CN101408448B - 高频高精度水位变化测量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高频高精度水位变化测量计，它包括上端与下端均为开口的水管，所述水管的上端口设有固定架，该固定架上固定有一个径向截面为等截面且管壁标有高度刻度的透明刻度管，所述刻度管的下端位于所述水管内的水中而该刻度管的上端装有密封盖，装在密封盖上的气压采样管的下端与刻度管内腔连通，连接软管的一端同所述气压采样管的上端连通且该连接软管的另一端同压力扫描阀的气嘴连接，所述压力扫描阀的电信号输出端用数据线同信号采集器的信号输入端连接。它结构简单，可多点同时测量，在高频采样时能保持很高的测量精度。

Description

高频高精度水位变化测量计

技术领域

本发明涉及高频高精度水位变化测量计，能实时高精度地记录高频率水位变化情况。

背景技术

水位计是一种测量水位变化的装置，目前用来测量水位的水位计主要有浮子式水位计、接触式水位测量装置、压力式水位计、超声波水位计、雷达水位计、激光水位计和电子水尺等，这些水位计主要用来测量江、河、海等的水位变化以及滑坡处地下水位的变化等。这些水位计存在的缺点包括：浮子式水位计受场所限制，且安装和维护复杂；接触式水位测量装置的水位测针所测的水位变化范围小；压力式水位计受水质环境影响大；超声波式水位计容易受天气和水面波浪的影响；雷达式水位计施工难度大，造价高；激光水位计受测量范围限制，且精度易受影响；电子水尺因采用不锈钢电极作为水位传感器，测量的误差与电极之间间距相关，同时存在电化学腐蚀问题。

当水位变化频率很高，又需测量精度毫米级时，上述水位计则很难达到精度要求。如在高精度记录水箱或水槽内流体做高频率振荡的液面试验时，一般水位计不能满足这种高频高精度的测量需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有水位计在液面高频率振荡时测量精度不够的缺陷，提出一种高频高精度水位变化测量计，它可实现高频高精度水位变化测量，具有结构简单、易于控制、实用性好、可连续采样、实时存储和观测数据等特点。

本发明的技术方案是，所述高频高精度水位变化测量计包括上端与下端均为开口的水管，其结构特点是，所述水管的上端口设有固定架，该固定架上固定有一个径向截面为等截面且管壁标有高度刻度的透明刻度管，所述刻度管的下端位于所述水管内的水中而该刻度管的上端装有密封盖，装在密封盖上的气压采样管的下端与刻度管内腔连通，连接软管的一端同所述气压采样管的上端连通且该连接软管的另一端同压力扫描阀的气嘴连接，所述压力扫描阀的电信号输出端用数据线同信号采集器的信号输入端连接。

以下对本发明做出进一步说明。

参见图1，本发明的高频高精度水位变化测量计包括上端与下端均为开口的水管1，其结构特点是，所述水管1的上端口设有固定架4，该固定架4上固定有一个径向截面为等截面且管壁标有高度刻度的透明刻度管3，所述刻度管3的下端位于所述水管1内的水中而该刻度管3的上端装有密封盖5，装在密封盖5上的气压采样管6的下端与刻度管3内腔连通，连接软管7的一端同所述气压采样管6的上端连通且该连接软管7的另一端同压力扫描阀8的气嘴连接，所述压力扫描阀8的电信号输出端用数据线9同信号采集器10的信号输入端连接。

所述气压采样管6最好采用不锈钢管；连接软管7可采用橡胶软管。

参见图1，本发明所述高频高精度水位变化测量计的工作原理是，在实际测量水箱或水槽内流体做高频率振荡的液面试验时，把水管1固定在水箱或水槽内；当水管1的水面发生变化时，水位变化情况如图2所示，由于刻度管3固定在水管1上，则被密封后的刻度管3内的压强肯定发生变化，其改变后的压强大小通过气压采样管6和连接软管7后传到压力扫描阀8；压力扫描阀8能高频高精度地识别出压强改变大小，随后由数据线9传到信号采集器10中；信号采集器10把传过来的压力大小利用下式(1)至式(8)计算最终转化为水位变化值，同时在信号采集器10内实时存储并通过显示屏显示水位变化值。

由图2可推导实际水位变化值H：

H₂上顶点处压强平衡：

P+ΔP＝P+ρg(H1-H2)    式(1)

考虑刻度管3截面面积影响时：

H₁×A₂-(H₁-H₂)×A₁＝H×A₂    式(2)

在刻度管3内由热力学第一定律：

V＝A_in×L    式(3)

PV＝(P+ΔP)×(V-ΔV)    式(4)

ΔV＝H₂×A_in    式(5)

$H_2=\frac{L\×\mathrm{\ΔP}}{P}$ 式(6)

$H_1=\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\ρg}}+H_2$ 式(7)

$H=H_1-\frac{A_1}{A_2}(H_1-H_2)$ 式(8)

式中，H是测得实际水位变化值；H₁是不考虑刻度管3截面面积影响时水位变化值；H₂是刻度管3内的水位变化高度值；P是大气压压强；V是刻度管3无水位变化时的体积；ΔP是压力扫描阀8测得的刻度管3内压强改变大小；ΔV是刻度管3内水位变化的体积；ρ水的密度；g重力加速度；A₁为刻度管3外径截面面积；A_in为刻度管3内径截面面积；A₂为水管1内径截面面积；L是无水位变化时刻度管3内空气高度。

由以上可知，本发明为一种高频高精度水位变化测量计，它与现有水位计相比，具有以下优点：

1、结构简单，量程范围可调，在高频采样时能保持很高的测量精度，且工作量少，并能时时显示和自动存储水位测量数据；

2、可多点同时测量，只需在固定架4装置上安装多套由刻度管3、密封盖5、气压采样管6和连接软管7依次连接组成的测量通路并与压力扫描阀8连接即可，因为压力扫描阀8都能测量多通道压力变化值。

附图说明

图1是本发明一种实施例剖视结构示意图；

图2是图1所示装置的水位改变后液面变化示意图。

在上述附图中：

1-水管，      2-水，          3-刻度管，

4-固定架，    5-密封盖，      6-气压采样管，

7-连接软管，  8-压力扫描阀，  9-数据线，

10-信号采集器。

具体实施方式

如图1所示，高频高精度水位变化测量计包括上端与下端均为开口的水管1，所述水管1的上端口设有固定架4，该固定架4上固定有一个径向截面为等截面且管壁标有高度刻度的透明刻度管3，所述刻度管3的下端位于所述水管1内的水中而该刻度管3的上端装有密封盖5，装在密封盖5上的气压采样管6的下端与刻度管3内腔连通，连接软管7的一端同所述气压采样管6的上端连通且该连接软管7的另一端同压力扫描阀8的气嘴连接，所述压力扫描阀8的电信号输出端用数据线9同信号采集器10的信号输入端连接。所述气压采样管6采用不锈钢管；连接软管7采用橡胶软管。

本发明的高频高精度水位变化测量计在测量水箱或水槽内流体做高频率振荡的液面试验时，把水管1固定在水箱或水槽内，水管1的水位即会随高频率振荡的液面同步振荡，刻度管3内的压强就会随水管1内水位变化而产生压强变化，产生的压强变化值通过气压采样管6和连接软管7传递到压力扫描阀8中，压力扫描阀8把扫描出的压强变化值通过数据线9输送到采集器10，信号采集器10经过简单计算把水位变化值存储并在显示屏上显示。

做为气压采样管6的不锈钢管的外径为1.1mm，做为连接软管7的橡皮软管内径为1.0mm；所述压力扫描阀8为市售产品，它的采样频率最高可达512HZ，市售的所述信号采集器10能够存储和显示压力扫描阀8扫描的压强变化转化的水位变化测量值。

Claims (3)

1.一种高频高精度水位变化测量计，包括上端与下端均为开口的水管(1)，其特征是，所述水管(1)的上端口设有固定架(4)，该固定架(4)上固定有一个径向截面为等截面且管壁标有高度刻度的透明刻度管(3)，所述刻度管(3)的下端位于所述水管(1)内的水中而该刻度管(3)的上端装有密封盖(5)，装在密封盖(5)上的气压采样管(6)的下端与刻度管(3)内腔连通，连接软管(7)的一端同所述气压采样管(6)的上端连通且该连接软管(7)的另一端同压力扫描阀(8)的气嘴连接，所述压力扫描阀(8)的电信号输出端用数据线(9)同信号采集器(10)的信号输入端连接，水管(1)的水位会随高频率振荡的液面同步振荡，刻度管(3)内的压强就会随水管(1)内的水位变化而产生压强的变化。

2.根据权利要求1所述高频高精度水位变化测量计，其特征是，所述气压采样管(6)采用不锈钢管。

3.根据权利要求1所述高频高精度水位变化测量计，其特征是，所述连接软管(7)可采用橡胶软管。

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