水位計(jì)、雨量計(jì)知識(shí)總結(jié)

1、水位計(jì)1水位計(jì)自動(dòng)測(cè)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(jì)有浮子式水位計(jì)、氣泡壓力水位 計(jì)、超聲波水位計(jì)、雷達(dá)式水位計(jì)；（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(chǔ)存等。水位計(jì)的精確度一般在 13厘米以內(nèi)，中國(guó)制造的水位計(jì)的 記錄周期有1天、30天和90天等。走時(shí)誤差，機(jī)械鐘為2分/日，石英晶體鐘小于 5分/月。）浮子式水位計(jì)浮子式水位計(jì)：利用浮子跟蹤水位升降，以機(jī)械方式直接傳動(dòng)記錄。用浮子 式水位計(jì)需有測(cè)井設(shè)備（包括進(jìn)水管）。浮子式水位計(jì)信號(hào)輸出方式：格雷碼、R485 2-20mA模擬

2、量輸出使用范圍：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(jì)在中 國(guó)應(yīng)用較廣。/工作原理：浮子水位計(jì)以浮子感測(cè)水位變化，工作狀態(tài)下，浮子、平衡錘與懸索連接牢 周，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(shí)，浮子產(chǎn)生向上浮力，使平衡錘拉動(dòng)懸索帶動(dòng)水位輪 作順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，水位編碼器的顯示讀數(shù)增加；水位下降時(shí)，則浮子下沉，并拉 動(dòng)懸索帶動(dòng)水位輪逆時(shí)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(cè)量圓周長(zhǎng)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，

3、編碼器也轉(zhuǎn)一圈，輸出對(duì)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(duì)應(yīng)的數(shù)字編碼（二進(jìn)制循環(huán) 碼，又稱格雷碼）。不同量程的儀器使用不同長(zhǎng)度的懸索能夠輸出1024至4096組不同的編碼，可以用于測(cè)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(hào)傳輸給觀察室內(nèi)的電顯示 器或計(jì)算機(jī)，用作觀測(cè)、記錄或進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；安裝有RS485數(shù)字通信接口（或4-20mQ的水位計(jì)，可以直接與通信機(jī)、計(jì)算機(jī)或相應(yīng)儀表相聯(lián)接，組成為水文自 動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。儀器的內(nèi)置式RS48吸字通信接口（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(duì)雙絞線

4、信號(hào)線上可以驅(qū)動(dòng)或接收多臺(tái)水位（或閘 位）傳感器，實(shí)現(xiàn)遙測(cè)組網(wǎng)。注意事項(xiàng)：浮子式水位計(jì)多由絕對(duì)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(dú)立的水位觀測(cè)測(cè)量?jī)x 器，又可以與電顯示器、閘門開度儀、閘門啟閉機(jī)控制系統(tǒng)連接，共同組成計(jì)算機(jī) 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(jī)、計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)使用組成水 文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、水情衛(wèi)星遙測(cè)系統(tǒng)；配置存貯記錄單元的儀器可廣泛用于水文 站。氣泡壓力式水位計(jì)壓力式水位計(jì)：根據(jù)壓力與水深成正比關(guān)系的靜水壓力原理，運(yùn)用壓敏元件 作傳

5、感器的水位汁。當(dāng)傳感器固定在水下某一測(cè)點(diǎn)時(shí)，該測(cè)點(diǎn)以上水柱壓力高度加 上該點(diǎn)高程，即可間接地測(cè)出水位。工作原理：是測(cè)量水壓力，推算水位。具特點(diǎn)是不需建靜水測(cè)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(cè)得水位。壓力式水位計(jì)分類：一類為氣泡型，在引壓管中不斷輸氣，用自動(dòng)調(diào)節(jié)的壓 力天平將水壓力轉(zhuǎn)換成機(jī)械轉(zhuǎn)角量，從而帶動(dòng)記錄機(jī)構(gòu)。另一類為電測(cè)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(jìn)行處理和記錄。適用范圍：該儀器適用于不便建測(cè)井的地區(qū)。對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)性要比超聲波 水位計(jì)強(qiáng)。氣泡式水位計(jì)：將一根上端裝有壓力傳感器和氣源的管子插入水

6、中，以恒定 流向管子里通入少量空氣或惰性氣體，壓力傳感器即可測(cè)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(cè)井，特別適用 水體污染嚴(yán)重和腐蝕性強(qiáng)的工業(yè)廢水等場(chǎng)合。國(guó)外應(yīng)用氣泡式水位計(jì)較普遍。氣泡式水位計(jì)信號(hào)輸出方式： SDI-12, RS232 RS485氣泡式壓力水位計(jì)是壓力式水位計(jì)的一種。氣泡式水位計(jì)的造價(jià)比壓阻式壓 力水位計(jì)高，也較復(fù)雜。（但它和流速儀中被測(cè)水體完全沒有“電氣”上的聯(lián)系， 只有一根氣管進(jìn)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(diǎn)。）氣泡式水位計(jì)的工作原理與壓阻式壓力水位計(jì)相同

7、，通過測(cè)量固定水下點(diǎn)的 靜水壓強(qiáng)測(cè)量水位。但側(cè)量靜水壓力的方法不一樣。壓阻式壓力水位計(jì)是將壓力傳 感器直接安放在水下測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)壓，再將信號(hào)傳回岸上進(jìn)行處理。而氣泡式水位計(jì) 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(qiáng)引人 岸上儀器進(jìn)行側(cè)量。氣泡式水位計(jì)有一根吹氣管進(jìn)人水中，吹氣管口固定在水下某 一側(cè)點(diǎn)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。具引壓原理基于在一個(gè)密封的氣體容器內(nèi)，各點(diǎn)壓強(qiáng)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(dòng)，或基本不流動(dòng)（只冒氣泡），那么吹氣管出口處的氣體壓強(qiáng)和該點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)相等，又和整個(gè)吹氣

8、管腔內(nèi)的壓強(qiáng)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接感應(yīng)到出 氣口的靜水壓強(qiáng)值，即可換算得到該測(cè)點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)的水位。（要使吹氣管出口處的氣體壓強(qiáng)和該點(diǎn)的靜水壓強(qiáng)相等，可采用兩種方法： 一種是儀器內(nèi)部裝有自動(dòng)調(diào)壓恒流裝置，自動(dòng)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(gè)氣泡。這時(shí)可以認(rèn)為氣體壓強(qiáng)等于出氣口的靜 水壓強(qiáng)，這種方式稱之為恒流式氣泡水位計(jì)。另一種方式是平時(shí)儀器不工作，要側(cè) 量時(shí)儀器啟動(dòng)氣泵，使氣體壓強(qiáng)超過出氣口的靜水壓強(qiáng)，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(qiáng)等于靜水壓強(qiáng)，儀器快速自動(dòng)測(cè)出此壓力。這種 方式稱為非恒流式氣泡

9、水位計(jì)。）超聲波水位計(jì)聲波式水位計(jì)：是反射式水位計(jì)的一種，應(yīng)用聲波遇不同介面反射的原理來 測(cè)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(shí)間可計(jì)算并顯示出水位。儀器不接觸水 體，完全擺脫水中泥沙，流速?zèng)_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(cè) 井。兩種水位計(jì)均可用電纜傳輸至室內(nèi)顯示或儲(chǔ)存記錄。超聲波水位計(jì)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(cè)量。因此可用作水位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的傳感器。特 點(diǎn)：非接觸測(cè)量，不受水體

10、污染，不破壞水流結(jié)構(gòu)；不需建造測(cè)井，節(jié)省 土建投資；無觸點(diǎn)開關(guān)元器件；法蘭或螺紋連接，安裝方便；無機(jī)械磨損，穩(wěn)定耐 用；供電電源和輸出信號(hào)使用同一根兩芯線纜；自動(dòng)溫度補(bǔ)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(jì)，水面泡沫多時(shí)也不宜用超聲波水位計(jì)。可以換做壓力式 水位計(jì)，如果有測(cè)井，浮子式水位計(jì)也可以。超聲波水位計(jì)信號(hào)傳輸： RS-232、RS-48S TTL電平、4-20mA模式輸出、并行口輸出、電流環(huán)輸出；雷達(dá)水位計(jì)雷達(dá)水位計(jì)采用雷達(dá)波測(cè)量到水面的距離，實(shí)際上是一臺(tái)雷達(dá)測(cè)距儀。雷達(dá) 波測(cè)量不受溫度、濕度、

11、風(fēng)速、降雨等環(huán)境因素影響。雷達(dá)水位計(jì)以非接觸方式測(cè) 量水位，亦不受水體影響，是水位測(cè)量最理想的設(shè)備。雷達(dá)波的測(cè)距精度為毫米級(jí)，水位計(jì)通過內(nèi)部波浪濾波功能，實(shí)測(cè)水位精度可達(dá)1至3厘米，量程范圍最大可達(dá)70米（雷達(dá)探頭到水面的距離）。雷達(dá)水位計(jì)都有一個(gè)發(fā)射雷達(dá)波的大線，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(dá)水位計(jì)電路部分位于探頭上部，與探 頭封裝為一個(gè)整體，總長(zhǎng)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 RTUE數(shù)據(jù)采集器才能看到水位數(shù)據(jù)。雷達(dá)水位計(jì)信號(hào)傳輸：RS-232、RS-48S

12、4-20mA模式輸出；適用范圍：河流水位，明渠水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)水庫壩前，壩下尾水水位監(jiān)測(cè)調(diào)壓塔（井）水位監(jiān)測(cè)潮位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，城市供水，排污水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝時(shí)注意事項(xiàng)：1、選擇安裝地點(diǎn)時(shí)，應(yīng)避免漂浮物的影響。雷達(dá)波會(huì)把漂浮物誤認(rèn)為水面， 測(cè)量結(jié)果是探頭到漂浮物的距離。2、選擇安裝位置時(shí)，要保證雷達(dá)波全部覆蓋到水面。應(yīng)避免低水時(shí)、河床淤 積、主槽擺動(dòng)等導(dǎo)致雷達(dá)波覆蓋到地面。雷達(dá)波無法識(shí)別水面和地面，測(cè)到地面 時(shí)，依然報(bào)告水位數(shù)據(jù)。如果雷達(dá)波覆蓋到地面和水面的交界部分，則會(huì)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(shí)，探頭水平偏差3度， 引入的水位誤差達(dá)15毫米。2

13、雨量計(jì)雨量計(jì)（rainfall recorder）：用來測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)某地區(qū)的降水量的儀器（降雪量的測(cè)量則需要使用雪量計(jì)）。常見的有虹吸式和翻斗式兩種。（1994年12月18日，中國(guó)首臺(tái)光學(xué)雨量計(jì)問世。）大部分的雨量計(jì)都是以毫米作為測(cè)量單位，有時(shí)候測(cè)量結(jié)果也會(huì)以英寸或厘 米作為單位。雨量計(jì)的讀數(shù)可以用手工讀出（簡(jiǎn)易雨量計(jì)）或者使用自動(dòng)讀數(shù)（自動(dòng)雨量 計(jì)），而觀測(cè)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(cè)后就不再保留，但也有少數(shù)氣象站會(huì)保留作 為污染程度或其他測(cè)試的樣本。雨量計(jì)不適用的兩種情況：一、風(fēng)力過大一一測(cè)量結(jié)果偏??；二、溫度接近 冰點(diǎn)一一雨水結(jié)冰，堵塞漏斗。雨量計(jì)

14、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(cè)誤 差。雨量計(jì)的種類：常見的有虹吸式雨量計(jì)、稱重式雨量計(jì)、翻斗式雨量計(jì)、固 態(tài)存儲(chǔ)雨量器、簡(jiǎn)易雨量計(jì)、數(shù)字雨量計(jì)等等。國(guó)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(dòng)化研究所）、南京水文水利自動(dòng)化研究所注：該類儀器設(shè)備生產(chǎn)需具有中國(guó)工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證。2.1虹吸式雨量計(jì)虹吸式雨量計(jì)能連續(xù)記錄液體降水量和降水時(shí)數(shù)，從降水記錄上還可以了解降水強(qiáng)度虹吸式雨量計(jì)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(jìn)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(gè)