CN101782417A - 一种自动测量水位变化的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动测量水位变化的方法及测量装置，其利用连通器原理，利用测压管内的水位代替待测位置的水位；在测压管内等间距设置两根金属丝，根据介质导电的物理特性，得到水位与电导值的关系曲线；通过测量测压管内电导值的大小，结合得到的水位与电导值的关系，计算得到水位的高低。电导值的数据采用高精度电导探测***进行测量，电导数据通过数据采集***自动采集，并传输至微型计算机，通过测量电导值随时间的变化监测水位数据的变化，因此，按照本发明提供的方法和装置，可以方便准确的得到水位的数据，并实时的监测水位的变化情况。

Description

一种自动测量水位变化的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种自动测量水位变化的方法及测量装置，属于水文地质参数自动化测量方法与测量仪器领域。

背景技术

水位反应水体水头的高低，在地下水动力学、流体力学等与水有关的学科中起着重要的作用，静态水位的高低以及长时间内水位的变化情况是研究地下水渗流、堤坝渗流安全、管流的重要参数，因此，水位的测量以及监测具有重要的理论意义与实际意义。

在目前的研究与应用中，水位的测量一般采用传统的测压管，即在测量位置设置一根空心管，通过读取液面高度的方法得到水位的高低，对于精度要求较高的场所，则采用水压力传感器测量水压力，通过水压力与水位的关系反算水位的高低。对于传统的测压管，由于需要人工读取水位数据，则不可避免的出现读数误差，而且，人工读数的频率较低，很难实现高频率、长时间的水位监测测量；对于利用水压力传感器测量水位的情况，由于成本较高，且待测水体的密度与探测到的水位值密切相关，很难得到广泛的应用。当水位变化时，传感器需要一定的反应时间，因此测量的数据具有一定的延时性，并不能代表实时的水位数据。

水体具有导电性。待测水体导电性能的强弱可通过水体电导值反应，而水体电导值的大小与探测电极的间距成反比，与探测电极的导电面积成正比，即：

$C\∝\frac{S}{L}---\left(1\right)$

式中C为电导；S为导电截面积；L为长度。

在测压管中，如果沿管长设置两根等间距的金属丝，由于金属丝具有良好的导电性，因此，金属丝相当于两个探测电极。由于两金属丝间距恒定，即L为常数。当测压管内有水时，由于测压管管径处处相同，那么导电面积与水位的高度呈正比，那么根据式(1)，电导值与水位将呈线性关系。要考虑到测压管材料的电导性，消除管压管自身的导电性影响，因此测压管应取绝缘性材料的长直管，金属丝也应具有抗腐蚀能力。由于水位变化时，电导值将会立刻改变，因此电导值将随水位实时变化，而不会出现延时现象。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种水位测量与监测的方法，其通过将测压管与测量位置连通，以使测压管内的水位可以代表测量位置的水位；在测压管内设置两根等间距的金属丝，由于水位不同，两根金属丝间的电导值不同，电导值随水位的变化基本上呈线性变化。通过测量金属丝间电导值的方法得到测水压管内的水位，从而得到测量位置处的水位值。通过数据采集***按一定的时间间隔对测得的电导值进行采集，实现水位的连续监测。

根据以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种水位测量与监测的方法，包括以下步骤：

第一步：设置测压管。测压管取横截面恒定的绝缘材料制成的直管，测压管可以直接设置在测量位置上，也可以通过管路与测压管相连，根据连通器原理，测压管内水位即为测量位置处的水位。

第二步：测压管内设置两根金属丝，金属丝之间等间距。

第三步：测量前的校正。在测压管内设置不同的已知水位，测量不同水位条件下两根金属丝之间的电导值大小，得到水位与电导值的关系曲线。

第四步：数据的测量与采集。在水位测量与监测过程中，测量金属丝间的电导值，并利用数据采集***对电导值数据进行采集，按所需的时间间隔采集数据，采集到的数据自动传输至计算机并保存。

第五步：水位的计算。利用第三步得到的水位与电导的关系，将监测过程中测量到的电导值数据换算为水位值。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

1.由于测压管两根金属丝之间的电导值与水位值呈线性关系，且两者之间的关系对于同一种水具有很强的稳定性，因为电导值测量精度很高，因此测得的水位值具有很高的精度和稳定性。

2.测压管内水位波动时，电导值也随之立即波动，因此测量的值没有延时性。

3.数据的测量全部采用***自动测量、自动记录，因此不会产生计数误差，且可以实现长时间的监测。

本发明的另一个发明目的是提供一种可以实施上述方法的装置，其包括一系列测压管、电导测量仪、数据采集***以及计算机。所述的测压管采用管径为15mm的PVC管，测压管的数据根据需要来确定；每个测压管与不同的测量位置相连通；

所述测压管中的金属丝采用铜丝，每根铜丝与电导探测***中数据采集模块的测量接口相连；数据采集模块与数据传输模块相连，数据传输模块通过数据传输线与微型计算机相连。

根据以上的技术方案可知，本发明所提供的测量装置，具有以下的有益效果：

1.使用方便。可以根据需要增加或减少测压管的数量，安装使用简便，测压管的数量多少对测量结果没有影响；

2.精确度高。该装置采用电导与液位高度的关系探测水位的高低，电导对液位的高低非常敏感，采用了高精度的电导测量仪，只要水位有微小的波动就能在电导值中反应出来；

3.测量频率高。该装置采用数据采集***对电导值数据进行采集，可以实现数据的连续、高频采集，当水位变化较快时，可以实现水位的实时监测。

附图说明

图1是本发明所述测量方法的流程图；

图2是本发明所述测量装置的结构示意图；

图3是利用本发明所述方法和装置得到的水位与电导值关系曲线；

图4是利用本发明所述方法和装置得到的水位随时间的变化曲线。

具体实施方式

以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明的水位测试方法包括以下步骤：1、设置测压管。测压管取横截面恒定的绝缘材料制成的直管，测压管可以直接设置在测量位置上，也可以通过管路与测压管相连，根据连通器原理，测压管内水位即为测量位置处的水位。2、测压管内设置两根金属丝，金属丝之间等间距。3、测量前的校正。在测压管内设置不同的已知水位，测量不同水位条件下两根金属丝之间的电导值大小，得到水位与电导值的关系曲线。4、数据的采集与传输。在水位测量与监测过程中，测量金属丝间的电导值，并利用数据采集***对电导值数据进行采集，按所需的时间间隔采集数据，采集到的数据自动传输入计算机并保存。5、水位的计算。利用第三步得到的水位与电导的关系，将监测过程中测量到的电导值数据换算为水位值。

如图2所示，本发明所述的试验装置，包括若干个测压管，测压管底部与待测水位位置相连通，测压管内等间距设置两根金属铜丝；铜丝与电导探测***中数据采集模块的多路接口相连，数据采集模块与数据传输模块相连，数据传输模块通过数据传输线与微型计算机相连。

如图3所示，利用本发明所述的测量方法与装置，测量了不同的液体在测压管内处于不同水位时的电导值，建立了电导值与水位值的关系。其过程是：在测压管内，使水位依次上升，每升高一次水位，记录下该水位下对应的电导值，以电导值为横坐标轴，以水位值为纵坐标轴，建立电导与水位的关系。

如图4所示，利用本发明所述的测量方法与装置，在确定了电导值与水位的关系后，测量了水位变化的过程。其过程中，利用电导测量仪测量测压管内的电导值，利用数据采集***每隔一定的时间采集数据，并将数据传输到微型计算机内存储；利用测量到的电导值数据，结合得到的电导值与水位的关系，计算得到水位值，从而得到水位与时间的关系。

Claims (7)

1.一种自动测量水位变化的方法，其特征在于：监测位置与测压管连通；测压管内设置两根等间距的金属丝，在监测过程中监测两根金属丝之间的电导值，通过电导值与水位的关系反推得到水位值；通过连续监测并记录电导值的方法实现水位的连续监测。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：测压管的横截面面积恒定。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：测压管为绝缘材料制成，管内设置两根导电金属丝，金属丝为等间距。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：在测量水位前，在测压管内设置不同的已知水位，得到水位与电导值之间的关系。

5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：电导探测***测得的电导数据通过自动采集***传输至计算机分析并存储。

6.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：在得到了电导数据以后，利用得到的水位与电导值之间的关系，计算出水位值。

7.一种自动测量水位变化的装置，其特征在于：包括测压管，数据采集***；测压管由一系列直径为15mm的PVC圆管构成，每个测压管与对应测量位置相连通，每个测压管内设置两根等间距的细铜丝，两根细铜丝分别与电导探测***中数据采集模块的多路接口相连，数据采集模块与数据传输模块相连，数据传输模块通过数据传输线与微型计算机相连。

Images