CN202562561U - 水位测量装置 - Google Patents

Abstract

一种水位测量装置用于测量江、湖、河水体的水位，它包括水位电导电极（1）、电导仪（4）、电子开关（31、32）、单片机系统（5）；水位电导电极通过电子开关（31）与电导仪（4）连接，所述的电导仪用于测量电导电极上的电导值，电导仪的数据信号输送至单片机系统（5），其特征是：所述的水位测量装置还包括一参比电导电极电极（2），该参比电导电极通过电子开关（32）与电导仪连接，所述的单片机系统控制电子开关（31、32）使电导仪交替测量水位电导电极和参比电导电极上的电导值，并对水位电导电极和参比电导电极上的电导值进行比例运算，其运算结果可消除水体的温度和电解质含量的变化对水位的影响，从而及时、准确地测量出水位。

Description

水位测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量水位变化的测量装置，尤其涉及一种包括电导电极和电导仪以及数据处理的单片机系统的测量装置，属于水文地质参数自动化测量仪器领域。

背景技术

    水位大小以及长时间内水位的变化情况是研究地下水渗流、堤坝渗流安全、管流以及防洪的重要参数，因此，水位的测量以及监测具有重要的理论意义与实际意义。 

在目前的研究与应用中，有人提出了一种利用水具有导电性，待测水体导电性能的强弱可通过水体电导值反应，通过电导值的大小换算出对应的水位的测量装置。

其技术原理是：水体电导值的大小与水体的电导率和电导电极的电极系数有关，电极系数的大小与电极的间距成反比，与电极间的导电面积成正比，即： 

G = X· J= X· S/L（ 1 )；

式中 G为电导；X为水体的电导率；J为电极系数；S为导电面积； L 为电极间距；S/L。 

其技术方案是：在一绝缘性材料的长直管（测量管）中，沿管长设置两根等间距的金属丝，金属丝相当于两个电极。由于两金属丝间距恒定，即 L 为常数。当测量管内有水时，因此导电面积与水位的高度呈正比，根据式（ 1 ) ，电导值与水位将呈线性关系。水位变化时，电导值也会对应地改变。

    在水体的温度和水体中电解质含量（电导率）保持不变的情况下，该技术方案可及时、准确地反映水位值。但也存在不足之处，即在实际使用中江、湖、河水体的电导值会随水体的温度、水体中的电解质的含量变化而不同，因此不能准确反映所述水体的水位。 

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种水位测量装置，其要解决的技术问题是，消除水体的温度、电解质含量对该水体的水位测量的影响，准确的测量出水位。

本实用新型水位测量装置的技术方案是：包括水位电导电极1、电导仪4、电子开关31、32、单片机系统5；所述的水位电导电极1为在一绝缘性材料的刚性长直管中，沿管长设置两根等间距的金属丝的结构，作为水位传感器；水位电导电极通过电子开关31与电导仪4连接，所述的电导仪用于测量电导电极上的电导值，电导值信号输送至单片机系统5，其特征是：所述的水位测量装置还包括一参比电导电极电极2，该参比电导电极为在一绝缘性材料刚性管中，设置一对导电电极的结构，所述的导电电极用防水绝缘电缆线引出，该参比电导电极通过电子开关32与电导仪连接，所述的单片机系统控制电子开关31、32使电导仪交替测量水位电导电极和参比电导电极上的电导值，并对水位电导电极和参比电导电极上的电导值进行比例运算，计算出水位值；所述的参比电导电极2使用时全部浸入水体中。

所述参比电导电极的电极系数与水位电导电极的最低水位的导电极系数相等。

所述的参比电导电极的导电电极为板状。

所述水位电导电极的金属丝和参比电导电极的导电电极为不锈钢材料。

本实用新型的水位测量装置设有参比电导电极，该电极上产生的参比电导值，不因水位的变化而发生变化；仅随水体的温度和电解质含量的变化而发生变化。水位电导电极上的电导值除跟随水位变化外，还随水体的温度、电解质含量的变化而改变，通过交替测量水位电导电极和参比电导电极上的电导值，对两者进行比例运算，其运算结果可消除水体的温度和电解质含量的变化对水位的影响，从而及时、准确地测量出水位。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

具体实施方式

现对照附图说明本实用新型的实施方式。

本实用新型水位测量装置,包括水位电导电极1、参比电导电极电极2、电子开关31、22，电导仪4、单片机系统5；所述的水位电导电极1为在一绝缘性材料的长直管中，沿管长设置两根等间距的金属丝的结构，作为水位传感器，所述长直管的管长能满足测量最高水位的要求；所述的参比电导电极2的结构为在一绝缘性材料管中，设置一对导电电极的结构，所述的导电电极用防水绝缘电缆线引出；水位电导电极1和参比电导电极2分别通过电子开关31、32与电导仪4连接，单片机系统5控制电子开关31、32使水位电导电极1和参比电导电极2交替与电导仪4接通，使电导仪交替测量水位电导值和参比电导值，所述的电导仪为带有电导值数据信号输出的现有产品；电导仪的数据信号输送至单片机系统5，所述的单片机系统将所接受的水位电导电极的电导值和参比电导电极的电导值数据信号进行比例运算，转换成对应的水位值数据、并显示、存储，单片机系统中设有通信接口6可接受指令和传输数据。

测量水位时参比电导电极2全部浸入水体中，水位电导电极1可根据需要按一定的长度垂直插入水体中。

为减小参比电导电极的长度，在最低水位时该电极也能浸入水体中，其导电电极为板状。

为防止水体对导电电极的腐蚀，所述的参比电导电极和水位电导电极的导电电极采用不锈钢材料制成。

本实用新型的水位测量装置设有参比电导电极可消除水体的温度、电解质含量对水位测量的影响，其原理是：

在测量过程中水位电导电极1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为水位电导电极上的电导值；   

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；

从式（2）可看出如果仅根据水位电导电极1上的电导值来换算成水位值是不准确的。

本实用新型的水位测量装置设有参比电导电极，该电极上产生的参比电导值，不因水位的变化而发生变化；但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；

在设计参比电导电极时使电极系数与水位电导电极在最低水位时的电极系数相等，有G₂₅’= G₂₅ ，在单片机系统中进行式（2）与式（3）的比例运算，运算结果为：

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

     =1+ΔG₂₅/ G₂₅   （4）；

从式（4）可看出水位电导电极的电导值与参比电导电极的电导值进行比例运算后，温度及电解质浓度的影响被消除，其运算结果仅与对应的水位值相关。

Claims (4)

1.一种水位测量装置，包括水位电导电极（1）、电导仪（4）、电子开关（31、32）、单片机系统（5）；所述的水位电导电极（1）为在一绝缘性材料的刚性长直管中，沿管长设置两根等间距的金属丝的结构，作为水位传感器；水位电导电极通过电子开关（31）与电导仪（4）连接，所述的电导仪用于测量电导电极上的电导值，电导值信号输送至单片机系统（5），其特征是：所述的水位测量装置还包括一参比电导电极电极（2），该参比电导电极为在一绝缘性材料刚性管中，设置一对导电电极的结构，所述的导电电极用防水绝缘电缆线引出，该参比电导电极通过电子开关（32）与电导仪连接，所述的单片机系统控制电子开关（31、32）使电导仪交替测量水位电导电极和参比电导电极上的电导值，并对水位电导电极和参比电导电极上的电导值进行比例运算，计算出水位值；所述的参比电导电极（2）使用时全部浸入水体中。

2.根据权利要求1所述的水位测量装置，其特征是：所述参比电导电极（2）的电极系数与水位电导电极（1）的最低水位的电极系数相等。

3.根据权利要求1所述的水位测量装置，其特征是：所述的参比电导电极的导电电极为板状。

4.根据权利要求1所述的水位测量装置，其特征是：所述水位电导电极的金属丝和参比电导电极的导电电极为不锈钢材料。

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