электромагнитных расходомеров отечественного производства  :

-расходомер счетчикэлектромагнитный «Взлет ППД»;

-комплекс расходомерныйэлектромагнитный «КР-2»;

  Как и в условиях эксплуатации ,смеситель и испытуемое средство были установлены на вертикальном участке трубопровода.

  Для всех типов электромагнитных расходомеров на каждой точке расхода количество подаваемого газа ,выраженное в объемном содержании в газожидкостной смеси ,GVF .%,варьировалось в диапазоне  0-16% от номинального расхода жидкости. GVF-GAS Volume Function. На каждом значении  расхода проводилось не менее трех измерений ,и при этом регистрировались : расход воды по показаниям эталонного расходомера ,расход воды по показаниям исследуемого  электромагнитного расходомера ,температура и давление воды.

  Экспериментальные исследования влияния газовых включений на метрологические характеристики электромагнитных расходомеров марки ВЗЛЕТ-ППД и комплекса расходомерного КР-2 были проведены при следующих диапазонах изменения расхода газовой фазы и критерия Рейнольдса. Расход газа изменялся в диапазоне  0-25 м3/ч, а режим течения жидкости соответствовал значениям Reж =2,5*10Е4,  Reж=4,4*10Е5,   Reж=8,8*10Е5. Результаты экспериментальных исследований представлены на рисунках 1 и 2. Как видно из рисунков ,относительная погрешность исследуемых приборов существенно зависит от наличия газового фактора .

Из графиков следует ,что наличие свободного газа приводит к возникновению дополнительной систематической погрешности .Так, даже незначительное наличие свободного газа (2%) приводит  к дополнительной систематической погрешности приборов, которая  превышает относительную погрешность расходомеров в два раза (рис.1), а при наличии  в магистрали 15% свободного газа – в четыре раза и более (рис.2).

 Представленные в работе экспериментальные исследования показали ,что наличие свободного газа в измеряемой среде приводит к возникновению существенной дополнительной систематической погрешности ,которой нельзя пренебречь. Так, увеличение  расхода свободного газа от 0% до 19% от объема номинального расхода жидкости приводит к превышению относительной погрешности электромагнитного расходомера в четыре раза и более.

 Из вышесказанного следует, что необходимо либо  исключить газовую фазу в воде ,либо устанавливать специальные двухфазные расходомеры, позволяющие определять расход воды с учетом газовой фазы.  

АНАЛИЗ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТЕЙ

 

Ультразвуковые расходомеры  имеют принцип действия, основанный на использовании  акустических  сигналов  ультразвукового  диапазона,  зондирующих измеряемый поток . Для того, чтобы ориентироваться среди многообразия ультразвуковых расходомеровжидкости, следует знать, что разные типы этих приборов имеют не только конструктивные отличия, но и могут реализовывать  разные  ультразвуковые  методы  измерения.  От  применяемого  в расходомере ультразвукового метода зависят его эксплуатационные и метрологические  характеристики.  Классификация  ультразвуковых  методов  измерения расхода представлена на рис. 1 .

Широкое  распространение  получил  ультразвуковой  дифференциальный метод, основанный на измерении разности времен прохождения ультразвуковых сигналов по потоку и против потока движущейся жидкости. Измеренная  разность  времен прохождения  ультразвуковых  сигналов  пропорциональна скорости контролируемого потока. В зависимости от аппаратной реализации  дифференциального  метода  различают  три  способа  измерения  разности времен прохождения ультразвуковых сигналов: временной, фазовый и частотный .

   Временнойметод измерения основан на измерении разности времени прохождения  ультразвука  по  потоку  жидкости  и  против.  Разность  времени прохождения  ультразвука  в  жидкости  пропорциональна  скорости  жидкости  в  трубопроводе.  Он  применяется  для  трубопроводов  и  каналов  диаметром (шириной) от 15 до 4000 мм и более. Временной метод эффективен при содержании взвешенных частиц и нерастворенного воздуха в измеряемой жидкости не более 1 % по объему. Погрешность приборов, реализующих данный метод, в зависимости от их конструктивных особенностей колеблется от 0,2 до 5 %. 

    Принцип действия частотных ультразвуковых расходомеров основан на измерении  частот  импульсно-модулированных  ультразвуковых  колебаний,направляемых одновременно по потоку жидкости и против него. Данный метод имеет преимущества при реализации его в приборах для трубопроводов диаметром более 200 мм.

  Фазовый  метод  предусматривает непрерывную  посылку  синусоидальных импульсов высокочастотного кварцевого генератора на два ультразвуковых датчика попеременно или одновременно. Ультразвуковые синусоидальные продольные волны проходят через жидкость как по направлению потока,так и навстречу ему. Поступающие на приемники ультразвуковые колебания сдвинуты на фазу друг относительно друга, так как волны, перемещающиеся по направлению потока, движутся быстрее. Фазовый метод позволяет обойти трудности, возникающие при измерениях малых интервалов времени, что является его достоинством . Данный метод наиболее эффективен при измерении расхода в трубопроводах диаметром менее 200 мм.

В системе измерения массового расхода криогенных жидкостей предпочтительно применить методы измерения, в которых используется тот факт,что скорость распространения ультразвуковой волны в движущейся среде является  векторной  суммой  скорости  распространения  ультразвука  в  неподвижной жидкости и скорости течения жидкости. Отклонения величины скорости распространения ультразвуковой волны от ее значения в неподвижной жидкости определяются путем косвенных измерений разности фаз (фазовый метод) между ультразвуковыми колебаниями, распространяющимися по потоку и против него, что позволяет компенсировать нестабильности скорости ультразвука от параметров среды.   

 Для  повышения  помехоустойчивости  целесообразно  применить ультразвуковой  преобразователь  с  тремя  кольцевыми  пьезоэлементами(рис. 2)

Расходомер содержит три ультразвуковых кольцевых преобразователя,один из которых излучающий ИУЗП и два принимающих ПУЗП1 и ПУЗП2,формирователь сигналов возбуждения ФСВ, мерный участок трубопровода,усилители Ус1, Ус2, фазовый детектор и индикатор И. 

Работает такой ультразвуковой расходомер следующим образом. ФСВ вырабатывает сигналвозбуждения  ИУЗП  в  виде  периодических  колебаний.  ИУЗП  излучает  акустические  волны  во  внутреннее  пространство  воздуховода,  заключенного  в оболочку корпуса. Волны перемещаются в движущемся по волноводу потоке и принимаются приемными кольцевыми ПУЗП1 и ПУЗП2. Принятые приемниками  акустические  волны  преобразуются  в  электрические  колебания  и поступают соответственно на усилители Ус1 и Ус2 и далее на фазовый детектор.  Фазовый  детектор  сравнивает  фазы  принятых  колебаний  и  вырабатывает  напряжение, пропорциональное разности фаз, которое подается на индикатор И. 

Излучающий и приемные кольцевые участки с пьезоэлементами не нарушают структуры потока в воздуховоде и не создают каких-либо аэродинамических сопротивлений. Для дальнейшего повышения помехоустойчивости возможно применение синхронного фазового детектора.

 

Регистрация уровня воды гидростатическим методом

 

Данные о изменении уровня воды нужны для гидрологических, гидрогеологических и других исследований. Для регистрации уровня воды широко используются два основных метода: метод, основанный на измерении положения плавающих на поверхности тел, и метод, основанный на измерении гидростатического давления, зависящего от уровня воды над приемником  давления.  Для  измерения  уровня  в  скважинах,  пьезометрах,  водосливах и др. часто используют опускаемые электроды, которые при соприкосновении с водой включают сигнальное устройство. При необходимости проводить непрерывную регистрацию уровня самым надежным и простым является  гидростатический  метод,  не  требующий  специальных  сооружений, механических устройств в приборе и обладающий простотой и низкой стоимостью. На рынке появились различные сенсоры (датчики) давления,рассчитанные на различные диапазоны давления и для различных сред, а также автономные цифровые регистраторы. Таким образом, соединив сенсор с регистратором, получаем готовый прибор. 

Аппаратура и методика регистрации

Для регистрации уровня использован распространенный метод, основанный на измерении гидростатического давления, зависящего от уровня воды над приемником давления. В основе метода лежит зависимость:

где P – абсолютное давление, действующее на приемную часть датчика на расстоянии H от поверхности воды, Po – атмосферное давление на поверхности воды, ρ – плотность воды, g – ускорение свободного падения. Отсюда основное уравнение гидростатического уровнемера имеет вид:

 Основная погрешность гидростатическогоуровнемера зависит от изменения  плотности  воды  вследствие  аэрации,  мутности  и  температуры (плотность воды изменяется на 0,5% при изменении температуры от 0 до 30 °С). 

Другой составляющей погрешности является погрешность, связанная со скоростным напором на незащищенный датчик давления. 

  Для регистрации уровня были использованы дифференциальные датчики MPX-12DP фирмы Freescale и 26PC SMT фирмы HONEYWELL измеряющие  разность  давлений  с  минимальным  порогом  чувствительности 1 см водяного столба. На прямой вход воздействует давление воды и атмосферы, а на инверсионный – только атмосферное давление, поэтому атмосферное давление автоматически вычитается. Датчики состоят из двух частей: герметичного корпуса, снабженного штуцерами, позволяющими подсоединять гибкие трубки, и электронным компонентом, регистрирующем деформацию,  основанном  на  тензоэффекте  кристалла  полупроводника,связанного с мембраной. Датчики выпускаются с термокомпенсацией и с очень малым гистерезисом (0,2 %). Сенсоры формируют выходное напряжение около 40 мВ при нулевом давлении, которое можно компенсировать. При питании датчика автономным источником напряжения из-за увеличения потребляемого тока компенсация не проводилась, а записывалось значение места «0» в период установки датчика, которое при обработке вычиталось.

Регистрация выходного напряжения с датчика производилась на цифровые регистраторы японской фирмы TandD RVR-52 или VR-71c дискретностью 15 мин. Согласования по подключению регистратора и датчика не требуются,  так  как  входное  сопротивление  регистраторов  превышает 100 кОм. Регистраторы RVR-52 и VR-71 отличаются только тем, что VR-71 имеет диапазон от-15 до+15 В, а RVR-52 регистрирует однополярное напряжение  до 5 В.  Точность  отсчета  обеих  регистраторов  составляет 0,001 В. Кроме этого, VR-71 может регистрировать напряжение двух датчиков.  Периодичность  оцифровки  регистраторов  устанавливается  в  зависимости от задач от 1 с до 1 ч. Питание регистраторов автономное, которого  хватает  на  несколько  месяцев.  Объем  записываемой  информации  составляет 8400 значений. Данные с VR-71 переносятся на компьютер через COM-порт в формате txt, а затем переводятся в формат EXEL. Дата и время зарегистрированных значений при сбросе записанных данных «привязывается» ко времени, установленном на компьютере. На рис. 1 показаны датчики давления MPX-12DP и регистратор VR-71. Датчик MPX-12DP питается напряжением 5 В и потребляет ток около7 мА. Для питания достаточно использовать аккумулятор емкостью 10 А·ч.

Для  соединения  датчика  с  аккумулятором  и  регистратором  используется 4-жильный телефонный кабель. Для компенсации атмосферного давления инверсионный вход датчика при помощи силиконовой капиллярной трубки выводится  вместе  с  кабелем  на  поверхность.  Для  герметизации  выводов датчика можно использовать обычный пластилин. 

Градуировка датчиков производилась погружением датчика в воду на известную глубину. На рис. 2 приведен градуировочный график для датчика.

Датчик был установлен с июля по декабрь 2011 г. на водомерном посту  в  нижнем  бьефе  Иркутской  ГЭС,  в  месте  со  штатным  уровнемером «Валдай». Один раз в течение 2–3 недель проверялась работоспособность и градуировка прибора, списывались результаты на компьютер. Обработка данных состояла в переводе значений, зарегистрированных цифровым  регистратором  из  значений  в  вольтах  градуировки  в  значения высоты уровня воды в метрах.

Анализ результатов наблюдений

За период наблюдений было получено около 13 000 значений уровня с дискретностью 15 мин. На рис. 3 приведен фрагмент регистрации уровня воды 3–5 августа, когда на ГЭС проводились незначительные сбросы воды,поднимающие уровень на 15–20 см. 

Итоговые статистические данные по уровню воды приведены в табл.  

 За весь период наблюдений уровень изменялся от 0,05 до 0,43 м. Однако, колебания уровня в пределах нескольких сантиметров проявляются всегда. Природа этих колебаний не ясна. Измерение уровня производилось в трубе, поэтому исключалась динамическая составляющая давления, обусловленная скоростным напором .Единственное объяснение вариаций - турбулентность потока и нагонные ветровые колебания. 

На рис. 4 приведен спектр вариаций, рассчитанный программой SPSS.

  Из рассмотрения спектральной функции виден сложный характер вариаций начиная с периодов короче 450 мин. Однако в спектре отмечается суточный  период (около 96·15 мин).  Спектральные  составляющие  более короткопериодных вариаций, по-видимому, обусловлены турбулентностью потока (тангенс угла наклона спектральной кривой к оси ординат близок к «закону -5/3 Колмогорова – Обухова»). 

Для проверки наличия суточного хода были сделаны выборки среднечасовых значений по данным и построен суточный ход уровня (рис. 5). Суточный  ход  представляет  волну  с  минимумом,  приходящимся  на  период около 3–4 ч и максимумом – в 15–16 ч. Амплитуда суточного хода составляет 12 см. Объяснить  наличие  суточного  хода  в  нижнем  бьефе  можно  только расходом воды через ГЭС, связанным с суточным потреблением электроэнергии.

Выводы

Испытания гидростатического уровнемера указывают на преимущества гидростатического метода по сравнению с другими методами. Этот метод позволяет измерять уровень в замерзающих водоемах, при этом не требуется  строить  колодцы.  Прибор  можно  спрятать  в  береговом  откосе.На результатах регистрации не сказывается  ветровое волнение, если датчик давления находится на глубине, равной нескольким длинам волн. В то же время прибор можно использовать для регистрации волнения.