CN104280096A - 一种自浮式水位测试计 - Google Patents

Abstract

一种自浮式水位测试计，该测试计包括吊坠（6）、浮子（5）、管口塞（2）、带刻度的细测绳（3）和连接扣件（4）。带刻度的细测绳（4）穿过管口塞（2）通过连接扣件（4）与浮子（5）和吊坠（6）顺序连接，浮子可带着吊坠在水中浮起。本发明自浮式水位测试计使用时，在需要测水位的工程在施工中，会安置好水位管（7），水位管是侧壁带孔洞的管子，水位计使用时放入管子中就行。本发明装置操作方便，不易损坏，不需电源，适用于各种工作环境，而且造价低，测试精度可达到1mm，能满足工程上的要求。

Description

一种自浮式水位测试计

技术领域

本发明涉及一种自浮式水位测试计，属水位监测技术领域。

背景技术

目前土木工程，交通工程，水利工程中采用的水位监测仪器公知的主要有浮筒式水位仪、压力传感器式水位仪、超声波式水位仪等。这些水位监测仪是通过导线连接浸在水中传感器，利用传感器传递的信号，经过电子处理器分析计算，转化成数字信号输出。

这些水位监测仪器使用的传感器一般要求工作环境的水温在0～60℃之间，而且由于需长时间浸泡在水中，使这这些传感器极容易结垢和氧化腐蚀，不仅使水位检测数据失准，还有有可能污染水源。不仅如此，这些电子监测仪都需要铺设电线传输电能源，操作繁琐，成本较高，且存在一定的安全隐患。

综上所述，这些水位监测仪普遍存在费用昂贵、易损坏、对工作环境要求高的缺点。

发明内容

本发明的目的是，为了解决现有水位测量装置存在的上述问题，本发明提供一种自浮式水位测试计。

实现本发明的技术方案是，本发明一种自浮式水位测试计由吊坠、浮子、管口塞、带刻度的细测绳和连接扣件组成。浮子一端通过带刻度的细绳连接吊坠，浮子另一端通过连接扣件与安装在卷尺盘上带刻度的细测绳连接。

所述浮子呈胶囊造型，长度方向两端采用半球型，中间整体采用圆柱体型，其横截面直径不超过4cm。

所述带刻度的细测绳最小刻度为mm，在自重作用下应变小于1×10^-4，材料选用弹性模量不超过100MPa的细金属丝，也可以采用符合相当标准的卷尺。

所述吊坠采用能轻易的进入直径为5cm的管道的废弃金属块，与浮子配合使用时，能保证浮子中间的圆柱段部分露出水面1cm以上。

所述管口塞呈锥形，锥形斜面与竖直方向成α角(tanα＝0.5)，上端截面直径为5cm，下端截面直径不小于1cm，管口塞设计为完全对称的两半结构，轴线位置预留测绳刚好通过的孔洞。

本发明的工作原理是：利用水的浮力，当浮子浸入水中，浮子和吊坠受到浮力与其自身重力相平衡时，测绳由原来受力紧张的状态变化为一种放松的状态，即可测出水位到管口的距离。

本发明考虑一般水在0℃时，密度ρ₀为0.9998g/cm³，20℃时，密度ρ₂₀为0.9980g/cm³40℃时，密度ρ₄₀为0.9922g/cm³，设浮子横截面积为A，单位为cm²；浮子和吊坠总质量为M，单位为g；0℃时吊坠和浮子浸入水中部分的总体积为v₀，单位为cm³；则在0℃与40℃时，浮子吃水线保持在中间圆柱段部分时，则吃水线差值为：

$\mathrm{\Δ}{L}_1=\frac{{\mathrm{\ρ}}_0{\mathrm{gv}}_0-{\mathrm{\ρ}}_{40}{\mathrm{gv}}_0}{{\mathrm{\ρ}}_{40}\mathrm{gA}}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_0{v}_0-{\mathrm{\ρ}}_{40}{v}_0}{{\mathrm{\ρ}}_{40}A}$

有： $v_0=\frac{\mathrm{Mg}}{{\mathrm{\ρ}}_{0}g}=\frac{M}{{\mathrm{\ρ}}_0}$

代入上式可得：

$\mathrm{\ΔL}=\frac{{\mathrm{\ρ}}_0\frac{M}{{\mathrm{\ρ}}_0}-{\mathrm{\ρ}}_{40}\frac{M}{{\mathrm{\ρ}}_0}}{{\mathrm{\ρ}}_{40}A}=\frac{M}{A}(\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_{40}}-\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_0})=\frac{M}{3.14\×2^2}(\frac{1}{0.9922}-\frac{1}{0.9998})=6.1\×{10}^{-4}\mathrm{Mcm}/g$

当M<163g时，ΔL<0.01cm，所以可知当金属吊坠和浮子总质量小于163g时，误差小于1mm，当测量环境为常温时，可以20℃为准，固定测绳连接位置，简化测量环节。

本发明的有益效果是，本发明装置操作方便，不易损坏，不需电源，适用于各种工作环境，而且造价低，测试精度可达到1mm，能满足工程上的要求。

附图说明

图1是本发明的装置结构及工作原理图；

图2是本发明中管口塞的结构图；

图3是图2管口塞的仰视图；

图4是图2管口塞的俯视图。

图中，1是卷尺盘；2是管口塞；3是带刻度的细测绳；4是连接扣件；5是浮子；6是吊坠；7是水位管。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如图1所示。

本实施例中的一种自浮式水位测试计由吊坠6、浮子5、管口塞2、带刻度的细测绳3和连接扣件4组成。浮子5一端通过带刻度的细绳3连接吊坠，浮子另一端通过连接扣件与安装在卷尺盘上带刻度的细测绳连接。

本实施例的浮子5，采用两端为半球形的空心塑胶材料，中间段为圆柱体，整体呈胶囊形的造型，不仅可以使浮子在水位管中流畅的放入和取出，而且避免了浮子上下的过程中与水位管摩擦，损伤棱角而影响精度。

在浮子5下面悬挂吊坠6，既可以使浮子进入水位管中后，流畅的下行，节省操作时间，也可以使测绳吃紧时和放松时，区别明显，而且使浮子和铅坠中心下移，使浮子在水中保持竖直浮起。吊坠尺寸以满足能使测绳顺利下滑和保持浮子吃水线在浮子中间部分为准，本实施例选用直径为10mm的钢球。

测量水位的准确度主要取决于测量人对于测绳拉紧放松状态界限的判定，假定测绳受力T时，拉紧状态明显，设浮子的横截面积为A，则测量结果误差由式可得浮子横截面积A越大，则测量误差ΔT越小，但考虑直径为5cm的水位管内侧可能锈蚀或碰撞损伤使截面变形，故浮子与管壁之间需保持一定的空隙，取浮子直径为4cm。

本实施例为减小误差，准确读数，特设计管口塞。锥形管口塞上端截面直径为5cm，锥形斜面与竖直方向成α角(tanα＝0.5)，管口塞设计为完全对称的两半结构，正中间留有测绳正好通过的孔洞，保证读数时测绳上下铅直，利用管口塞中心位置与管口齐高，可准确读数。为避免测绳与水位管管口摩擦损伤测绳，除读数位置外，其余各接触位置皆采用防割技术处理。

本实施例中因为浮子5的吃水线和吊坠6的重量和浮子重量以及所测水位水的比重有关，故不同的水温及水质，会有不同的吃水线。在测量前，可将吊坠6连接浮子沉入水中，待浮子5竖直静止，确定吃水线位置。

在测量前，将吊坠6连接浮子5沉入水中；待浮子5竖直静止后，确定吃水线位置；将测绳或卷尺1零刻度与浮子5吃水线垂直对齐后，找出浮子顶端连接位置所对应的刻度；将测绳1穿过浮子连接部位，以对齐刻度为基准，将测绳连接位置以下部分翻折上去，拉直后用连接扣件4卡死；将吊坠6及浮子5放入水位管7中后，将测绳置于管口塞2中间，将塞子2水平坐落于水位管管口，任浮子5下落；当浮子5浸入水中达到平衡状态时，测绳1由原来受力紧张的状态变化为一种放松的状态，读出此时塞子2中心所对应的卷尺或测绳1刻度，即为水位距管口的距离。

采用本自浮式水位计对基坑监测中的各测点地下水位进行监测，所测水位与普通水位计所测数据对比如表1：

表1 水位数据对比表

注：水位测试数据单位为米，“-”表示水位相对水位管管口以下标高。

按《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009)执行水位监测的标准，要求水位监测的精度不低于10mm。从表1可看出，本自浮式水位计与普通水位计所测数据相差非常小，二者所测数据都能够满足规范要求。

Claims (6)

1.一种自浮式水位测试计，其特征是，所述测试计包括吊坠、浮子、管口塞、带刻度的细测绳和连接扣件；带刻度的细测绳穿过管口塞通过连接扣件与浮子和吊坠顺序连接，浮子可带着吊坠在水中浮起。

2.根据权利要求1所述的一种自浮式水位测试计，其特征是，所述浮子两端采用半球造型，中间采用圆柱体造型，整体呈胶囊造型，其最大横截面直径不超过4cm。

3.根据权利要求1所述的一种自浮式水位测试计，其特征是，所述带刻度的细测绳最小刻度为mm，在自重作用下应变小于1×10^-4，材料选用弹性模量不超过100MPa的细金属丝，也可以采用符合相当标准的卷尺。

4.根据权利要求1所述的一种自浮式水位测试计，其特征是，所述吊坠可采用能轻易的进入直径为5cm的管道的废弃金属块，与所述的浮子配合使用时，能保证浮子中间的圆柱段部分露出水面1cm以上。

5.根据权利要求1所述的一种自浮式水位测试计，其特征是，所述管口塞呈锥形，锥形斜面与竖直方向成α角，tanα＝0.5；上端截面直径为5cm，下端截面直径不小于1cm，管口塞设计为完全对称的两半结构，轴线位置预留所述带刻度的细测绳刚好通过的孔洞。

6.根据权利要求2所述的自浮式水位测试计，其特征是，所述浮子材料可采用实心木质或泡沫质，或采用空心塑胶质。