水位计、雨量计知识总结

水位计1水位计自动测定并记录河流、湖泊和灌渠等水体的水位的仪器。按传感器原理分浮 子式、跟踪式、压力式和反射式等。常用的水位计有浮子式水位计、气泡压力水位 计、超声波水位计、雷达式水位计；（水位记录方式主要有：记录纸描述，数据显示或打字记录，穿孔纸带，磁带 和固体电路储存等。水位计的精确度一般在13厘米以内，中国制造的水位计的 记录周期有1天、30天和90天等。走时误差，机械钟为2分/日，石英晶体钟小于 5分/月。）1.1浮子式水位计浮子式水位计：利用浮子跟踪水位升降，以机械方式直接传动记录。用浮子 式水位计需有测井设备（包括进水管）。浮子式水位计信号输出方式：格雷码、R485、2-20mA模拟量输出使用范围：适合岸坡稳定、河床冲淤不大的低含沙河段。浮子式水位计在中 国应用较广。工作原理：浮子水位计以浮子感测水位变化，工作状态下，浮子、平衡锤与悬索连接牢 固，悬索悬挂在水位轮的“V”形槽中。平衡锤起拉紧悬索和平衡作用，调整浮子 的配重可以使浮子工作于正常吃水线上。在水位不变的情况下，浮子与平衡锤两边 的力是平衡的。当水位上升时，浮子产生向上浮力，使平衡锤拉动悬索带动水位轮 作顺时针方向旋转，水位编码器的显示读数增加；水位下降时，则浮子下沉，并拉 动悬索带动水位轮逆时针方向旋转，水位编码器的显示器读数减小。仪器的水位轮测量圆周长为32厘米，且水位轮与编码器为同轴联接，水位轮 每转一圈，编码器也转一圈，输出对应的32组数字编码。当水位上升或下降，编 码器的轴就旋转一定的角度，编码器同步输出一组对应的数字编码（二进制循环 码，又称格雷码）。不同量程的仪器使用不同长度的悬索能够输出1024至4096组 不同的编码，可以用于测量10至40米水位变幅。通过与仪器插座相联接的多芯电缆线可将编码信号传输给观察室内的电显示 器或计算机，用作观测、记录或进行数据处理；安装有RS485数字通信接口（或 4-20mA）的水位计，可以直接与通信机、计算机或相应仪表相联接，组成为水文自 动测报系统。仪器的内置式RS485数字通信接口（选装），具备选址、选通功能，能以二 线制方式远距离传输信息，在一对双绞线信号线上可以驱动或接收多台水位（或闸 位）传感器，实现遥测组网。注意事项：浮子式水位计多由绝对值编码型水位传感器、显示器、传感器支 架、浮子、悬索、平衡锤、RS485通信接口等部分组成，是独立的水位观测测量仪 器，又可以与电显示器、闸门开度仪、闸门启闭机控制系统连接，共同组成计算机 综合显示、控制系统（如船闸、水电站、抽水蓄能电站、农业灌溉系统，给排水系 统等）；配置RS485通信接口的水位仪，可直接与通信机、计算机联网使用组成水 文自动测报系统、水情卫星遥测系统；配置存贮记录单元的仪器可广泛用于水文 站。1.2气泡压力式水位计压力式水位计：根据压力与水深成正比关系的静水压力原理，运用压敏元件 作传感器的水位汁。当传感器固定在水下某一测点时，该测点以上水柱压力高度加 上该点高程，即可间接地测出水位。工作原理：是测量水压力，推算水位。其特点是不需建静水测井，可以将传 感器固定在河底，用引压管消除大气压力，从而直接测得水位。压力式水位计分类：一类为气泡型，在引压管中不断输气，用自动调节的压 力天平将水压力转换成机械转角量，从而带动记录机构。另一类为电测型，它应用 固态压阻器件作传感器，可直接将水压力转变成电压模量或频率量输出，用导线传 输至岸上进行处理和记录。适用范围：该仪器适用于不便建测井的地区。对于环境的适应性要比超声波 水位计强。气泡式水位计：将一根上端装有压力传感器和气源的管子插入水中，以恒定 流向管子里通入少量空气或惰性气体，压力传感器即可测出管内气体压力，此值与 管子末端以上水头成正比，通过记录系统转换成水位。适用范围：该仪器的压力传感器不直接与水体接触，可不建测井，特别适用 水体污染严重和腐蚀性强的工业废水等场合。国外应用气泡式水位计较普遍。气泡式水位计信号输出方式：SDI-12，RS232，RS485。n气压平僚磐外接滞板座或也侦桓出气管楼r堪电枇¥惟控制器JiliiHiS fteifiiHM蜜、过滤器g惜水口外接其端r板浏H'L骨接I I气泡式压力水位计是压力式水位计的一种。气泡式水位计的造价比压阻式压 力水位计高，也较复杂。（但它和流速仪中被测水体完全没有“电气”上的联系， 只有一根气管进人水中，从而可以避免很多干扰、影响，构成了它自己的使用特 点。）气泡式水位计的工作原理与压阻式压力水位计相同，通过测量固定水下点的 静水压强测量水位。但侧量静水压力的方法不一样。压阻式压力水位计是将压力传 感器直接安放在水下测点进行测压，再将信号传回岸上进行处理。而气泡式水位计 是将压力传感器安装在岸上仪器内部，通过一根吹气管将吹气管口的静水压强引人 岸上仪器进行侧量。气泡式水位计有一根吹气管进人水中，吹气管口固定在水下某 一侧点处，吹气管另一端接入岸上仪器的吹气管腔（气包）。此吹气管腔联接有高压 气瓶或气泵。其引压原理基于在一个密封的气体容器内，各点压强相等。也就是 说：如果气水分界处正好在管口，而气体又不流动，或基本不流动（只冒气泡），那 么吹气管出口处的气体压强和该点的静水压强相等，又和整个吹气管腔内的压强相 等。将压力传感器的感压口置于吹气的管腔内，这样压力传感器就可直接感应到出 气口的静水压强值，即可换算得到该测点位置对应的水位。（要使吹气管出口处的气体压强和该点的静水压强相等，可采用两种方法： 一种是仪器内部装有自动调压恒流装置，自动适应静水压力的变化，只是慢慢均匀 地放出气体，一般是一分钟冒数十个气泡。这时可以认为气体压强等于出气口的静 水压强，这种方式称之为恒流式气泡水位计。另一种方式是平时仪器不工作，要侧 量时仪器启动气泵，使气体压强超过出气口的静水压强，然后气泵停止工作，出气 口的出气很快停止，表示管内压强等于静水压强，仪器快速自动测出此压力。这种 方式称为非恒流式气泡水位计。）1.3超声波水位计声波式水位计：是反射式水位计的一种，应用声波遇不同介面反射的原理来 测定水位。分为气介式和水介式两类。气介式以空气为声波的传播介质，换能器置 于水面上方，由水面反射声波，根据回波时间可计算并显示出水位。仪器不接触水 体，完全摆脱水中泥沙，流速冲击和水草等不利因素的影响。水介式是将换能器安 装在河底，向水面发射声波。声波在水介质中传播速度高，距离大，也不需要建测 井。两种水位计均可用电缆传输至室内显示或储存记录。超声波水位计适用于江河、湖泊、水库、河口、渠道、船闸及各种水工建筑 物处水位测量。因此可用作水位数据采集系统和水文自动测报系统的传感器。特点：非接触测量，不受水体污染，不破坏水流结构；不需建造测井，节省 土建投资；无触点开关元器件；法兰或螺纹连接，安装方便；无机械磨损，稳定耐 用；供电电源和输出信号使用同一根两芯线缆；自动温度补偿和压力校正；液晶显 示，调试检修方便；适用范围：容易受风浪的影响，尤其是闸下水位，水流急，浪涌大，所以闸 下不宜安装超声波水位计，水面泡沫多时也不宜用超声波水位计。可以换做压力式水位计，如果有测井，浮子式水位计也可以。超声波水位计信号传输：RS-232、RS-485、TTL电平、4-20mA模式输出、并 行口输出、电流环输出;1.4雷达水位计雷达水位计采用雷达波测量到水面的距离，实际上是一台雷达测距仪。雷达 波测量不受温度、湿度、风速、降雨等环境因素影响。雷达水位计以非接触方式测 量水位，亦不受水体影响，是水位测量最理想的设备。雷达波的测距精度为毫米 级，水位计通过内部波浪滤波功能，实测水位精度可达1至3厘米，量程范围最 大可达70米（雷达探头到水面的距离）。雷达水位计都有一个发射雷达波的天 线，俗称“探头”。从外观上看，探头的形状有喇叭型、锥形、平面型。发射波束 的形状都为喇叭型（上图的红色部分）。雷达水位计电路部分位于探头上部，与探 头封装为一个整体，总长度约20-50厘米不等，有电源线和数据线引出，但大都 没有显示和记录功能，必须接到RTU或数据采集器才能看到水位数据。雷达水位计信号传输：RS-232、RS-485、4-20mA模式输出;适用范围:河流水位，明渠水位自动监测水库坝前，坝下尾水水位监测调压塔（井）水位监测潮位自动监测系统，城市供水，排污水位监测系统安装时注意事项：1、选择安装地点时，应避免漂浮物的影响。雷达波会把漂浮物误认为水面， 测量结果是探头到漂浮物的距离。2、选择安装位置时，要保证雷达波全部覆盖到水面。应避免低水时、河床淤 积、主槽摆动等导致雷达波覆盖到地面。雷达波无法识别水面和地面，测到地面 时，依然报告水位数据。如果雷达波覆盖到地面和水面的交界部分，则会无序显示 水面和岸边的高度数据。3、探头安装要尽量保持水平。当高度超过10米时，探头水平偏差3度， 引入的水位误差达15毫米。2雨量计雨量计（rainfall recorder）:用来测量一段时间内某地区的降水量的仪器 （降雪量的测量则需要使用雪量计）。常见的有虹吸式和翻斗式两种。（1994年 12月18日，中国首台光学雨量计问世。）大部分的雨量计都是以毫米作为测量单位，有时候测量结果也会以英寸或厘 米作为单位。雨量计的读数可以用手工读出（简易雨量计）或者使用自动读数（自动雨量 计），而观测的频率则可以根据采集单位的要求而变化。大多数情况下收集的雨水在观测后就不再保留，但也有少数气象站会保留作 为污染程度或其他测试的样本。雨量计不适用的两种情况：一、风力过大一一测量结果偏小；二、温度接近 冰点雨水结冰，堵塞漏斗。雨量计的安装：在远离建筑物和树木的空地上，以最大程度地减小观测误 差。雨量计的种类：常见的有虹吸式雨量计、称重式雨量计、翻斗式雨量计、固 态存储雨量器、简易雨量计、数字雨量计等等。国内主要生产厂家：徐州伟思水务科技有限公司（徐州伟思信息系统工程研 究所）、潍坊大禹水文科技有限公司、南京江瀚信息工程有限公司（河海大学水文 水利自动化研究所）、南京水文水利自动化研究所注：该类仪器设备生产需具有中国工业产品生产许可证。2.1虹吸式雨量计叭水掉I出I亨子牢前ii窘+谬子-1!|.哝咒虹吸式雨量计能连续记录液体降水量和降水时数，从降水记录上还可以了解 降水强度。虹吸式雨量计由承水器、浮子室、自记钟和外壳所组成。雨水由最上端的承 水口进入承水器，经下部的漏斗汇集，导至浮子室。浮子室是由一个圆筒内装浮子 组成，浮子随着注入雨水的增加而上升，并带动自记笔上升。自记钟固定在座板 上，转筒由钟机推动作用回转运动，使记录笔在围绕在转筒上的记录纸上画出曲 线。记录纸上纵坐标记录雨量，横坐标由自记钟驱动，表示时间。当雨量达到一定 高度（比如10毫米）时，浮子室内水面上升到与浮子室连通的虹吸管处，导致虹 吸开始，迅速将浮子室内的雨水排入储水瓶，同时自记笔在记录纸上垂直下跌至零 线位置，并再次开始雨水的流入而上升，如此往返持续记录降雨过程。