水利部PPT课件.ppt

《水利部PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水利部PPT课件.ppt（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、水利部 南京水利水文自动化研究所 姚永熙 水文测验仪器 1 一 水位雨量监测仪器二 流速流量监测仪器三 泥沙蒸发墒情水质监测仪器四 自动测报系统 2 一 水位雨量监测仪器 3 水位监测仪器 4 水位监测仪器分类 1 水尺 2 直接接触式测量 包括水位测针 悬锤式水位计 3 浮子式水位计 4 压力式水位计 还有少量振弦式测压仪器 5 超声波水位计 可分为气介质和液介质两类 6 微波 雷达 水位计 利用微波在水面的反射测量水位 7 电子水尺 触点感应式水位测量装置 水尺 水位测针 悬锤式水位计 浮子式水位计 压力式水位计 液介式超声水位计 电子水尺属接触式测量方式 气介式超声水位计 微波 雷达 水

2、位计 少量应用的激光水位计属非接触式测量 5 直接接触式测量 水位测针 用于实验室和小的堰槽法流量计中的水位测量悬锤式水位计 用于地下水位测量 国外常用于水位测井内的水位测量 国内没有这样使用 6 浮子式水位计 浮子式日记水位计浮子式长期自记水位计浮子式遥测 编码 水位计 7 浮子式遥测 编码 水位计水位编码器的作用 水位编码器的作用是将水位轮的旋转角度 位置转换成代表相应水位的数字信号或模拟信号 但基本是一组代表数字量的开关状态或电信号 水位轮通过一组齿轮传动和轴角编码器相联 将水位轮的旋转传递到编码器的输入轴 编码器的输入轴每转一圈代表的水位变化和输入轴的信号分度完全对应 编码器将其轴的角

3、度转动变化转换成数字量输出 这类编码器称为轴角编码器 浮子感应系统和编码器组成浮子式遥测水位计 编码器可以是专门制造的 也可以使用工业上的通用编码器 它的内部有一组信号发生机构 基本是通断开关信号 或光电脉冲信号 8 水位编码器的分类 1 按编码方式分类 增量编码器 将水位的升降变化转换成相应的脉冲输出 接收器判别脉冲的性质以决定水位的升降变化 在原水位上加上此变化 得到现水位 全量型编码器 将水位数字的全量转换成一组编码 并以全量码输出 接收器将这一组全量码转换成水位数字 半全量编码 方式 2 按编码的码制分类 增量型和全量型的编码码制都有多种类型 水利部的遥测水位计标准推荐使用格雷码 Cr

4、ayCode 和二 十进制编码 BCD码 BinaryCodedDecimal 两种方式 都是全量编码 3 按编码信号的产生方式分类 可分为机械接触信号和光电信号两个主要类别 9 BCD码简介 BCD码是一种通用的编码方式 它将十进制数字中的每一位数用二进制的方法进行编码 得到一组二进制数字代表一个十进制数 按照二进制规律 十进制中0 9可用下表的四位二进制数代表 如果水位是17 62m 对照下表 1762可以用000101110110001016个二进制数表示 这种编码方式就称为BCD码 表十进制和二进制转换十进制二进制十进制二进制000005010110001601102001070111

5、30011810004010091001 10 格雷码 CrayCode 简介 格雷码是循环码的一种 其主要特点是相邻二数字 十进制数 的二进制编码中仅有一位发生变化 单位间隔码 十进制的0 15用格雷码表示如下表所示 十进制格雷码十进制格雷码00000811001000191101200111011113001011111040110121010501111310116010114100170100151000格雷码编码器即使在变化的两个数字的中间状态 其输出也只相差一个分辨力 从而可以适应输入轴的连续变化而不会出错 码盘码轮结构简单 所以格雷码成为主要的使用码制 格雷码编码器的量程是按二进

6、制计算的 使用范围都是2n 用于水位测量时 一般制作成28 256 210 1024 212 4096 11 压力式水位计 投入式压力水位计 直接感压式 压力传感器投入水中测量 气泡式压力水位计间接感压式 压力传感器在岸上引压测量 恒流式气泡水位计 非恒流式气泡水位计 感压元件 压阻式压力传感器陶瓷电容压力传感器振弦式压力水位计 12 压力式水位计的基本工作原理 压力传感器所在位置的测点相对于水位基面的绝对高程 加上该测点以上实际水深即为水位 测点的静水压强为 p Hr式中 p 测点的静水压强 g cm2 H 测点水深 即测点至水面距离 cm r 水体容重 g cm3 推算得测点水深 H p

7、r测点水位 HW H0 p r式中 H0 测点的绝对高程 HW 测点对应的水位 当水体容重已知时 只要用压力传感器精确测量出测点的静水压强值 就可推算出对应的水位值 实际应用时 在水下测得的是水上大气压强加上测点静水压强的和 需要自动消除或减去单独测得的大气压强 13 气泡式水位计工作原理 气泡式压力水位计是压力式水位计的一种 工作过程中要通过吹气管向水中吹放气泡 因而被称为气泡式水位计 气泡式水位计有一根吹气管 管口固定在最低水位下 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

8、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 测得的压强就是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 一种是仪器的自动调压恒流装置保证气体流量小而稳定 间断地冒气泡 这时可以认为气体压强等于出气口的静水压强 称之为恒流式气泡水位计 另一种方式是测量时启动气泵 使气体压强超过出气口的静水压强 打通气管 然后气泵停止工作 出气口的出气很快停止 此时管内压强等于静水压强 仪器快速自动测出此压强 这种方式称为非恒流式气泡

9、水位计 14 影响压力水位计水位测量准确性的因素 传感器因素 陶瓷电容传感器优于固态压阻式 1 压力传感器的零点漂移对水位测量的影响 2 压力传感器的灵敏度漂移对水位测量的影响 3 压力传感器的线性 温度漂移对测量的影响环境因素 4 大气压力变化对水位测量的影响 5 波浪对水位测量的影响 6 流速对水位测量的影响 7 含沙量对压力水位计测量精度的影响 8 水体含盐度变化对水位测量精度的影响 15 超声波水位计 液介式超声波水位计 气介式超声波水位计 16 安装在空气或水中的超声换能器 将电脉冲信号转换成同频率的声脉冲波 定向朝水面发射 此声波束到达水面后被反射回来 被换能器接收 根据声波的传播

10、速度C和传播历时t 可以计算出换能器离水面的距离H H Ct 2换能器安装在水中的 称之为液介式超声波水位计 而换能器安装在空气中的 称之为气介式超声水位计 后者为非接触式测量 见右图 由换能器安装高程可以得到水面高程 也就是水位 超声波水位计的工作原理及组成 17 技术指标 测量范围 单级0 5 10 15m 可联四级达到60m量程 盲区 0 5m 使用环境 流速 3 0m s含沙量 10kg m3水温 0 40 水温测量修正精度 0 2 水位分辨率 1 0cm 水位准确度 在量程范围内 误差 3cm的置信水平 95 水位重复性误差 在量程范围内 误差 2cm 时钟误差 2分钟 月 电源 1

11、2VDC 8 10 36AH可充电电池 固态存贮 可自动存贮24段制13个月 64K 6个月 32K 接口 RS232 C标准通讯口 一种液介式超声波水位计 18 超声波水位计的特点 超声波水位计是无测井水位计的一种 气介式超声水位计和水体没有接触 优点明显 1 避开了水下环境 对流速 水质 含沙量都没有任何限制 2 空气中的环境有利于提高仪器功能和准确性 气介式超声波水位计主要用于不宜建井 也很难架设电缆 气管到水下的场合 例如河滩 浅水等地区 水体较深 水位变化很大的地点可以考虑应用液介式超声水位计 使用超声测量仪器要考虑仪器 盲区 影响 即测量范围的下限 液介式盲区一般小于0 5m 气介

12、式一般小于1m 声速变化是影响超声波水位计测量准确度的主要因素 超声波水位计误差较大 使用性能比不上雷达 微波 水位计 使用得较少 19 超声波水位计水位测量准确性影响因素 1 温度影响 主要影响声速C的变化将直接影响测量准确度 对于4 35 的水温变化范围 声速的变化量约6 温度变化1 声速变化约0 2 对于0 40 的气温变化范围 声速的变化量约7 仪器都同时测量温度 用来修正水位值 但对于10m水位量程的测量 如果温度测量误差达1 引起的水位误差可达2cm 准确性不高 影响了这类仪器的应用 只能用一点的温度进行修正 不能代表整个声程上的温度 2 测量电路影响 可忽略3 波浪影响 可用多次

13、测量平均方法消除 20 微波 雷达 水位计工作原理 微波水位计的工作原理与气介式超声波水位计完全一致 只是不再使用超声波 而是向水面发射和接收微波脉冲 雷达发射接收的是微波 所以微波水位计也称为雷达水位计 与超声波相比较 在空气中传播时 微波有明显优点 微波在空气中的传播速度可以被认为是不变的 这就无需温度修正 大大提高了水位测量准确度 微波在空气中传输时 损耗很小 不象超声波那样 必须要有较大功率才能传输 包括反射 通过较大的距离 因而超过10m水位变幅 气介式超声水位计就很困难 而微波水位计可以用于更大的水位变化范围 21 微波 雷达 水位计的特点和测量准确性 一 特点微波水位计既不接触水

14、体 又不受温 湿度环境影响 它可以用于各种水质和含沙量水体的水位测量 准确度很高 可以在雾天测量 水位测量范围大并且基本没有盲区 功耗较小 便于电源的设置 但这类仪器较贵 空中的雨滴 雪花会影响它的测量 二 准确性分析微波在空气中的传输速度不受温度影响 没有因温度影响造成的水位误差 微波的波长远远短于超声波 所以其信号误差完全可以忽略 因此 微波水位计的理论准确度很高 但波浪影响 分辨力误差仍然存在 上述国外典型产品的水位测量范围为20m 水位测量准确度仍为 1cm 这是其它水位计难以做到的 22 激光水位计简介 工作原理 和气介式超声水位计 微波水位计完全相同 但发射接收的是激光光波 特点和

15、应用 激光水位计具有量程大 准确性好的优点 但它对反射面要求较高 使它不能普遍应用 激光发射到水面后 很容易被水体吸收 反射信号很弱 可能测不到水位 有些仪器明确要求在水面上设一反射物体 增强激光反射信号 此反射体可以是漂浮在水面上的任何固体 但要使它固定地漂浮在仪器下方的水面上就极其困难了 微波水位计不存在这个问题 所以激光水位计难以应用在一般测站 激光水位计使用中更容易受雨 雪影响 准确度分析 激光光速极为稳定 光的频率更高 传播的直线性很好 所以激光水位计的水位准确性很好 也非常稳定 23 电子水尺 触点式电子水尺其它形式的电子水尺 如磁致伸缩线性位移 液位 传感器 24 触点式电子水尺

16、的工作原理 此类电子水尺由绝缘材料制作水尺尺体 尺体上每隔一定距离 一般是1cm 出露一个金属触点 每一触点都接入内部电路 被水淹到的触点和大地 水体 之间的电阻或是与水尺上水中某一特定触点的电阻发生变化 内部电路检测到所有被水淹到的触点 其中最高的就是当时的水位所在位置 另一种电子水尺的尺体是一直径较大的中空圆筒 筒壁内等间隔 一般是1cm 安装有多个干簧管 尺体中间构成一个小直径的水位测井 内装有一浮体 在浮体上安装一磁钢 水位变化时 此浮体联同磁钢升降 使相应位置的干簧管导通 用检测电路检测到最高位置的导通干簧管 就可测得水位 适用于较小变幅水位的测量 25 触点式电子水尺的特点和应用 触点式电子水尺的特点是水位准确度不受水位测量范围和水质 含沙量以及水的流态影响 适用于大量程水位测量和复杂水流处 尺体可按使用场地的需要制造成斜坡形 圆弧形 以及任何不规则形状 可以用于很多特殊场合 如坝面 涵洞内等 电子水尺需要安装在水中 也可能露出水面 相互之间要用电缆相联接 它可以用于大量程水位测量 但大量程的水位测量会有较多水尺分布在较大范围的岸坡上 很难不受各种干扰 防护也很困难 反而难