專利名稱：一種自動(dòng)測(cè)量水位變化的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)測(cè)量水位變化的方法及測(cè)量裝置，屬于水文地質(zhì)參數(shù)自動(dòng)化
測(cè)量方法與測(cè)量儀器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水位反應(yīng)水體水頭的高低，在地下水動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)等與水有關(guān)的學(xué)科中起著重要的作用，靜態(tài)水位的高低以及長時(shí)間內(nèi)水位的變化情況是研究地下水滲流、堤壩滲流安全、管流的重要參數(shù)，因此，水位的測(cè)量以及監(jiān)測(cè)具有重要的理論意義與實(shí)際意義。
在目前的研究與應(yīng)用中，水位的測(cè)量一般采用傳統(tǒng)的測(cè)壓管，即在測(cè)量位置設(shè)置一根空心管，通過讀取液面高度的方法得到水位的高低，對(duì)于精度要求較高的場(chǎng)所，則采用水壓力傳感器測(cè)量水壓力，通過水壓力與水位的關(guān)系反算水位的高低。對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)壓管，由于需要人工讀取水位數(shù)據(jù)，則不可避免的出現(xiàn)讀數(shù)誤差，而且，人工讀數(shù)的頻率較低，很難實(shí)現(xiàn)高頻率、長時(shí)間的水位監(jiān)測(cè)測(cè)量；對(duì)于利用水壓力傳感器測(cè)量水位的情況，由于成本較高，且待測(cè)水體的密度與探測(cè)到的水位值密切相關(guān)，很難得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)水位變化時(shí)，傳感器需要一定的反應(yīng)時(shí)間，因此測(cè)量的數(shù)據(jù)具有一定的延時(shí)性，并不能代表實(shí)時(shí)的水位數(shù)據(jù)。 水體具有導(dǎo)電性。待測(cè)水體導(dǎo)電性能的強(qiáng)弱可通過水體電導(dǎo)值反應(yīng)，而水體電導(dǎo)值的大小與探測(cè)電極的間距成反比，與探測(cè)電極的導(dǎo)電面積成正比，即 Cocf (1)丄 式中C為電導(dǎo)；S為導(dǎo)電截面積；L為長度。 在測(cè)壓管中，如果沿管長設(shè)置兩根等間距的金屬絲，由于金屬絲具有良好的導(dǎo)電性，因此，金屬絲相當(dāng)于兩個(gè)探測(cè)電極。由于兩金屬絲間距恒定，即L為常數(shù)。當(dāng)測(cè)壓管內(nèi)有水時(shí)，由于測(cè)壓管管徑處處相同，那么導(dǎo)電面積與水位的高度呈正比，那么根據(jù)式(l)，電導(dǎo)值與水位將呈線性關(guān)系。要考慮到測(cè)壓管材料的電導(dǎo)性，消除管壓管自身的導(dǎo)電性影響，因此測(cè)壓管應(yīng)取絕緣性材料的長直管，金屬絲也應(yīng)具有抗腐蝕能力。由于水位變化時(shí)，電導(dǎo)值將會(huì)立刻改變，因此電導(dǎo)值將隨水位實(shí)時(shí)變化，而不會(huì)出現(xiàn)延時(shí)現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種水位測(cè)量與監(jiān)測(cè)的方法，其通過將測(cè)壓管與測(cè)量位置連通，以使測(cè)壓管內(nèi)的水位可以代表測(cè)量位置的水位；在測(cè)壓管內(nèi)設(shè)置兩根等間距的金屬絲，由于水位不同，兩根金屬絲間的電導(dǎo)值不同，電導(dǎo)值隨水位的變化基本上呈線性變化。通過測(cè)量金屬絲間電導(dǎo)值的方法得到測(cè)水壓管內(nèi)的水位，從而得到測(cè)量位置處的水位值。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按一定的時(shí)間間隔對(duì)測(cè)得的電導(dǎo)值進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)水位的連續(xù)監(jiān)測(cè)。
根據(jù)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案
—種水位測(cè)量與監(jiān)測(cè)的方法，包括以下步驟 第一步設(shè)置測(cè)壓管。測(cè)壓管取橫截面恒定的絕緣材料制成的直管，測(cè)壓管可以直接設(shè)置在測(cè)量位置上，也可以通過管路與測(cè)壓管相連，根據(jù)連通器原理，測(cè)壓管內(nèi)水位即為測(cè)量位置處的水位。
第二步測(cè)壓管內(nèi)設(shè)置兩根金屬絲，金屬絲之間等間距。 第三步測(cè)量前的校正。在測(cè)壓管內(nèi)設(shè)置不同的已知水位，測(cè)量不同水位條件下兩根金屬絲之間的電導(dǎo)值大小，得到水位與電導(dǎo)值的關(guān)系曲線。 第四步數(shù)據(jù)的測(cè)量與采集。在水位測(cè)量與監(jiān)測(cè)過程中，測(cè)量金屬絲間的電導(dǎo)值，并利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)電導(dǎo)值數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，按所需的時(shí)間間隔采集數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸至計(jì)算機(jī)并保存。 第五步水位的計(jì)算。利用第三步得到的水位與電導(dǎo)的關(guān)系，將監(jiān)測(cè)過程中測(cè)量到的電導(dǎo)值數(shù)據(jù)換算為水位值。
根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果 1.由于測(cè)壓管兩根金屬絲之間的電導(dǎo)值與水位值呈線性關(guān)系，且兩者之間的關(guān)系對(duì)于同一種水具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，因?yàn)殡妼?dǎo)值測(cè)量精度很高，因此測(cè)得的水位值具有很高的精度和穩(wěn)定性。
2.測(cè)壓管內(nèi)水位波動(dòng)時(shí)，電導(dǎo)值也隨之立即波動(dòng)，因此測(cè)量的值沒有延時(shí)性。
3.數(shù)據(jù)的測(cè)量全部采用系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)記錄，因此不會(huì)產(chǎn)生計(jì)數(shù)誤差，且可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的監(jiān)測(cè)。 本發(fā)明的另一個(gè)發(fā)明目的是提供一種可以實(shí)施上述方法的裝置，其包括一系列測(cè)壓管、電導(dǎo)測(cè)量儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)。所述的測(cè)壓管采用管徑為15mm的PVC管，測(cè)壓管的數(shù)據(jù)根據(jù)需要來確定；每個(gè)測(cè)壓管與不同的測(cè)量位置相連通； 所述測(cè)壓管中的金屬絲采用銅絲，每根銅絲與電導(dǎo)探測(cè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊的測(cè)量接口相連；數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)傳輸模塊相連，數(shù)據(jù)傳輸模塊通過數(shù)據(jù)傳輸線與微型計(jì)算機(jī)相連。 根據(jù)以上的技術(shù)方案可知，本發(fā)明所提供的測(cè)量裝置，具有以下的有益效果
1.使用方便?？梢愿鶕?jù)需要增加或減少測(cè)壓管的數(shù)量，安裝使用簡(jiǎn)便，測(cè)壓管的數(shù)量多少對(duì)測(cè)量結(jié)果沒有影響； 2.精確度高。該裝置采用電導(dǎo)與液位高度的關(guān)系探測(cè)水位的高低，電導(dǎo)對(duì)液位的高低非常敏感，采用了高精度的電導(dǎo)測(cè)量儀，只要水位有微小的波動(dòng)就能在電導(dǎo)值中反應(yīng)出來； 3.測(cè)量頻率高。該裝置采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)電導(dǎo)值數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的連續(xù)、高頻采集，當(dāng)水位變化較快時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。


圖1是本發(fā)明所述測(cè)量方法的流程 圖2是本發(fā)明所述測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是利用本發(fā)明所述方法和裝置得到的水位與電導(dǎo)值關(guān)系曲線；
圖4是利用本發(fā)明所述方法和裝置得到的水位隨時(shí)間的變化曲線。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。 如圖l所示，本發(fā)明的水位測(cè)試方法包括以下步驟1、設(shè)置測(cè)壓管。測(cè)壓管取橫截面恒定的絕緣材料制成的直管，測(cè)壓管可以直接設(shè)置在測(cè)量位置上，也可以通過管路與測(cè)壓管相連，根據(jù)連通器原理，測(cè)壓管內(nèi)水位即為測(cè)量位置處的水位。2、測(cè)壓管內(nèi)設(shè)置兩根金屬絲，金屬絲之間等間距。3、測(cè)量前的校正。在測(cè)壓管內(nèi)設(shè)置不同的已知水位，測(cè)量不同水位條件下兩根金屬絲之間的電導(dǎo)值大小，得到水位與電導(dǎo)值的關(guān)系曲線。4、數(shù)據(jù)的采集與傳輸。在水位測(cè)量與監(jiān)測(cè)過程中，測(cè)量金屬絲間的電導(dǎo)值，并利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)電導(dǎo)值數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，按所需的時(shí)間間隔采集數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸入計(jì)算機(jī)并保存。5、水位
的計(jì)算。利用第三步得到的水位與電導(dǎo)的關(guān)系，將監(jiān)測(cè)過程中測(cè)量到的電導(dǎo)值數(shù)據(jù)換算為水位值。 如圖2所示，本發(fā)明所述的試驗(yàn)裝置，包括若干個(gè)測(cè)壓管，測(cè)壓管底部與待測(cè)水位位置相連通，測(cè)壓管內(nèi)等間距設(shè)置兩根金屬銅絲；銅絲與電導(dǎo)探測(cè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊的多路接口相連，數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)傳輸模塊相連，數(shù)據(jù)傳輸模塊通過數(shù)據(jù)傳輸線與微型計(jì)算機(jī)相連。 如圖3所示，利用本發(fā)明所述的測(cè)量方法與裝置，測(cè)量了不同的液體在測(cè)壓管內(nèi)處于不同水位時(shí)的電導(dǎo)值，建立了電導(dǎo)值與水位值的關(guān)系。其過程是在測(cè)壓管內(nèi)，使水位依次上升，每升高一次水位，記錄下該水位下對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)值，以電導(dǎo)值為橫坐標(biāo)軸，以水位值為縱坐標(biāo)軸，建立電導(dǎo)與水位的關(guān)系。 如圖4所示，利用本發(fā)明所述的測(cè)量方法與裝置，在確定了電導(dǎo)值與水位的關(guān)系后，測(cè)量了水位變化的過程。其過程中，利用電導(dǎo)測(cè)量儀測(cè)量測(cè)壓管內(nèi)的電導(dǎo)值，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)每隔一定的時(shí)間采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿⑿陀?jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)；利用測(cè)量到的電導(dǎo)值數(shù)據(jù)，結(jié)合得到的電導(dǎo)值與水位的關(guān)系，計(jì)算得到水位值，從而得到水位與時(shí)間的關(guān)系。
權(quán)利要求
一種自動(dòng)測(cè)量水位變化的方法，其特征在于監(jiān)測(cè)位置與測(cè)壓管連通；測(cè)壓管內(nèi)設(shè)置兩根等間距的金屬絲，在監(jiān)測(cè)過程中監(jiān)測(cè)兩根金屬絲之間的電導(dǎo)值，通過電導(dǎo)值與水位的關(guān)系反推得到水位值；通過連續(xù)監(jiān)測(cè)并記錄電導(dǎo)值的方法實(shí)現(xiàn)水位的連續(xù)監(jiān)測(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于測(cè)壓管的橫截面面積恒定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)量方法，其特征在于測(cè)壓管為絕緣材料制成，管內(nèi)設(shè)置兩根導(dǎo)電金屬絲，金屬絲為等間距。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)量方法，其特征在于在測(cè)量水位前，在測(cè)壓管內(nèi)設(shè)置不同的已知水位，得到水位與電導(dǎo)值之間的關(guān)系。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量方法，其特征在于電導(dǎo)探測(cè)系統(tǒng)測(cè)得的電導(dǎo)數(shù)據(jù)通過自動(dòng)采集系統(tǒng)傳輸至計(jì)算機(jī)分析并存儲(chǔ)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的測(cè)量方法，其特征在于在得到了電導(dǎo)數(shù)據(jù)以后，利用得到的水位與電導(dǎo)值之間的關(guān)系，計(jì)算出水位值。
7. —種自動(dòng)測(cè)量水位變化的裝置，其特征在于包括測(cè)壓管，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；測(cè)壓管由一系列直徑為15mm的PVC圓管構(gòu)成，每個(gè)測(cè)壓管與對(duì)應(yīng)測(cè)量位置相連通，每個(gè)測(cè)壓管內(nèi)設(shè)置兩根等間距的細(xì)銅絲，兩根細(xì)銅絲分別與電導(dǎo)探測(cè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊的多路接口相連，數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)傳輸模塊相連，數(shù)據(jù)傳輸模塊通過數(shù)據(jù)傳輸線與微型計(jì)算機(jī)相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)測(cè)量水位變化的方法及測(cè)量裝置，其利用連通器原理，利用測(cè)壓管內(nèi)的水位代替待測(cè)位置的水位；在測(cè)壓管內(nèi)等間距設(shè)置兩根金屬絲，根據(jù)介質(zhì)導(dǎo)電的物理特性，得到水位與電導(dǎo)值的關(guān)系曲線；通過測(cè)量測(cè)壓管內(nèi)電導(dǎo)值的大小，結(jié)合得到的水位與電導(dǎo)值的關(guān)系，計(jì)算得到水位的高低。電導(dǎo)值的數(shù)據(jù)采用高精度電導(dǎo)探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，電導(dǎo)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)采集，并傳輸至微型計(jì)算機(jī)，通過測(cè)量電導(dǎo)值隨時(shí)間的變化監(jiān)測(cè)水位數(shù)據(jù)的變化，因此，按照本發(fā)明提供的方法和裝置，可以方便準(zhǔn)確的得到水位的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)水位的變化情況。
文檔編號(hào)G01F23/24GK101782417SQ201010103908
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者梁越, 王宇銘, 陳亮, 陳建生 申請(qǐng)人:河海大學(xué)