水位計、雨量計知識總結(jié)

1、水位計1 水位計自動測定并記錄河流、湖泊和灌渠等水體的水位的儀器。按傳感器原理分浮子式、跟蹤式、壓力式和反射式等。常用的水位計有浮子式水位計、氣泡壓力水位計、超聲波水位計、雷達式水位計；（水位記錄方式主要有：記錄紙描述，數(shù)據(jù)顯示或打字記錄,穿孔紙帶,磁帶和固體電路儲存等。水位計的精確度一般在13厘米以內(nèi)，中國制造的水位計的記錄周期有1天、30天和90天等。走時誤差,機械鐘為2分/日，石英晶體鐘小于5分/月。）1.1 浮子式水位計浮子式水位計：利用浮子跟蹤水位升降，以機械方式直接傳動記錄。用浮子式水位計需有測井設(shè)備(包括進水管)。浮子式水位計信號輸出方式：格雷碼、R485、2-20mA模擬量輸出

2、使用范圍：適合岸坡穩(wěn)定、河床沖淤不大的低含沙河段。浮子式水位計在中國應(yīng)用較廣。工作原理：浮子水位計以浮子感測水位變化，工作狀態(tài)下，浮子、平衡錘與懸索連接牢固，懸索懸掛在水位輪的“V”形槽中。平衡錘起拉緊懸索和平衡作用，調(diào)整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水線上。在水位不變的情況下，浮子與平衡錘兩邊的力是平衡的。當(dāng)水位上升時，浮子產(chǎn)生向上浮力，使平衡錘拉動懸索帶動水位輪作順時針方向旋轉(zhuǎn)，水位編碼器的顯示讀數(shù)增加；水位下降時，則浮子下沉，并拉動懸索帶動水位輪逆時針方向旋轉(zhuǎn)，水位編碼器的顯示器讀數(shù)減小。儀器的水位輪測量圓周長為32厘米，且水位輪與編碼器為同軸聯(lián)接，水位輪每轉(zhuǎn)一圈，編碼器也轉(zhuǎn)一圈，輸出

3、對應(yīng)的32組數(shù)字編碼。當(dāng)水位上升或下降，編碼器的軸就旋轉(zhuǎn)一定的角度，編碼器同步輸出一組對應(yīng)的數(shù)字編碼（二進制循環(huán)碼，又稱格雷碼）。不同量程的儀器使用不同長度的懸索能夠輸出1024至4096組不同的編碼，可以用于測量10至40米水位變幅。通過與儀器插座相聯(lián)接的多芯電纜線可將編碼信號傳輸給觀察室內(nèi)的電顯示器或計算機，用作觀測、記錄或進行數(shù)據(jù)處理；安裝有RS485數(shù)字通信接口（或4-20mA）的水位計，可以直接與通信機、計算機或相應(yīng)儀表相聯(lián)接，組成為水文自動測報系統(tǒng)。儀器的內(nèi)置式RS485數(shù)字通信接口（選裝），具備選址、選通功能，能以二線制方式遠(yuǎn)距離傳輸信息，在一對雙絞線信號線上可以驅(qū)動或接收多臺水

4、位（或閘位）傳感器，實現(xiàn)遙測組網(wǎng)。注意事項：浮子式水位計多由絕對值編碼型水位傳感器、顯示器、傳感器支架、浮子、懸索、平衡錘、RS485通信接口等部分組成，是獨立的水位觀測測量儀器，又可以與電顯示器、閘門開度儀、閘門啟閉機控制系統(tǒng)連接，共同組成計算機綜合顯示、控制系統(tǒng)（如船閘、水電站、抽水蓄能電站、農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，給排水系統(tǒng)等）；配置RS485通信接口的水位儀，可直接與通信機、計算機聯(lián)網(wǎng)使用組成水文自動測報系統(tǒng)、水情衛(wèi)星遙測系統(tǒng)；配置存貯記錄單元的儀器可廣泛用于水文站。1.2 氣泡壓力式水位計壓力式水位計：根據(jù)壓力與水深成正比關(guān)系的靜水壓力原理，運用壓敏元件作傳感器的水位汁。當(dāng)傳感器固定在水下某一

5、測點時，該測點以上水柱壓力高度加上該點高程，即可間接地測出水位。工作原理：是測量水壓力，推算水位。其特點是不需建靜水測井，可以將傳感器固定在河底，用引壓管消除大氣壓力，從而直接測得水位。壓力式水位計分類：一類為氣泡型，在引壓管中不斷輸氣，用自動調(diào)節(jié)的壓力天平將水壓力轉(zhuǎn)換成機械轉(zhuǎn)角量，從而帶動記錄機構(gòu)。另一類為電測型，它應(yīng)用固態(tài)壓阻器件作傳感器，可直接將水壓力轉(zhuǎn)變成電壓模量或頻率量輸出，用導(dǎo)線傳輸至岸上進行處理和記錄。適用范圍：該儀器適用于不便建測井的地區(qū)。對于環(huán)境的適應(yīng)性要比超聲波水位計強。氣泡式水位計：將一根上端裝有壓力傳感器和氣源的管子插入水中，以恒定流向管子里通入少量空氣或惰性氣體，壓力

6、傳感器即可測出管內(nèi)氣體壓力，此值與管子末端以上水頭成正比，通過記錄系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成水位。適用范圍：該儀器的壓力傳感器不直接與水體接觸，可不建測井，特別適用水體污染嚴(yán)重和腐蝕性強的工業(yè)廢水等場合。國外應(yīng)用氣泡式水位計較普遍。氣泡式水位計信號輸出方式：SDI-12，RS232，RS485。氣泡式壓力水位計是壓力式水位計的一種。氣泡式水位計的造價比壓阻式壓力水位計高，也較復(fù)雜。（但它和流速儀中被測水體完全沒有“電氣”上的聯(lián)系，只有一根氣管進人水中，從而可以避免很多干擾、影響，構(gòu)成了它自己的使用特點。）氣泡式水位計的工作原理與壓阻式壓力水位計相同，通過測量固定水下點的靜水壓強測量水位。但側(cè)量靜水壓力的方法不

7、一樣。壓阻式壓力水位計是將壓力傳感器直接安放在水下測點進行測壓，再將信號傳回岸上進行處理。而氣泡式水位計是將壓力傳感器安裝在岸上儀器內(nèi)部，通過一根吹氣管將吹氣管口的靜水壓強引人岸上儀器進行側(cè)量。氣泡式水位計有一根吹氣管進人水中，吹氣管口固定在水下某一側(cè)點處，吹氣管另一端接入岸上儀器的吹氣管腔(氣包)。此吹氣管腔聯(lián)接有高壓氣瓶或氣泵。其引壓原理基于在一個密封的氣體容器內(nèi)，各點壓強相等。也就是說：如果氣水分界處正好在管口，而氣體又不流動，或基本不流動(只冒氣泡)，那么吹氣管出口處的氣體壓強和該點的靜水壓強相等，又和整個吹氣管腔內(nèi)的壓強相等。將壓力傳感器的感壓口置于吹氣的管腔內(nèi)，這樣壓力傳感器就可直

8、接感應(yīng)到出氣口的靜水壓強值，即可換算得到該測點位置對應(yīng)的水位。（要使吹氣管出口處的氣體壓強和該點的靜水壓強相等，可采用兩種方法：一種是儀器內(nèi)部裝有自動調(diào)壓恒流裝置，自動適應(yīng)靜水壓力的變化，只是慢慢均勻地放出氣體，一般是一分鐘冒數(shù)十個氣泡。這時可以認(rèn)為氣體壓強等于出氣口的靜水壓強，這種方式稱之為恒流式氣泡水位計。另一種方式是平時儀器不工作，要側(cè)量時儀器啟動氣泵，使氣體壓強超過出氣口的靜水壓強，然后氣泵停止工作，出氣口的出氣很快停止，表示管內(nèi)壓強等于靜水壓強，儀器快速自動測出此壓力。這種方式稱為非恒流式氣泡水位計。）1.3 超聲波水位計 聲波式水位計：是反射式水位計的一種，應(yīng)用聲波遇不同介面反射的

9、原理來測定水位。分為氣介式和水介式兩類。氣介式以空氣為聲波的傳播介質(zhì)，換能器置于水面上方，由水面反射聲波，根據(jù)回波時間可計算并顯示出水位。儀器不接觸水體，完全擺脫水中泥沙，流速沖擊和水草等不利因素的影響。水介式是將換能器安裝在河底，向水面發(fā)射聲波。聲波在水介質(zhì)中傳播速度高，距離大，也不需要建測井。兩種水位計均可用電纜傳輸至室內(nèi)顯示或儲存記錄。超聲波水位計適用于江河、湖泊、水庫、河口、渠道、船閘及各種水工建筑物處水位測量。因此可用作水位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和水文自動測報系統(tǒng)的傳感器。特 點：非接觸測量，不受水體污染，不破壞水流結(jié)構(gòu)；不需建造測井，節(jié)省土建投資；無觸點開關(guān)元器件；法蘭或螺紋連接，安裝方便；

10、無機械磨損，穩(wěn)定耐用；供電電源和輸出信號使用同一根兩芯線纜；自動溫度補償和壓力校正；液晶顯示，調(diào)試檢修方便；適用范圍：容易受風(fēng)浪的影響，尤其是閘下水位，水流急，浪涌大，所以閘下不宜安裝超聲波水位計，水面泡沫多時也不宜用超聲波水位計?？梢該Q做壓力式水位計，如果有測井，浮子式水位計也可以。超聲波水位計信號傳輸：RS-232、RS-485、TTL電平、4-20mA模式輸出、并行口輸出、電流環(huán)輸出； 1.4 雷達水位計雷達水位計采用雷達波測量到水面的距離，實際上是一臺雷達測距儀。雷達波測量不受溫度、濕度、風(fēng)速、降雨等環(huán)境因素影響。雷達水位計以非接觸方式測量水位，亦不受水體影響，是水位測量最理想的設(shè)備。

11、 雷達波的測距精度為毫米級，水位計通過內(nèi)部波浪濾波功能，實測水位精度可達1 至3 厘米，量程范圍最大可達70米（雷達探頭到水面的距離）。 雷達水位計都有一個發(fā)射雷達波的天線，俗稱“探頭”。從外觀上看，探頭的形狀有喇叭型、錐形、平面型。發(fā)射波束的形狀都為喇叭型（上圖的紅色部分）。雷達水位計電路部分位于探頭上部，與探頭封裝為一個整體，總長度約 20-50 厘米不等，有電源線和數(shù)據(jù)線引出，但大都沒有顯示和記錄功能，必須接到RTU或數(shù)據(jù)采集器才能看到水位數(shù)據(jù)。雷達水位計信號傳輸：RS-232、RS-485、4-20mA模式輸出；適用范圍：河流水位，明渠水位自動監(jiān)測水庫壩前，壩下尾水水位監(jiān)測調(diào)壓塔（井）

12、水位監(jiān)測 潮位自動監(jiān)測系統(tǒng)，城市供水，排污水位監(jiān)測系統(tǒng)安裝時注意事項：1、選擇安裝地點時，應(yīng)避免漂浮物的影響。雷達波會把漂浮物誤認(rèn)為水面，測量結(jié)果是探頭到漂浮物的距離。 2、選擇安裝位置時，要保證雷達波全部覆蓋到水面。應(yīng)避免低水時、河床淤積、主槽擺動等導(dǎo)致雷達波覆蓋到地面。雷達波無法識別水面和地面，測到地面時，依然報告水位數(shù)據(jù)。如果雷達波覆蓋到地面和水面的交界部分，則會無序顯示水面和岸邊的高度數(shù)據(jù)。 3、探頭安裝要盡量保持水平。當(dāng)高度超過 10米時，探頭水平偏差 3 度，引入的水位誤差達15毫米。2 雨量計雨量計（rainfall recorder）：用來測量一段時間內(nèi)某地區(qū)的降水量的儀器（降

13、雪量的測量則需要使用雪量計）。常見的有虹吸式和翻斗式兩種。（1994年12月18日，中國首臺光學(xué)雨量計問世。）大部分的雨量計都是以毫米作為測量單位，有時候測量結(jié)果也會以英寸或厘米作為單位。雨量計的讀數(shù)可以用手工讀出（簡易雨量計）或者使用自動讀數(shù)（自動雨量計），而觀測的頻率則可以根據(jù)采集單位的要求而變化。大多數(shù)情況下收集的雨水在觀測后就不再保留，但也有少數(shù)氣象站會保留作為污染程度或其他測試的樣本。雨量計不適用的兩種情況：一、風(fēng)力過大測量結(jié)果偏??；二、溫度接近冰點雨水結(jié)冰，堵塞漏斗。雨量計的安裝：在遠(yuǎn)離建筑物和樹木的空地上，以最大程度地減小觀測誤差。雨量計的種類：常見的有虹吸式雨量計、稱重式雨量計

14、、翻斗式雨量計、固態(tài)存儲雨量器、簡易雨量計、數(shù)字雨量計等等。國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家：徐州偉思水務(wù)科技有限公司（徐州偉思信息系統(tǒng)工程研究所）、濰坊大禹水文科技有限公司、南京江瀚信息工程有限公司（河海大學(xué)水文水利自動化研究所）、南京水文水利自動化研究所注：該類儀器設(shè)備生產(chǎn)需具有中國工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證。2.1 虹吸式雨量計 虹吸式雨量計能連續(xù)記錄液體降水量和降水時數(shù)，從降水記錄上還可以了解降水強度。虹吸式雨量計由承水器、浮子室、自記鐘和外殼所組成。雨水由最上端的承水口進入承水器，經(jīng)下部的漏斗匯集，導(dǎo)至浮子室。浮子室是由一個圓筒內(nèi)裝浮子組成，浮子隨著注入雨水的增加而上升，并帶動自記筆上升。自記鐘固定在座板上

15、，轉(zhuǎn)筒由鐘機推動作用回轉(zhuǎn)運動，使記錄筆在圍繞在轉(zhuǎn)筒上的記錄紙上畫出曲線。記錄紙上縱坐標(biāo)記錄雨量，橫坐標(biāo)由自記鐘驅(qū)動，表示時間。當(dāng)雨量達到一定高度（比如10毫米）時，浮子室內(nèi)水面上升到與浮子室連通的虹吸管處，導(dǎo)致虹吸開始，迅速將浮子室內(nèi)的雨水排入儲水瓶，同時自記筆在記錄紙上垂直下跌至零線位置，并再次開始雨水的流入而上升，如此往返持續(xù)記錄降雨過程。 虹吸式雨量計的優(yōu)缺點：優(yōu)點：節(jié)約能源，降水有記錄，不需要人守候；缺點：但必須定時到現(xiàn)場去更換記錄紙，操作繁瑣（現(xiàn)已有自動虹吸式雨量計）。虹吸管易堵塞。2.2 翻斗式雨量計（傳感器）翻斗式雨量計是由感應(yīng)器及信號記錄器組成的遙測雨量儀器，感應(yīng)器由承水器、上

16、翻斗、計量翻斗、計數(shù)翻斗、干簧開關(guān)等構(gòu)成；記錄器由計數(shù)器、錄筆、自記鐘、控制線路板、信號輸出端子等構(gòu)成。工作原理為：雨水由最上端的承水口進入承水器，落入接水漏斗，經(jīng)漏斗口流入翻斗，當(dāng)積水量達到一定高度（比如0.1/0.2/0.5毫米）時，翻斗失去平衡翻倒。而每一次翻斗傾倒，都使開關(guān)接通電路，向記錄器輸送一個脈沖信號，記錄器控制自記筆將雨量記錄下來，如此往復(fù)即可將降雨過程測量下來。儀器的翻斗上裝有兩個恒磁鋼，干簧管支架上裝有兩個干簧管，儀器出廠時磁鋼與干簧管均已調(diào)整在合適的耦合距離上，使儀器輸出信號與翻斗翻轉(zhuǎn)次數(shù)有確定的比例關(guān)系。儀器兩路信號輸出中的一路用作現(xiàn)場記數(shù)計量，另一路用作遙測報信。本儀

17、器與遙測終端機連接時，應(yīng)配有匹配的接口電路，以防止因干簧管抖動和因翻斗回跳引發(fā)的計數(shù)、報訊錯誤。（安裝輸出信號線：將輸出信號線的一端與對應(yīng)的輸出端子相連接，另一端穿過儀器底座的過線孔通過地埋防護管引入室內(nèi)與上位數(shù)據(jù)采集裝置電連接，同時用密封膠將過線孔密封，安裝儀器不銹鋼外筒并鎖緊外筒鎖緊螺釘。）儀器長期工作一般一個月要清理一次，三個月必須清理一次；輸出信號：磁鋼干簧管式接點開關(guān)通斷信號；翻斗式雨量計的優(yōu)缺點：優(yōu)點：全自動記錄，操作方便靈活；缺點： 。2.3 簡易雨量計簡易雨量計（不帶聲光報警功能）簡易雨量計是人工觀測式雨量器，它的承雨口組件安裝在室外，儲水瓶放置于室內(nèi)（或者室外），用于人工觀測

18、降水量，可方便地用于大雨、暴雨觀測及可能發(fā)生的山洪、山體滑波警示。同時可根據(jù)需要配置聲光報警裝置。簡易報警雨量計適合山村普通居民在防御山洪災(zāi)害中使用，用于監(jiān)測降雨量。該雨量計不但自動計量、實用方便，而且可配置聲光報警的功能。簡易報警雨量計與GSM/GPRS連接，組成遙測雨量站。簡易報警雨量計與廣播預(yù)警設(shè)備連接，組成雨量廣播預(yù)警站。簡易報警雨量計可分為分體式和一體式，一體式由室外雨量計和室內(nèi)報警器兩部分組成，兩者之間由兩芯屏蔽電纜線連接。分體式由室外雨量計和室內(nèi)報警器兩部分組成，承雨器和盛水管分離，承雨器安裝在房頂，盛水管安裝在室內(nèi)，兩者之間用引水管連接。承雨器盛水管水位感應(yīng)器不銹鋼支架標(biāo)尺放水

19、龍頭一體式室外雨量計報警指示燈危險指示燈轉(zhuǎn)移指示燈兩行液晶顯示器報警喇叭設(shè)置按鈕電源開關(guān)一體化室內(nèi)報警器一體式安裝簡易報警雨量計 分體式安裝簡易報警雨量計一體式室外雨量計的組成包括承雨器、盛水管、水位感應(yīng)器、標(biāo)尺、放水龍頭（或配置翻斗雨量計）和不銹鋼支架，透明盛水管上刻有計量標(biāo)尺，下部設(shè)有放水龍頭。盛水管內(nèi)水位感應(yīng)器的分辨率為1mm,分別對應(yīng)水位的刻度值。水位感應(yīng)器通過兩芯電纜（若是翻斗雨量計，則采用四芯電纜）與室內(nèi)報警器連接。（報警器液晶顯示器顯示不同時間段的累計雨量和報警級別），報警器采用聲光報警, 按累計降雨總量分為警戒、危險和轉(zhuǎn)移三級報警，同時輔以降雨強度報警選項。雨量計采集數(shù)據(jù)分辨率

20、為1mm（采用翻斗雨量計時可根據(jù)翻斗雨量計的精度），報警器每分鐘采集盛水管水位值信號，計入累計雨量,存貯每分鐘降雨量，分別計算實時15分鐘、30分鐘和60分鐘降雨量（代表降雨強度）,并在液晶屏上顯示各種時段降雨量和本次降雨的累計雨量。（報警器上部有3個警示燈，顏色為綠、黃和紅色，分別表示警戒、危險和轉(zhuǎn)移信息，當(dāng)降雨量達到用戶自行設(shè)置的臨界值時，相應(yīng)的警示燈閃爍。報警器的中部有一些小孔，以便內(nèi)置喇叭播放報警聲音，根據(jù)報警級別的不同，發(fā)出不同的報警聲音。報警器的下部有三個按鈕，紅色按鈕為電源開關(guān)和清零，右邊綠色按鈕為設(shè)置和試聽，加電時按住進入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)，按中間數(shù)據(jù)按鈕可修改相應(yīng)的參數(shù)值，加電后按

21、試聽按鈕，播放不同的報警聲音，檢查報警器好壞。）注意事項：簡易雨量計分辨率：1mm；存儲容量：固態(tài)存儲器可記錄8-10年降雨過程信息（每年3500mm降雨量），可用專業(yè)計算機軟件通過USB通信口讀出歷史雨量信息；報警器輸入、輸出接口： USB及音頻信號輸出接口供電方式：DC4.5V，3節(jié)普通1#干電池+交直流轉(zhuǎn)換模塊自動切換供電設(shè)備配置成套安裝及功能說明表：配置類型配置內(nèi)容儀器功能簡易雨量計簡易雨量計人工觀測累計降雨量簡易報警雨量計簡易雨量計+報警器1、人工觀測累計降雨量2、報警器記錄累計降雨量3、報警器記錄各時段雨強4、報警器根據(jù)警戒、危險和轉(zhuǎn)移發(fā)出三種預(yù)警聲音簡易報警遙測雨量站簡易雨量計+

22、報警器+GPRS1、具備簡易報警雨量計功能2、能將采集的雨量信息通過GPRS公網(wǎng)自動傳輸?shù)街行恼竞喴讏缶b測預(yù)警站簡易雨量計+報警器+GPRS+廣播預(yù)警設(shè)備1、具備簡易報警遙測雨量站所有功能2、降雨量超過設(shè)定的閾值時，在廣播喇叭上播放相應(yīng)的報警語音3、現(xiàn)地人工話音廣播4、遠(yuǎn)程電話話音廣播5、 短信轉(zhuǎn)化為話音廣播2.4 固態(tài)雨量存儲器u 適合配置各種型號翻斗雨量計。u 帶時鐘功能，可用面板按鍵調(diào)整時間或用于計算機通信的方法調(diào)整時間。u 面板可顯示時間、兩小時雨量、今日雨量、昨日雨量和年雨量。u 3節(jié)1號干電池供電或用市電220V經(jīng)電源適配器（產(chǎn)品附件）供電，兩種供電方式自動切換。更換電池的過程中要保持市電供給，如有掉電現(xiàn)象需重新調(diào)整時間。u 面板上帶有三個指示燈，分別用于正常工作指示、雨量信號指示和電池電壓低告