CN113984142B - 一种便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置，涉及水位检测设备技术领域，包括：底座和外管，底座用于搁置于水底，外管的底端固定设置于底座上，外管的顶端封闭，外管从顶端向下1.5cm～3cm处的管壁上开设有多个出气孔，多个出气孔均位于同一平面上，出气孔与外管顶端之间的外管内的腔体形成一气室，气泡式水位计吹气管的末端固定于气室内，气室的横截面积大于气泡水位计吹气管的横截面积，外管的出气孔与外管的底端之间的外管上开设有至少一个入水孔；本发明提供的便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置能够提高检测结果的准确性和稳定性。

Description

一种便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置

技术领域

本发明涉及水位检测设备技术领域，特别是涉及一种便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置。

背景技术

水文自动测报系统的应用技术中，数据的准确与否与水位计采集水位的精确程度息息相关，自动监测水位的设备有电子水尺、浮子水位计、超声波水位计、雷达水位计、压力水位计以及气泡水位计等，根据现场的实际情况择机选择。

相比较其他的水位计施工安装，气泡水位计这一安装技术不仅安装简单，施工量小，而且能够测量到其他水位计不能(或难以达到)测量到的历史最低水位，比起其他类型的水位计更具有应用潜力。目前，在很多中小河流和中小水库水位监测进行水位计施工安装敷设时，由于环境和地形影响，现场根本不具备雷达、浮子等类型水位计所需的相应的施工条件，只有使用气泡水位计。

气泡式水位计工作原理：外部空气通过空气过滤器过滤、净化后，进入气泵。经气泵压缩，产生气压，通过单向阀快速流向气室，气体分两路分别向压力控制单元中的压力传感器和通入水下的吹气管中扩散。当气泵停止工作时，单向阀闭合，水下吹气管口被气体封住，从而形成了一个密闭的连接压力传感器和水下气室之间的气体压力传递路径(等压传递——气柱压力可以或略)。由于密闭的气体容器内各处的压强相等，气管端口(气室)承受的压强与压力控制单元的传感器处压强相等，用此压强减去大气压强，即可得到气泡水位计吹气管末端水位的静压力，通过换算和修正便可得出测量水位。

但是气泡水位计的测量受被测水体的含沙量、泥沙淤积程度、水流流速等因素影响极大，湍急的水流会产生较大的水的压力变化，吹气管管口的直径通常又非常小，水压的变化会在吹气管内部的密闭空间内产生较大的压力波动，导致检测结果不准确，且现有的气泡水位计在使用时直接将探头置于水底，这就导致河沙淤积时会将气泡水位计吹气管管口掩埋的情况发生，或者是湍急的水流导致吹气管被水流裹挟而在水中上下漂动，导致检测结果异常的情况发生。

为了能够保证气泡水位计吹气管在水下长时间工作，不受湍流、紊流、泥沙影响，同时保证在水位波动较大时吹气管内压力变化平缓有序，现在的气泡水位计安装和使用过程中，亟需开发一套能够在水下对吹气管进行固定的装置和水位检测的稳定装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置，以解决上述现有技术存在的问题，提高检测结果的准确性和稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置，包括：底座和外管，所述底座用于搁置于水底，所述外管的底端固定设置于所述底座上，所述外管的顶端封闭，所述外管从顶端向下1.5cm～3cm处的管壁上开设有多个所述出气孔，多个所述出气孔均位于同一平面上，所述出气孔与所述外管顶端之间的所述外管内的腔体形成一气室，气泡式水位计吹气管的末端固定于所述气室内，所述气室的横截面积大于所述气泡水位计吹气管的横截面积，所述外管的出气孔与所述外管的底端之间的所述外管上开设有至少一个入水孔。

优选的，还包括内支撑件和内管，所述内支撑件设置于所述外管内，内支撑件是一个具有强阻力的滑动导轨，所述内管能够滑动地设置于所述内支撑件上，且只有在内管受力超过所述内支撑件与滑动导轨之间的阻力值时，所述内管才会在所述导轨上滑动，所述内管上安装有用于固定所述吹气管的格兰头，所述内管中穿设所述吹气管。

优选的，所述底座呈十字形平面结构平铺于水底，所述底座包括多个稳定管和一个五通连接器，所述底座中央为五通连接器，所述五通连接器五个方向的相邻方向两两垂直，所述稳定管安装在五通连接器上的四个水平方向上，并向外延伸，组成一个十字形的平面结构，所述吹气管通过所述稳定管中的一个进入至所述内管中。

优选的，所述外管垂直于各所述稳定管设置，所述外管高不超过30厘米。

优选的，所述外管、所述内管和所述稳定管均为不锈钢材料制成。

优选的，所述外管上开设有多个所述入水孔，多个所述入水孔均开设于外管的同一侧且多个所述入水孔依次沿所述外管的轴线方向布设，所述入水孔靠近所述底座设置。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置中的气泡式水位计的吹气探头并未直接设置于河床上，因此，不会被淤泥掩埋，另外，外管的顶端与出气孔之间的空间作为气室，气室的横截面积大于吹气探头和与吹气探头连通的吹气管的横截面积，当因水体流动或其他原因导致水压发生变化时，气室的横截面积越大，外管内的水柱振荡程度就越小，因此，增加气室能够减小水压变化对气柱长度以及外管内水柱高度的影响程度，便于气泡式水位计对水压进行稳定的检测，提高检测结果的准确性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置的正视图；

图2为图1中A处的结构放大图；

图3为图1中内管、吹气管和格兰头的装配示意图；

图4为图1中便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置的俯视图；

图中：1-内管、2-气室、3-吹气管、4-出气孔、5-入水孔、6-外管、7-导轨、8-五通接管头、9-底座、10-稳定管、11-格兰头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置，以解决现有技术存在的问题，提高检测结果的准确性和稳定性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置，如图1～4所示，包括：底座9和外管6，底座9用于搁置于水底，外管6的底端固定设置于底座9上，外管6的顶端封闭，外管6从顶端向下1.5cm～3cm处的管壁上开设有多个出气孔4，优选为3cm处，多个出气孔4均位于同一平面上，出气孔4与外管6顶端之间的外管6内的腔体形成一气室2，气泡式水位计吹气管3的末端固定于所述气室2内，气室2的横截面积大于气泡水位计吹气管3的横截面积，外管6的出气孔4与外管6底端之间的外管6上开设有至少一个入水孔5，将便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置设置于水底后，入水孔5与河床之间的距离在10cm～15cm之间，优选为15cm，在接近河床或安装面的地方，可以有效避免泥沙淤积和水流冲刷导致的抖动现象。

本发明提供的便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置中的气泡式水位计的吹气探头并未直接设置于河床上，因此，不会被淤泥掩埋，另外，外管6的顶端与出气孔4之间的空间作为气室2，气室2的横截面积大于吹气探头和与吹气探头连通的吹气管3的横截面积，当因水体流动或其他原因导致水压发生变化时，气室2的横截面积越大，外管6内的水柱振荡程度就越小，因此，增加气室2能够减小水压对气柱长度以及外管6内水柱高度的影响程度，便于气泡式水位计对水压进行稳定的检测，提高检测结果的准确性和稳定性。

进一步的，便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置还包括内支撑件和内管1，内支撑件设置于外管6内，内支撑件是一个具有强阻力的滑动导轨7，内管1能够滑动地设置于内支撑件上，且只有在内管1受力超过内支撑件与滑动导轨7之间的阻力值时，内管1才会在导轨7上滑动，内管1上安装有用于固定吹气管3的格兰头11，内管1中穿设吹气管3，在不受外力时，内管1难以在导轨7上发生移动，当需要改变吹气管3末端的高度时，工作人员通过移动内管1的位置来调节吹气管3末端的高度，以便于调节吹气管3末端的高度，使得吹气管3末端始终处于气室2内。

进一步的，底座9包括多个稳定管10，稳定管10长1.5m，多个稳定管10的一端均与外管6的底端固定连接，另一端均朝远离外管6的方向延伸，且至少一个稳定管10与内管1连通，吹气探头和吹气管3通过稳定管10进入至内管1中，外管6垂直于各稳定管10设置，外管6、内管1和稳定管10均为不锈钢材料制成，稳定管10优选设置为四个，提高装置的稳定性，稳定管10为中通管，吹气管3和吹气探头通过稳定管10进入到内管1中并被格兰头11固定，任意相邻的两个稳定管10之间的夹角均为90°，四个稳定管10通过一五通接管头8与外管6的底端固定连接，五通接管头8为不锈钢材质，外管6的内径为25mm，外管6的外径为35mm，外管6为不锈钢管，外管6身材纤细，对水流具有“隐身”效果，以减少对水体流动的阻碍。

进一步的，外管6垂直于各稳定管10设置，外管6高不超过30厘米。

进一步的，外管6、内管1和稳定管10均为不锈钢材料制成。

进一步的，外管6上开设有多个入水孔5，多个入水孔5均开设于外管6的同一侧且多个入水孔5依次沿外管6的轴线方向布设，入水孔5靠近底座9设置，上述设置能够使得外管6内的水更加稳定，防止在水流动湍急的水域，因外管6内的水面起伏过于剧烈而导致测量结果不准确的情况发生。

进一步的，外管6的顶端通过一密封帽1封闭，密封帽1与出气孔4之间为气室。

使用方法如下：

通过稳定管10向内管1中安装吹气探头，并在导轨7上滑动内管1使得吹气探头位于气室2所在的高度后固定内管1的位置，将外管6同轴套设于内管1外且吹气探头位于外管6的气室2内，将整个装置缓慢的沉入水底并使得底座9与水底接触，通过吹气探头向气室2内进行吹气并使得气室2内的水排出，直至出气孔4有气体溢出，此时出气孔4下方为水面，上方为气体，而后停止向气室2内吹气或调节吹气速度至出气孔4具备小气泡缓慢溢出的平衡状态，即可认为气室2内的气体压力与水压近似相等，而岸上的气包又通过吹气管3与气室2连通，因此，测量岸上气包内的气压后换算成液位高低即可。

原理分析：

气泡式水位计传统的使用方法为直接将吹气管3带有吹气探头的一端置于水中，吹气管3的横截面很小，最小的吹气管3的直径只有2毫米，最大的也才8毫米，这就导致吹气管3口的气液接触面积很小，水压的变化会导致水从吹气管3口进入到吹气管3内并压缩吹气管3内的气柱，吹气管3内部气压的剧烈变化，测量出来的压力波动就非常大，在测量过程中得到的值就很不准确。

以数据计算式表达：

吹气管3口处的水压压力为V

吹气管3内半径r

气室2的等效半径R

外部压力的变化为ΔV

情况1：不加设气室2，直接将吹气管3置于水中：

ΔV＝π·r²·Δh₁………………Δh1是压力变化时在吹气管3内产生的气柱的变化长度；

ΔV＝π·R²·Δh₂………………Δh2是压力变化是在气室2内产生的气柱的变化长度；

假设r是吹气管3的半径等于1mm，R是气室2的内半径等于12.5mm，ΔV是气压扰动产生的气体体积变化量。Δh1是吹气管中的水柱(对应气柱)变化长度，Δh2是气室2中的水柱(对应气柱)变化长度。从以上计算可推导出Δh1>>Δh2。这就说明了增加气室2的必要性，可以减小气压扰动产生的水柱变化量，水柱变化量越小，测量过程就越稳定，测量也就越准确。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置，其特征在于：包括：底座和外管，所述底座用于搁置于水底，所述外管的底端固定设置于所述底座上，所述外管的顶端封闭，所述外管从顶端向下1.5cm～3cm处的管壁上开设有多个出气孔，多个所述出气孔均位于同一平面上，所述出气孔与所述外管顶端之间的所述外管内的腔体形成一气室，气泡式水位计吹气管的末端固定于所述气室内，所述气室的横截面积大于所述气泡式水位计吹气管的横截面积，所述出气孔与所述外管的底端之间的所述外管上开设有多个入水孔，多个所述入水孔均开设于外管的同一侧且多个所述入水孔依次沿所述外管的轴线方向布设，所述入水孔靠近所述底座设置；还包括内支撑件和内管，所述内支撑件设置于所述外管内，内支撑件是一个具有强阻力的滑动导轨，所述内管能够滑动地设置于所述内支撑件上，且只有在内管受力超过所述内支撑件与滑动导轨之间的阻力值时，所述内管才会在所述导轨上滑动，所述内管上安装有用于固定所述吹气管的格兰头，所述内管中穿设所述吹气管；所述底座呈十字形平面结构平铺于水底，所述底座包括多个稳定管和一个五通连接器，所述底座中央为五通连接器，所述五通连接器五个方向的相邻方向两两垂直，所述稳定管安装在五通连接器上的四个水平方向上，并向外延伸，组成一个十字形的平面结构，所述吹气管通过所述稳定管中的一个进入至所述内管中。

2.根据权利要求1所述的便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置，其特征在于：所述外管垂直于各所述稳定管设置，所述外管高不超过30厘米。

3.根据权利要求1所述的便于气泡式水位计水下安装和测量的稳定装置，其特征在于：所述外管、所述内管和所述稳定管均为不锈钢材料制成。