CN102706405A - 一种测量水位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量水位的方法，具体步骤是:用一能反映水位变化的水位电极，垂直插入水体中，其特征是：在水位电极的附近设置一参比电极，该参比电极完全浸入水体中，参比电极的电极系数为一固定值，用电导仪交替测量水位电极和参比电极上的电导值，对所测量的水位电极上的电导值和参比电极上的电导值进行比例运算然后根据运算的比值与水位的对应关系将比值换算成水位值。通过计算水位电极上的电导值与参比电极上的电导值的比值，其计算结果可消去水体的温度、电解质的含量变化对水位的影响，可精确地测量出水位。<sub/>

Description

一种测量水位的方法

技术领域

本发明涉及一种测量水位的方法，具体来说在水体中插入电导电极，通过测量电导电极上电导的变化，来换算水体水位的变化。

背景技术

中国实用新型专利说明书CH201716069U公开了一种自动测量水位变化的测量装置。该测量装置包括一系列测压管、在测压管内沿管长等间距设置两根金属丝，金属丝相当于两根电极，当测压管内有水时，可测量电极上的电导，当测压管内水位变化时电极之间的电导也发生变化，由于测压管管径处处相同，电导与水位的高度呈正比。这种测量装置局限在水体电导率不变的场合使用，在自然环境中水体的电导率会发生变化，如水体温度、水体中电解质的含量变化时其电导率就会改变，在这种场合即使水位不变化，电极之间的电导也会发生变化，所测量的电导不能正确地反映水位。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种在水体电导率变化时也能使所测量的电导准确地反映水位的方法。

本测量水位的方法是：用一能反映水位变化的水位电极，垂直插入水体中，其特征是：在水位电极的附近设置一参比电极，该参比电极完全浸入水体中，参比电极的电极系数为一固定值，用电导仪交替测量水位电极和参比电极上的电导值，对所测量的水位电极上的电导值和参比电极上的电导值按下式进行运算：

B=G/G’    （1）

式（1）中B为比值，G为水位电极上的电导值， G’为参比电极上的电导值；

根据比值B与水位的对应关系将比值B换算成水位值。

所述参比电极的电极系数的值与水位电极在最低水位时的电极系数的值相等。

所述比值B与水位的对应关系的表达式为：h=B·J；式中h为水位值、B为比值、J为一转换系数；转换系数J可这样得出，在水位已知的条件下水位值用H表示，交替测量水位电极的电导值与参比电极的电导值，然后按式（1）进行运算，得出比值B，再按下式运算：J=H/B。

在自然环境中，水位电极上的电导值不仅与水体水位变化有关而且还受水体的温度、电解质的含量变化的影响；本发明使用了参比电极，并且使参比电极完全浸入水体中，其电极系数不变，因此参比电极上的电导值与水体水位变化的无关，仅受水体的温度、电解质的含量变化的影响。当水体的温度、电解质的含量发生变化时，水位电极和参比电极上的电导值的变化率是相等的，通过计算水位电极上的电导值与参比电极上的电导值的比值，其计算结果可消去水体的温度、电解质的含量变化对水位的影响，可精确地测量出水位。

附图说明

附图为本发明所使用的水位测量装置的结构示意图。

具体实施方式

现对照附图说明本发明具体实施方式。

测量水位的水位电极1的结构，为一刚性的绝缘材料长直管，在直管内沿管长等间距设置两根金属丝。水位电极1垂直地插入水体中，金属丝与水体的接触面积，随水位的变化而变化。在水位电极附近设置一参比电极2，参比电极结构为在刚性的绝缘材料的管中设置两金属板，金属板之间有间距，参比电极2的引线为防水电缆线，参比电极2完全浸入水体中，参比电极2的电极系数为一固定值。水位电极1和参比电极2分别通过电子开关31、32与一电导仪4连接，控制电子开关使电导仪交替测量水位电极和参比电极上的电导值，电导仪所测量的电导值输送至一单片机系统5，在单片机系统5中对水位电极的电导值和参比电极的电导值进行比例运算，运算的结果再转换为水位值。

本测量方法的原理是：

在自然环境中水位电极上的电导值是水位的电导变量和水体的温度、电解质含量的电导变量的函数，表达式为：

G=(G₂₅+ΔG₂₅) ×m_i（1+k·Δt） （2）

式（2）中：

G为水位电极上的电导值；   

G₂₅为25℃时最低水位的电导值；

ΔG₂₅为25℃时水位增量的电导值；

m_i 为水体中电解质浓度系数，不同的浓度有各自的浓度系数；

k为水体的温度系数与水体中电解质的浓度有关；

Δt为偏离25℃时的温度变化量；

而参比电极上的电导值，不会因水位的变化而发生变化，但能随水体的温度和电解质含量的变化而发生变化。表达式为：

G’= G₂₅’ m_i (1+ k·Δt）  （3）

式（3）中G’为参比电导电极的电导值，G₂₅’为 25℃时电导值；

为缩小参比电极的体积，在设计参比电极时使其电极系数与水位电极在最低水位时的电极系数相等，参比电极的电极系数为：

C’=L’/A’  （4）

式（4）中C’为参比电极的电极系数、A’为参比电极金属板的面积、L’为两金属板之间的间距；

水位电极在最低水位时的电极系数为：

C=L/A（5）

式（5）中C为水位电极在最低水位时的电极系数；

A为最低水位时水位电极的金属丝与水体的接触面积；

L为水位电极的金属丝之间的间距；

当参比电极的电极系数C’与水位电极在最低水位时的电极系数C相等时，参比电极25℃时的电导值G₂₅’与水位电极25℃时最低水位的电导值G₂₅ 相等，单片机系统对式（2）与式（3）进行比例运算，运算结果为：

B=G/G’=(G₂₅+ΔG₂₅) ×m_i（1+k·Δt）/ G₂₅’ m_i (1+ k·Δt）

     =1+ΔG₂₅/ G₂₅   （6）

式（6）中B为比值；

可看出水位电极的电导值与参比电极的电导值进行比例运算后，温度变量及电解质浓度变量被消去，其运算结果仅与对应的水位值相关。如果参比电极的电极系数取其他数值，其运算结果也仅与对应的水位值相关。

标定水位的方法为：在水位已知的条件下水位值用H表示，交替测量水位电极的电导值与参比电极的电导值，然后按式（6）进行运算，得出比值B，再按下式运算：

J=H/B （单位：米）  （7）

式（7）中J为电导值转换成水位值的系数，简称转换系数；

预先将转换系数J输入单片机系统，在实际水位测量中，单片机系统按下式运算，可得出水位值：

h=B·J  （单位：米）   （8）

式（8）中h为水位值、B为比值、J为转换系数。

Claims (3)

1.一种测量水位的方法是：用一能反映水位变化的水位电极，垂直插入水体中，其特征是：在水位电极的附近设置一参比电极，该参比电极完全浸入水体中，参比电极的电极系数为一固定值，用电导仪交替测量水位电极和参比电极上的电导值，对所测量的水位电极上的电导值和参比电极上的电导值按下式进行运算：

B =G/G’    （1），

式（1）中B为比值，G为水位电极上的电导值， G’为参比电极上的电导值；

根据比值B与水位的对应关系将比值B换算成水位值。

2.根据权利要求1所述的测量水位的方法，其特征是：所述参比电极的电极系数的值与水位电极在最低水位时的电极系数的值相等。

3.根据权利要求1所述的测量水位的方法，其特征是：所述比值B与水位的对应关系的表达式为：h=B·J；式中h为水位值、B为比值、J为一转换系数；

转换系数J可这样得出，在水位已知的条件下水位值用H表示，交替测量水位电极的电导值与参比电极的电导值，然后按式（1）进行运算，得出比值B，再按下式运算：J=H/B。

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