CN112504404A - 具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置，所述检测装置包括箱体、处理器、数字型气压计、压力罐和气压调节单元。本发明能够解决目前气泡压力式水位计现场检验测试遇到的诸如安装困难、携带不便、检测精度不高等问题，实现现场快速精确地检测和校准。针对某些水位突变特征较为明显水域的气泡压力式水位计，结合实际水情获取多组预设气压和气压排序，实现对气泡压力式水位计对突变水位的测量检测。

Description

具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置和检测 方法

技术领域

本发明涉及水位计检测技术领域，具体而言涉及一种具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置和检测方法。

背景技术

气泡压力式水位计安装简单，稳定性和测量精度也较高，因此在我国各区域水位监测站点得到广泛运用，但长期运行其测验数据依然存在漂移和误差，目前只能通过人工观测或根据其他水位计测得数据进行对比校准，检验精度、效率和比测标准均难以保障，在采用其他水位计对比测量时，仍存在以下问题：(1)水位计现场检测困难，大部分水位计分布在野外区域，检测设备携带不便。(2)水位计型号多样，采集信号后的处理算法多样，目前尚无一种能够适应大部分水位计的检测设备。(3)只能通过几组数字粗略估算待检测的水位计的精度，没有针对水位计做特定检测方案，尤其是针对具有不同水域特性的水位计，在检测时并未考虑水域特性。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置和检测方法，能够解决目前气泡压力式水位计现场检验测试遇到的诸如安装困难、携带不便、检测精度不高等问题，实现现场快速精确地检测和校准，该设备能够适配市面上大部分型号的气泡压力式水位计，基本不受其算法不同的干扰。另外，结合不同的水域特性，设定不同的预设气压和气压排序，尤其时能够实现对具有突变水位特性的气泡压力式水位计的快速测量检测，无需长时间等待。

为达成上述目的，本发明提出一种具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置，其特征在于，所述检测装置包括箱体、处理器、数字型气压计、压力罐和气压调节单元；所述处理器、数字型气压计、压力罐和气压调节单元安装在箱体内；

所述压力罐上设置有进气孔和出气孔，待检测的气泡压力式水位计的检测端与进气孔连接，所述出气孔分别与数字型气压计和气压调节单元连接；

所述处理器结合气泡压力式水位计所处区域的水情信息设置T组预设气压和对应的气压排序，其中，所述T组预设气压R_t经气压排序后，部分相邻预设气压之间的气压差值大于预设差值阈值，t＝1，2，....，T；所述气压调节单元用于根据处理器的控制指令，对压力罐的气压进行调节，使压力罐内的实时气压趋近当前预设气压；

所述气泡压力式水位计的控制端与处理器连接，根据处理器的控制指令，通过向压力罐内间隔打气的方式以检测压力罐内的气压，检测得到的多个气压值构成第一气压组P_t，t＝T，2，....，T；所述数字型气压计的控制端与处理器连接，根据处理器的控制指令，与气泡压力式水位计同步检测压力罐内的气压，检测结果通过数字型气压计的显示端以显示，检测得到的多个气压值构成第二气压组Q_t，t＝1，2，....，T；

其中，在一次检测过程中，所述气泡压力式水位计和数字型气压计持续测量压力罐内的实时气压值，当测量得到的实时气压值在第一预设时长内的波动幅度均小于对应的设定幅度阈值时，取各自在第一预设时长内的气压平均值为对应的本次检测值；

所述处理器接收气泡压力式水位计发送的第一气压组和数字型气压计发送的第二气压组，计算得到两组数值的相对误差组δ_t＝(P_t-P₁)-(Q_t-Q₁)，t＝2，....，T；结合相邻预设气压之间的气压差值R_t-R_t-1所属范围对应的权值，修正相对误差组δ_t的取值，对修正后的相对误差组的所有数值求平均值，结合高精度气压计的固有误差和对应的气压检测范围，以计算得到待检测的气泡压力式水位计的检测精度和校准误差值。

作为其中的一种优选例，所述处理器根据预设的检测策略设置T组预设气压和对应的气压排序的过程包括以下步骤：

对气泡压力式水位计所处区域的历史水位变化值进行分析，得到水位值和对应的水位突变幅度值；

将水位值按序排列，并划分成若干个水位值范围区间，统计每个水位值范围区间对应的水位突变幅度取值以及突变频次；

根据风险等级，从每个水位值范围区间内选取至少一个水位值，并从高到低选择若干个突变频次较高的水位突变幅度取值，生成若干个检测子任务；

计算得到每个突变后的水位值，对其中部分检测子任务进行排序，以检测次数最少为约束条件，对所有检测子任务进行排序；其中，如果其中一个检测子任务对应的突变后水位值与另一个检测子任务突变前的水位值的差值小于预设水位差值阈值，则将前述两个检测子任务设置为相邻任务；

根据排序的检测子任务，设置T组预设气压和对应的气压排序。

作为其中的一种优选例，所述气压调节单元包括内部调节气压计、电磁阀阵列、开关阵列、连接管道；

所述压力罐的出气孔通过连接管道分别与数字型气压计的检测端和电磁阀阵列的进气端密封连接；所述内部调节气压计安装在连接管道上，其检测端与连接管道内部连通，根据处理器的控制指令以实时测量压力罐内的实际气压，将测量结果反馈至处理器；

所述处理器通过开关阵列与电磁阀阵列的控制端连接，所述处理器根据预设的检测策略设置T组预设气压和对应的气压排序，结合当前预设气压和内部调节气压计反馈的压力罐内的实际气压，按照预设的气压调控策略，通过开关阵列分段控制电磁阀阵列的开合状态，以设定排气频率间隔释放压力罐内的部分气体，对压力罐内的气压进行调节，使压力罐内的实际气压趋近当前预设气压。

作为其中的一种优选例，所述连接管道呈轴状，其沿纵长方向上设置有第一端部和第二端部，第一端部上设置有第一开口，第一开口通过第一气管与出气孔密封连接，第二端部上设置有第二开口，第二开口通过第二气管与数字型气压计的检测端密封连接；

所述连接管道的侧壁上设置有第三开口和第四开口，所述第三开口通过第三气管与电磁阀阵列的进气端密封连接，所述第四开口通过第四气管与内部调节气压计的检测端连接。

作为其中的一种优选例，所述电磁阀阵列包括粗调阀、微调阀和保护阀；所述开关阵列包括与粗调阀对应的粗调继电器、与微调阀对应的晶体管开关和与保护阀对应的保护继电器；

所述粗调阀的进气端通过连接管道与出气孔密封连接，所述粗调阀的出气端通过第五气管与微调阀的进气端密封连接。

作为其中的一种优选例，所述预设的气压调控策略包括：

S11，设定电磁阀阵列的初始状态均为闭合状态；

S12，采用内部调节气压计实时测量压力罐内的实际气压；

S13，将测量得到的实际气压与当前预设气压做比对：

(1)如果实际气压大于当前预设气压，且两者差值不超过最大气压差值，根据两者差值设定排气频率，开启粗调阀并等待第二预设时长后，以设定排气频率间隔开启微调阀释放压力罐内的部分气体，直至实际气压小于等于当前预设气压，关闭微调阀，转入步骤S12；

(2)如果实际气压大于当前预设气压，且两者差值超过最大气压差值，开启保护阀，并发出警示信息，结束流程；

(3)否则，维持电池阀阵列为闭合状态，转入步骤S12。

作为其中的一种优选例，所述根据两者差值设定排气频率是指：

设气泡式压力式水位计单次充入气体对气压的影响值为ΔC₁，气泡式压力式水位计的充气间隔时长是T₁，微调阀单次开启释放气体对气压的影响值为ΔC₂，实际气压与当前预设气压的差值为C_差，根据下述公式计算得到排气频率f：

作为其中的一种优选例，所述压力罐安装装置包括水平底座、两个套筒、两个挡块和若干个紧固件；

所述水平底座固定在盒体底部，水平底座上表面设置有用以承载压力罐的第一凹槽，第一凹槽的槽底两端各设置有一个第二凹槽，第二凹槽位于第一凹槽正下方，并且与第一凹槽平行，第二凹槽与第一凹槽之间的分隔板中部设置有矩形通孔，第二凹槽的宽度大于矩形通孔的宽度；

所述两个套筒分别套接在压力罐两端；

所述两个挡块包括互相垂直连接的第一挡条和第二挡条，第一挡条一一对应地内嵌在第二凹槽内，第二挡条穿过矩形通孔延伸至第一凹槽内，在外部施加的水平力作用下携带第二挡条沿第二凹槽移动至对应的压力罐端部，通过紧固件与临近的套筒连接；第一挡条的尺寸和第二凹槽的尺寸相适配，第二档条的宽度与矩形通孔的宽度相适配。

作为其中的一种优选例，所述套筒的内侧沿周向设置有若干个卡柱，所述卡柱构成压力罐端部的承托平台，卡柱构成的平面与套筒底部形成气管收纳部，气管收纳部的顶部设置有气管出口，进气管和第一气管分别自进气孔和出气孔延伸至对应的气管收纳部，再经对应的气管出口延伸至套筒外侧；

所述气管出口处设置有用以固定进气管和第一气管的气管固定机构。

作为其中的一种优选例，所述气管固定机构包括螺帽和两个可接合的横截面成半圆环形的卡接部；

所述卡接部可水平移动地安装在进气管或第一气管的管道两侧，两个卡接部相互移近并接合后其中部形成一个用于容纳气管管道的圆柱形空腔，在两个卡接部的外侧壁上设置有可连接的外螺纹；

所述螺帽内侧设置有相匹配的内螺纹，螺帽旋接在两个卡接部外侧，使两个卡接部抵接并周向施加水平力在气管管道上，在气管管道的回弹力、以及气管管道和卡接部内壁的摩擦力作用下使气管固定在圆柱形空腔内；

所述卡接部内侧壁上设置有用以带花纹的弹性垫圈。

以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：

(1)能够解决目前气泡压力式水位计现场检验测试遇到的诸如安装困难、携带不便、检测精度不高等问题，实现现场快速精确地检测和校准，该设备能够适配市面上大部分型号的气泡压力式水位计，基本不受其算法不同的干扰。采用数字型气压计与待检测的水位计一起对同一个压力罐的气压进行检测，结合预设的比对策略对两者的测量结果进行比对处理，分析得到的气泡压力式水位计的检测精度和校准误差更为精准。

(2)针对某些水位突变特征较为明显水域的气泡压力式水位计，结合实际水情获取多组预设气压和气压排序，实现对气泡压力式水位计对突变水位的测量检测。同时，基于压力罐在短时间气压大幅变化的情形下，容易导致气泡压力式水位计读数存在误差的问题，提出一种误差修正方法，对两组气压读数的差值进行修正，加快检测速度。。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置的检测原理流程图。

图2是本发明的具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置的结构示意图。

图3是本发明的压力罐安装装置的结构示意图，其中，图3(a)为前视图，图3(b)为俯视图。

图4是实施例中更换小尺寸压力罐后压力罐安装装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1，本发明提及一种具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置，所述检测装置包括箱体、触控显示屏、处理器、数字型气压计、内部调节气压计、电磁阀阵列、开关阵列、连接管道和压力罐20。

所述箱体呈长方体状，箱体上表面设置有开口，所述开口的一侧连接有上翻箱盖，箱体顶部边缘处分布设置有多个呈水平状的支承基座，分隔平台可拆卸地架设在支承基座上。所述触控显示屏和所述数字型气压计的显示端安装在分隔平台上，所述触控显示屏用于输入外部控制指令。所述处理器、数字型气压计的检测端、电磁阀阵列、开关阵列和压力罐20均固定在分隔平台下方的箱体容纳腔内。采用分隔平台对箱体做分层处理，将触控显示屏、数字型气压计的显示端以及与待检测的气泡压力式水位计连接的气管接头安装在分隔平台上，其余设备分布固定在箱体下部的容纳腔内，便于更换气泡压力式水位计和观察检测参数的同时，还有利于避免其他组成结构件遭受损伤。

所述压力罐20采用压力罐安装装置固定在箱体容纳腔底部；所述压力罐20上设置有进气孔和出气孔；所述进气孔上密封连接有进气管，进气管不与进气孔连接的一端延伸至分隔平台上方，与固定在分隔平台上的气管接头连接，待检测的气泡式压力式水位计通过所述气管接头与进气管连接；所述出气孔通过连接管道分别与数字型气压计的检测端和电磁阀阵列的进气端密封连接。

所述内部调节气压计安装在连接管道上，其检测端与连接管道内部连通，根据处理器的控制指令以实时测量压力罐20内的实际气压，将测量结果反馈至处理器。

结合图1和图2，所述处理器与开关阵列连接，开关阵列与电磁阀阵列的控制端连接，所述处理器根据预设的检测策略设置T组预设气压和对应的气压排序，以及结合当前预设气压和内部调节气压计反馈的压力罐20内的实际气压，按照预设的气压调控策略，通过开关阵列分段控制电磁阀阵列的开合状态，以设定排气频率间隔释放压力罐20内的部分气体，对压力罐20内的气压进行调节，使压力罐20内的实际气压趋近当前预设气压；其中，所述T组预设气压R_t经气压排序后，部分相邻预设气压之间的气压差值大于预设差值阈值，t＝1，2，....，T。

所述气泡压力式水位计的控制端与处理器连接，根据处理器的控制指令，通过向压力罐20内间隔打气的方式以检测压力罐20内的气压，检测结果通过触控显示屏以显示，检测得到的多个气压值构成第一气压组P_t，t＝1，2，....，T。

所述数字型气压计的控制端与处理器连接，根据处理器的控制指令，与气泡压力式水位计同步检测压力罐20内的气压，检测结果通过数字型气压计的显示端以显示，检测得到的多个气压值构成第二气压组Q_t，t＝1，2，....，T。

其中，在一次检测过程中，所述气泡压力式水位计和数字型气压计持续测量压力罐20内的实时气压值，当测量得到的实时气压值在第一预设时长内的波动幅度均小于对应的设定幅度阈值时，取各自在第一预设时长内的气压平均值为对应的本次检测值。

所述处理器结合相邻预设气压之间的气压差值，对第一气压组和第二气压组进行比对处理，以分析得到待检测的气泡压力式水位计的检测精度和校准误差：

对第一气压组和第二气压组做运算，计算得到两组数值的相对误差组δ_t＝(P_t-P₁)-(Q_t-Q₁)，t＝2，....，T；

结合相邻预设气压之间的气压差值R_t-R_t-1所属范围对应的权值，修正相对误差组δ_t的取值，对修正后的相对误差组的所有数值求平均值，结合高精度气压计的固有误差和对应的气压检测范围，以计算得到待检测的气泡压力式水位计的检测精度和校准误差值。优选的，本发明的相邻预设气压之间的气压差值R_t-R_t-1所属范围对应的权值，可以经由大量实验数据推导得到，也可以结合压力罐体积参数计算得到。对于本发明的压力罐而言，气压差值越大，气压差值误差也越大；例如，经实验发现，1变化为2时，读数一般为1.9，而1变为5时，读数最终可能会停留在4.5左右，依此类推可以得到对应的权值。

结合图3，在一些例子中，所述压力罐安装装置包括水平底座11、两个套筒13、两个挡块12和若干个紧固件14。

所述水平底座11固定在盒体底部，水平底座11上表面设置有用以承载压力罐20的第一凹槽111，第一凹槽111的槽底两端各设置有一个第二凹槽112，第二凹槽112位于第一凹槽111正下方，并且与第一凹槽111平行，第二凹槽112与第一凹槽111之间的分隔板中部设置有矩形通孔113，第二凹槽112的宽度大于矩形通孔113的宽度。

所述两个套筒13分别套接在压力罐20两端。

所述两个挡块12包括互相垂直连接的第一挡条122和第二挡条，第一挡条122一一对应地内嵌在第二凹槽112内，第二挡条穿过矩形通孔113延伸至第一凹槽111内，在外部施加的水平力作用下携带第二挡条沿第二凹槽112移动至对应的压力罐20端部，通过紧固件14与临近的套筒13连接；第一挡条122的尺寸和第二凹槽112的尺寸相适配，第二档条121的宽度与矩形通孔113的宽度相适配。

在安装压力罐20时，首先将两个套筒13套接在压力罐20两端，使压力罐20固定在两个套筒13之间；再将安装好套筒13的压力罐20放置再第一凹槽111中，此时，两个挡块12分别位于压力罐20的两侧；施加相向的水平力再两个挡块12上，使挡块12沿第二凹槽112逐渐水平移动至与临近的套筒13相接，采用紧固件14将挡块12锁紧在套筒13上，并施加一相向的水平推力在压力罐20上，使压力罐20固定在第一凹槽111内。由于第一挡条122的尺寸与第二凹槽112的尺寸相适配，且第二凹槽112的宽度大于矩形通孔113的宽度，即使压力罐安装装置翻转，由于重力全部施加在分隔板和紧固件14上，压力罐20仍然可以稳定的安装在第一凹槽111内，便于用户长途携带。此处采用套筒13作为压力罐20和挡块12的连接件，采用两个套筒13将压力罐20抵接在两者之间，再采用紧固件14将套筒13固定，避免紧固件14直接对压力罐20进行操作，减少对压力罐20的扰动，提高压力罐20的密封性，并且，对于同一直径的压力罐20，只需要对套筒13和压力罐20进行处理即可，提高更换操作的便捷性，减少对气管的插拔操作。

在更换压力罐20时，只需要将紧固件14松开，依次移开挡块12和套筒13，即可以快速拆除当前压力罐20，执行新压力罐20的安装动作。

优选的，所述套筒13的内侧沿周向设置有若干个卡柱131，所述卡柱131构成压力罐20端部的承托平台，卡柱131构成的平面与套筒13底部形成气管收纳部，气管收纳部的顶部设置有气管出口，进气管和第一气管21分别自进气孔和出气孔延伸至对应的气管收纳部，再经对应的气管出口延伸至套筒13外侧。更加优选的，所述气管出口处设置有用以固定进气管和第一气管21的气管固定机构132。通过在套筒13内设置气管收纳部，避免压力罐20抵接过程中对气管造成挤压，另外，采用设置在套筒13顶部的气管固定机构132固定气管，能够有效避免携带或操作过程中，由于对与压力罐20连接的气管端部频繁扰动导致的松脱或气密性降低。例如采用两个可接合的横截面成半圆环形的卡接部，卡接部可水平移动地设在进气管或第一气管21的管道两侧，两个卡接部相互移近并接合后其中部形成一个圆柱形用于容纳气管管道的空腔，在两个卡接部的外侧壁上设置有可连接的外螺纹，再将具有相匹配的内螺纹的螺帽旋接在两个卡接部外侧，使两个卡接部抵接并周向施加水平力在气管管道上，借助气管管道的回弹力和气管管道和卡接部内壁的摩擦力将气管固定在气管出口处。优选的，卡接部内侧壁上设置有用以带花纹的弹性垫圈，用以提高气管管道和卡接部内壁的摩擦力，以及减少卡接部对管道的磨损。

更加优选的，套筒13相对的侧壁上部连接有水平设置的保护机构，如遮挡用的直杆等，用来防止移动或操作时其他设备从压力罐20上方对压力罐20造成冲击损伤。

所述第一凹槽111和第二凹槽112的形状根据实际需求决定，例如横截面均呈矩形等。第一凹槽111的目的在于承载压力罐20，第二凹槽112的目的在于卡接挡块12。

优选的，压力罐安装装置采用金属等硬性材料制成，为了减少压力罐安装装置对压力罐20的损伤，所述第一凹槽111的槽底上表面铺设有弹性垫，该设计无论在安装时还是长途移动时均可以有效减缓压力罐20受的冲力，保护压力罐20不受损伤。

作为其中的一种优选例，所述第二凹槽112底部水平设置有导轨，导轨的延伸方向与压力罐20的轴中心线平行，所述第一挡条122的底部设置有滑动组件，第一挡条122通过滑动组件安装在导轨上，沿导轨移动。通过前述结构设计，使第一挡条122可以顺滑地在第二凹槽112内移动。应当理解，导轨的位置不局限在第二凹槽112底部，事实上，在第二凹槽112的任何一个侧面上均可以安装，优选的，还可以在两个相对的侧面上各安装一个导轨，以更好的移动第一挡条122。之所以选择设计在底部，是考虑到在箱体反转时，增加第一挡条122和分隔板之间的接触面，以进一步减少两者之间的压强。

优选的，此处的压力罐20可以采用铝合金材料制作，不易发生形变，确保待测气压稳定可靠。经实践证明，压力罐20尺寸越大，气压变化所产生的的气流扰动越小，检测精度越高，但压力罐20过大不方便组装和便携性，需要综合考虑确定压力罐20最佳容积。而通过前述结构设计，本申请提出的压力罐安装装置能够快速更换不同尺寸型号的压力罐20，平衡检测精度和检测装置的便携性，使检测装置能够适应不同情况下的检测需求。图4是更换小尺寸压力罐20后压力罐安装装置的结构示意图。

气泡压力式水位计测量水位的技术原理是通过一根气管向水下的固定测点吹气，当吹气管内的气体压力和测点的静水压力平衡后，再测量吹气管内平衡后的气体压力，平衡后的气压就是该测点水压，从而通过计算得出该测点的水深，也就得到了水位值。因此检测气泡压力式水位计所测量的水位数据是否准确，即检测其所测量气压数据是否准确。

基于前述检测原理，本发明提出设置一个可调节的压力罐20，将待检测的气泡压力式水位计和高精度数字型气压计同时连接至压力罐20上，其中气泡压力式水位计采用向压力罐20内打气的方式以连续或间隔检测压力罐20内的气压，通过读取不同压力情况下气泡压力式水位计和高精度数字型气压计的度数，分析得到待检测的气泡压力式水位计的检测误差和检测精度，结合分析结果对待检测的气泡压力式水位计进行校调，从而成功解决目前气泡压力式水位计现场检验测试遇到的诸多困难问题，实现现场快速检测和校准。

在一次检测过程中，所述气泡压力式水位计和数字型气压计被设定成持续测量压力罐20内的实时气压值，考虑到压力罐20内不断的进行充放气操作，尤其是当其中一个预设气压完成检测转向另一个预设气压时，压力罐20内的气压变动幅度较大，为了尽可能地提高测量精度，本发明设定如下：对于气泡压力式水位计和数字型气压计，只有当测量得到的实时气压值在第一预设时长内的波动幅度均小于对应的设定幅度阈值(即压力罐20内的气压达到平稳状态)时，才会取各自在第一预设时长内的气压平均值为对应的本次检测值。基于这一设定，可以从下面三个方面提高检测效率，第一，合理编排预设气压的排序，例如将多组预设气压按照由小到大的顺序或者由大到小的顺序排列，以减少气压变化绝对值总和，第二，采用措施使压力罐20内的气压能够尽可能快地达到预设气压，这需要从气密性、充放气手段等多个方面进行调控。第三，提高检测精度。具体如下：

(一)提高整个检测装置的气密性

通过设置连接管道作为中继通气设备，使压力罐20上只需设置一个进气口和一个出气口，一方面确保压力罐20的密封性能，另一方面在更换压力罐20时减少气管更换，提高更换效率。作为其中的一种优选例，所述连接管道呈轴状，其沿纵长方向上设置有第一端部和第二端部，第一端部上设置有第一气孔，第一气孔通过第一气管21与出气孔密封连接，第二端部上设置有第二气孔，第二气孔通过第二气管与数字型气压计的检测端密封连接。

所述连接管道的侧壁上设置有第三开口和第四开口，所述第三开口通过第三气管与电磁阀阵列的进气端密封连接，所述第四开口通过第四气管与内部调节气压计的检测端连接。本发明通过设置连接管道作为中继通气设备，使压力罐上只需设置一个进气口和一个出气口，一方面确保压力罐的密封性能，另一方面在更换压力罐时减少气管更换，提高更换效率。

由于数字型气压计的精度很高，还可以将数字型气压计近似看作压力罐20内的实际气压，用户根据数字型气压计的检测数值对压力罐20的气压进行调节。但考虑到数字型气压计的检测是间歇性的，因此，在本申请中，采用内部调节气压计来实时探测压力罐20的气压，为了尽可能地减少检测误差，所述内部调节气压计安装在连接管道上，其检测端通过第四气管与连接管道内部连通，以尽可能减少第四气管的长度，所述内部调节气压计根据外部控制指令以实时测量压力罐20内的实际气压，将测量结果通过触控显示屏以显示。

(二)气压调节方式设置

压力罐20的气压调节方式包括以下三种：

(1)压力罐20上分别设置有作为进气口的进气孔和作为出气口的出气孔，出气孔连接电磁阀阵列，通过电磁阀阵列排放多余气体，降低压力罐20内的气压。

(2)进气孔连接气泡压力式水位计，气泡压力式水位计在检测气压时会同时向压力罐20内打入气体，提高压力罐20内的气压。

(3)进气孔也可以连接外部的其他输气设备，通过外部的其他输气设备对压力罐20进行充气，提高压力罐20内的气压。

事实上，调节方式(3)只会在压力罐20安装之前偶尔采用。在本发明中，多数采用气泡水位计打气和电磁阀排气这两种方式对压力罐20进行充放气的操作，在实现一定气压范围内的气压快速调节，快速获取不同气压条件下的气泡压力式水位计和数字型气压计的测量数值比对结果的同时，减少外界对压力罐20进行频繁操作和干扰的可能性，间接提高了检测装置的气密性。

与此同时，在检测之前，通过合理设置预设气压和气压排序，可以极大地提高检测效率，例如将多组预设气压按照由大到小或者由小到大的顺序排列等等。

(三)通过开关阵列进行排气操作

所述电磁阀阵列包括粗调阀、微调阀和保护阀；所述开关阵列包括与粗调阀对应的粗调继电器、与微调阀对应的晶体管开关和与保护阀对应的保护继电器；

所述粗调阀的进气端通过连接管道与出气孔密封连接，所述粗调阀的出气端通过第五气管与微调阀的进气端密封连接。

所述预设的气压调控策略包括：

S11，设定电磁阀阵列的初始状态均为闭合状态。

S12，采用内部调节气压计实时测量压力罐20内的实际气压。

S13，将测量得到的实际气压与当前预设气压做比对：

(1)如果实际气压大于当前预设气压，且两者差值不超过最大气压差值，根据两者差值设定排气频率，开启粗调阀并等待第二预设时长后，以设定排气频率间隔开启微调阀释放压力罐20内的部分气体，直至实际气压小于等于当前预设气压，关闭微调阀，转入步骤S12。

(2)如果实际气压大于当前预设气压，且两者差值超过最大气压差值，开启保护阀，并发出警示信息，结束流程。

(3)否则，维持电池阀阵列为闭合状态，转入步骤S12。

压力罐20内气压的控制精度直接影响最终水位计的检测精度，区别于常规手段中采用可调整开合度的复杂结构电磁阀，或者采用PID算法对电磁阀进行控制的方式，本发明采用只有开合两个状态的电磁阀阵列和对应的开关阵列进行排气操作。在本发明中，组成电磁阀阵列的粗调阀、微调阀和保护阀均只有开合两种状态，通过呈串联状的粗调阀和微调阀，以及采用响应时间更快的晶体管开关对微调阀进行开关这两个措施，在避免复杂的电磁阀开合度运算和控制过程的同时，成功将压力罐20的气压调节精度控制在±0.1pa范围内。

当压力罐20内的气压超出最大允许气压阈值时，保护阀开启，迅速释放压力罐20内的气体，避免气压过大对检测装置造成损伤。

优选的，所述根据两者差值设定排气频率是指：

设气泡式压力式水位计单次充入气体对气压的影响值为ΔC₁，气泡式压力式水位计的充气间隔时长是T₁，微调阀单次开启释放气体对气压的影响值为ΔC₂，实际气压与当前预设气压的差值为C_差，根据下述公式计算得到排气频率f：

更加优选的，频率设定以后式的等式为优先，设定不等号的原因是在实际应用中，等式的条件较难成立，因此通过设置范围公式使微调阀能够根据差值不断调整自身的排气频率，最终使排气频率和气泡式压力式水位计的充气频率实现动态平衡。

(四)合理设置检测策略，以针对性的提高检测精度

针对目前气泡水位计检测是通过打气方式达到预设压力值，在通过实际测量压力与水位传感器显示压力降幅的比较来计算水位传感器的检测精度，但在实际使用过程中由于预设压力分不同档位而压差大小直接影响精度，因此在本发明中，针对水位变化较小的水域的气泡水位计，提出了以下检测方案：

方案一，水位计检测从各个传感器所能承受的最大压力至最小压力开始检测(即从深到浅)，直至超出传感器分辨力：

方案二，以一次性打入气体体积、压力罐20容积为预设压力档位设计依据，最大预设压力不超过压力罐20允许的最大压力与各个传感器所能承受的最大压力，取整进行设置。

方案三，以一次性打入气体体积、压力罐20容积为预设压力档位设计依据，通过减小压力罐20容积增大内部压力，但考虑压力罐20本身容积与设计难度，最大缩小量不宜超过50％，此方法可作为方案二的补充完善。

以5次向压力罐20打气为例，检测时按照打气5次，数据读取，放气，打气4次，读取数据，以此类推。

而针对水位变化较大的水域，则同时引入了气压排序过程，通过在相邻预设气压之间形成较大的压差，实现对水位突变情况下的气泡压力式水位计的检测。

所述处理器根据预设的检测策略设置T组预设气压和对应的气压排序的过程包括以下步骤：

对气泡压力式水位计所处区域的历史水位变化值进行分析，得到水位值和对应的水位突变幅度值。将水位值按序排列，并划分成若干个水位值范围区间，统计每个水位值范围区间对应的水位突变幅度取值以及突变频次。根据风险等级，从每个水位值范围区间内选取至少一个水位值，并从高到低选择若干个突变频次较高的水位突变幅度取值，生成若干个检测子任务。计算得到每个突变后的水位值，对其中部分检测子任务进行排序，以检测次数最少为约束条件，对所有检测子任务进行排序；其中，如果其中一个检测子任务对应的突变后水位值与另一个检测子任务突变前的水位值的差值小于预设水位差值阈值，则将前述两个检测子任务设置为相邻任务。根据排序的检测子任务，设置T组预设气压和对应的气压排序。

例如，从某段河域选择的水位值为2、3和5，三者分别对应的突变幅度取值如下：

2：-1，1，2

3：-1，0.5，1

5：-0.5，0.5，1

计算得到以下检测子任务：(2，1)；(2，3)；(2，4)；(3，2)；(3，3.5)；(3，4)；(5，4.5)；(5，5.5)；(5，6)。其中，(2，3)、(3，2)、(3，3.5)(或(3，4))这三个任务可以相邻设置，减少水位调整步骤。进一步的，可以根据风险等级和水位值的出现频率，尽可能地使水位调整步骤更加拟合实际水情需求。

另外，由于装置无法做到完全气密，使用过程无法避免泄气现象，往往压力越大泄气平率越快，而泄气的速度直接影响检测精度，所以在设备出厂、使用过一段时间后需要对泄气频率进行检测校准，具体方法如按高精度压力计200kpa最大压力计算，通过打气与调整压力罐20容积两种方法将压力维持在最大压力，通过PLC自动计时计算200-150Kpa；150-100Kpa；100-50Kpa；分别所需时间，置入控制器中，作为精度计算的修正依据。

在检测过程中，我们发现，不同的压差，检测精度存在差别，例如，气压从1变为2时，由于对压力罐20内气体的扰动较小，因此，两个水位计的测量数值之间差距很小，而当气压从1变为5时，由于对压力罐20内气体的扰动较大，两个水位计的最终测量数值之间存在较大的差别，如分别得到4.5和5的检测结果，为了修正这种误差，我们引入了权重因子，结合相邻预设气压之间的气压差值R_t-R_t-1所属范围对应的权值，修正相对误差组δ_t的取值，对修正后的相对误差组的所有数值求平均值，结合高精度气压计的固有误差和对应的气压检测范围，以计算得到待检测的气泡压力式水位计的检测精度和校准误差值。

基于前述检测装置，本发明还提及一种气泡压力式水位计的检测方法，包括以下步骤：

S1，初始化检测装置，包括检测气密性、校调数字型气压计和内部调节气压计，以及闭合电磁阀阵列。在预设检测时间范围内不断采集数字型气压计与内部调压计的降压速率，如果两者的降压速率同时满足1min内小于等于0.1kpa降幅，判断校调合格，否则重新校调数字型气压计和内部调节气压计。

S2，根据预设的检测策略设置T组预设气压R_t和对应的气压排序，t＝1，2，....，T。其中，所述T组预设气压R_t经气压排序后，部分相邻预设气压之间的气压差值大于预设差值阈值，t＝T，2，....，T。

S3，设i＝T。

S4，将预设气压R_i设为当前预设气压。

S5，驱使气泡压力式水位计向压力罐20内间隔打气的方式以检测压力罐20内的实时气压，同时采用内部调节气压计实时测量压力罐20内的实际气压，结合当前预设气压和内部调节气压计反馈的压力罐20内的实际气压，按照预设的气压调控策略，通过开关阵列分段控制电磁阀阵列的开合状态，以设定排气频率间隔释放压力罐20内的部分气体，对压力罐20内的气压进行调节，使压力罐20内的实际气压趋近当前预设气压，采用数字型气压计与气泡压力式水位计同步检测压力罐20内的气压。

S6，实时观测气泡压力式水位计和数字型气压计测量得到的气压值：

当气泡压力式水位计测量得到的实时气压值在第一预设时长内的波动幅度小于第一设定幅度阈值时，取其在第一预设时长内的气压平均值为本次气泡压力式水位计的检测值。

当数字型气压计测量得到的实时气压值在第一预设时长内的波动幅度小于第二设定幅度阈值时，取其在第一预设时长内的气压平均值为本次数字型气压计的检测值。

S7，设i＝i+1，返回步骤S4，直至i＝T+1。

S8，将气泡压力式水位计检测得到的多个气压值构成第一气压组P_t，将数字型气压计检测得到的多个气压值构成第二气压组Q_t，t＝T，2，....，T。

S9，结合相邻预设气压之间的气压差值，对第一气压组和第二气压组进行比对处理，以分析得到待检测的气泡压力式水位计的检测精度和校准误差：

对第一气压组和第二气压组做运算，计算得到两组数值的相对误差组δ_t＝(P_t-P₁)-(Q_t-Q₁)，t＝2，....，T；结合相邻预设气压之间的气压差值R_t-R_t-1所属范围对应的权值，修正相对误差组δ_t的取值，对修正后的相对误差组的所有数值求平均值，结合高精度气压计的固有误差和对应的气压检测范围，以计算得到待检测的气泡压力式水位计的检测精度和校准误差值。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置，其特征在于，所述检测装置包括箱体、处理器、数字型气压计、压力罐和气压调节单元；所述处理器、数字型气压计、压力罐和气压调节单元安装在箱体内；

所述压力罐上设置有进气孔和出气孔，待检测的气泡压力式水位计的检测端与进气孔连接，所述出气孔分别与数字型气压计和气压调节单元连接；

所述处理器结合气泡压力式水位计所处区域的水情信息设置T组预设气压和对应的气压排序，其中，所述T组预设气压R_t经气压排序后，部分相邻预设气压之间的气压差值大于预设差值阈值，t＝1，2，....，T；所述气压调节单元用于根据处理器的控制指令，对压力罐的气压进行调节，使压力罐内的实时气压趋近当前预设气压；

所述气泡压力式水位计的控制端与处理器连接，根据处理器的控制指令，通过向压力罐内间隔打气的方式以检测压力罐内的气压，检测得到的多个气压值构成第一气压组P_t，t＝1，2，....，T；所述数字型气压计的控制端与处理器连接，根据处理器的控制指令，与气泡压力式水位计同步检测压力罐内的气压，检测结果通过数字型气压计的显示端以显示，检测得到的多个气压值构成第二气压组Q_t，t＝1，2，....，T；

其中，在一次检测过程中，所述气泡压力式水位计和数字型气压计持续测量压力罐内的实时气压值，当测量得到的实时气压值在第一预设时长内的波动幅度均小于对应的设定幅度阈值时，取各自在第一预设时长内的气压平均值为对应的本次检测值；

所述处理器接收气泡压力式水位计发送的第一气压组和数字型气压计发送的第二气压组，计算得到两组数值的相对误差组δ_t＝(P_t-P₁)-(Q_t-Q₁)，t＝2，....，T；结合相邻预设气压之间的气压差值R_t-R_t-1所属范围对应的权值，修正相对误差组δ_t的取值，对修正后的相对误差组的所有数值求平均值，结合高精度气压计的固有误差和对应的气压检测范围，以计算得到待检测的气泡压力式水位计的检测精度和校准误差值。

2.根据权利要求1所述的具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置，其特征在于，所述处理器根据预设的检测策略设置T组预设气压和对应的气压排序的过程包括以下步骤：

对气泡压力式水位计所处区域的历史水位变化值进行分析，得到水位值和对应的水位突变幅度值；

将水位值按序排列，并划分成若干个水位值范围区间，统计每个水位值范围区间对应的水位突变幅度取值以及突变频次；

根据风险等级，从每个水位值范围区间内选取至少一个水位值，并从高到低选择若干个突变频次较高的水位突变幅度取值，生成若干个检测子任务；

计算得到每个突变后的水位值，对其中部分检测子任务进行排序，以检测次数最少为约束条件，对所有检测子任务进行排序；其中，如果其中一个检测子任务对应的突变后水位值与另一个检测子任务突变前的水位值的差值小于预设水位差值阈值，则将前述两个检测子任务设置为相邻任务；

根据排序的检测子任务，设置T组预设气压和对应的气压排序。

3.根据权利要求1所述的具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置，其特征在于，所述气压调节单元包括内部调节气压计、电磁阀阵列、开关阵列、连接管道；

所述压力罐的出气孔通过连接管道分别与数字型气压计的检测端和电磁阀阵列的进气端密封连接；所述内部调节气压计安装在连接管道上，其检测端与连接管道内部连通，根据处理器的控制指令以实时测量压力罐内的实际气压，将测量结果反馈至处理器；

所述处理器通过开关阵列与电磁阀阵列的控制端连接，所述处理器根据预设的检测策略设置T组预设气压和对应的气压排序，结合当前预设气压和内部调节气压计反馈的压力罐内的实际气压，按照预设的气压调控策略，通过开关阵列分段控制电磁阀阵列的开合状态，以设定排气频率间隔释放压力罐内的部分气体，对压力罐内的气压进行调节，使压力罐内的实际气压趋近当前预设气压。

4.根据权利要求3所述的具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置，其特征在于，所述连接管道呈轴状，其沿纵长方向上设置有第一端部和第二端部，第一端部上设置有第一开口，第一开口通过第一气管与出气孔密封连接，第二端部上设置有第二开口，第二开口通过第二气管与数字型气压计的检测端密封连接；

所述连接管道的侧壁上设置有第三开口和第四开口，所述第三开口通过第三气管与电磁阀阵列的进气端密封连接，所述第四开口通过第四气管与内部调节气压计的检测端连接。

5.根据权利要求3所述的具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置，其特征在于，所述电磁阀阵列包括粗调阀、微调阀和保护阀；所述开关阵列包括与粗调阀对应的粗调继电器、与微调阀对应的晶体管开关和与保护阀对应的保护继电器；

所述粗调阀的进气端通过连接管道与出气孔密封连接，所述粗调阀的出气端通过第五气管与微调阀的进气端密封连接。

6.根据权利要求5所述的具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置，其特征在于，所述预设的气压调控策略包括：

S11，设定电磁阀阵列的初始状态均为闭合状态；

S12，采用内部调节气压计实时测量压力罐内的实际气压；

S13，将测量得到的实际气压与当前预设气压做比对：

(1)如果实际气压大于当前预设气压，且两者差值不超过最大气压差值，根据两者差值设定排气频率，开启粗调阀并等待第二预设时长后，以设定排气频率间隔开启微调阀释放压力罐内的部分气体，直至实际气压小于等于当前预设气压，关闭微调阀，转入步骤S12；

(2)如果实际气压大于当前预设气压，且两者差值超过最大气压差值，开启保护阀，并发出警示信息，结束流程；

(3)否则，维持电池阀阵列为闭合状态，转入步骤S12。

7.根据权利要求6所述的具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置，其特征在于，所述根据两者差值设定排气频率是指：

设气泡式压力式水位计单次充入气体对气压的影响值为ΔC₁，气泡式压力式水位计的充气间隔时长是T₁，微调阀单次开启释放气体对气压的影响值为ΔC₂，实际气压与当前预设气压的差值为C_差，根据下述公式计算得到排气频率f：

8.根据权利要求1所述的具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置，其特征在于，所述压力罐安装装置包括水平底座、两个套筒、两个挡块和若干个紧固件；

所述水平底座固定在盒体底部，水平底座上表面设置有用以承载压力罐的第一凹槽，第一凹槽的槽底两端各设置有一个第二凹槽，第二凹槽位于第一凹槽正下方，并且与第一凹槽平行，第二凹槽与第一凹槽之间的分隔板中部设置有矩形通孔，第二凹槽的宽度大于矩形通孔的宽度；

所述两个套筒分别套接在压力罐两端；

所述两个挡块包括互相垂直连接的第一挡条和第二挡条，第一挡条一一对应地内嵌在第二凹槽内，第二挡条穿过矩形通孔延伸至第一凹槽内，在外部施加的水平力作用下携带第二挡条沿第二凹槽移动至对应的压力罐端部，通过紧固件与临近的套筒连接；第一挡条的尺寸和第二凹槽的尺寸相适配，第二档条的宽度与矩形通孔的宽度相适配。

9.根据权利要求8所述的具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置，其特征在于，所述套筒的内侧沿周向设置有若干个卡柱，所述卡柱构成压力罐端部的承托平台，卡柱构成的平面与套筒底部形成气管收纳部，气管收纳部的顶部设置有气管出口，进气管和第一气管分别自进气孔和出气孔延伸至对应的气管收纳部，再经对应的气管出口延伸至套筒外侧；

所述气管出口处设置有用以固定进气管和第一气管的气管固定机构。

10.根据权利要求9所述的具有水位突变模拟功能的气泡压力式水位计检测装置，其特征在于，所述气管固定机构包括螺帽和两个可接合的横截面成半圆环形的卡接部；

所述卡接部可水平移动地安装在进气管或第一气管的管道两侧，两个卡接部相互移近并接合后其中部形成一个用于容纳气管管道的圆柱形空腔，在两个卡接部的外侧壁上设置有可连接的外螺纹；

所述螺帽内侧设置有相匹配的内螺纹，螺帽旋接在两个卡接部外侧，使两个卡接部抵接并周向施加水平力在气管管道上，在气管管道的回弹力、以及气管管道和卡接部内壁的摩擦力作用下使气管固定在圆柱形空腔内；

所述卡接部内侧壁上设置有用以带花纹的弹性垫圈。

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