一种自动测量水位变化的方法及装置 【技术领域】
本发明涉及一种自动测量水位变化的方法及测量装置，属于水文地质参数自动化测量方法与测量仪器领域。
背景技术
水位反应水体水头的高低，在地下水动力学、流体力学等与水有关的学科中起着重要的作用，静态水位的高低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，水位的测量一般采用传统的测压管，即在测量位置设置一根空心管，通过读取液面高度的方法得到水位的高低，对于精度要求较高的场所，则采用水压力传感器测量水压力，通过水压力与水位的关系反算水位的高低。对于传统的测压管，由于需要人工读取水位数据，则不可避免的出现读数误差，而且，人工读数的频率较低，很难实现高频率、长时间的水位监测测量；对于利用水压力传感器测量水位的情况，由于成本较高，且待测水体的密度与探测到的水位值密切相关，很难得到广泛的应用。当水位变化时，传感器需要一定的反应时间，因此测量的数据具有一定的延时性，并不能代表实时的水位数据。
水体具有导电性。待测水体导电性能的强弱可通过水体电导值反应，而水体电导值的大小与探测电极的间距成反比，与探测电极的导电面积成正比，即：
C∝SL---(1)]]>
式中C为电导；S为导电截面积；L为长度。
在测压管中，如果沿管长设置两根等间距的金属丝，由于金属丝具有良好的导电性，因此，金属丝相当于两个探测电极。由于两金属丝间距恒定，即L为常数。当测压管内有水时，由于测压管管径处处相同，那么导电面积与水位的高度呈正比，那么根据式(1)，电导值与水位将呈线性关系。要考虑到测压管材料的电导性，消除管压管自身的导电性影响，因此测压管应取绝缘性材料的长直管，金属丝也应具有抗腐蚀能力。由于水位变化时，电导值将会立刻改变，因此电导值将随水位实时变化，而不会出现延时现象。
【发明内容】
本发明针对现有技术的不足，提出一种水位测量与监测的方法，其通过将测压管与测量位置连通，以使测压管内的水位可以代表测量位置的水位；在测压管内设置两根等间距的金属丝，由于水位不同，两根金属丝间的电导值不同，电导值随水位的变化基本上呈线性变化。通过测量金属丝间电导值的方法得到测水压管内的水位，从而得到测量位置处的水位值。通过数据采集系统按一定的时间间隔对测得的电导值进行采集，实现水位的连续监测。
根据以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：
一种水位测量与监测的方法，包括以下步骤：
第一步：设置测压管。测压管取横截面恒定的绝缘材料制成的直管，测压管可以直接设置在测量位置上，也可以通过管路与测压管相连，根据连通器原理，测压管内水位即为测量位置处的水位。
第二步：测压管内设置两根金属丝，金属丝之间等间距。
第三步：测量前的校正。在测压管内设置不同的已知水位，测量不同水位条件下两根金属丝之间的电导值大小，得到水位与电导值的关系曲线。
第四步：数据的测量与采集。在水位测量与监测过程中，测量金属丝间地电导值，并利用数据采集系统对电导值数据进行采集，按所需的时间间隔采集数据，采集到的数据自动传输至计算机并保存。
第五步：水位的计算。利用第三步得到的水位与电导的关系，将监测过程中测量到的电导值数据换算为水位值。
根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：
1.由于测压管两根金属丝之间的电导值与水位值呈线性关系，且两者之间的关系对于同一种水具有很强的稳定性，因为电导值测量精度很高，因此测得的水位值具有很高的精度和稳定性。
2.测压管内水位波动时，电导值也随之立即波动，因此测量的值没有延时性。
3.数据的测量全部采用系统自动测量、自动记录，因此不会产生计数误差，且可以实现长时间的监测。
本发明的另一个发明目的是提供一种可以实施上述方法的装置，其包括一系列测压管、电导测量仪、数据采集系统以及计算机。所述的测压管采用管径为15mm的PVC管，测压管的数据根据需要来确定；每个测压管与不同的测量位置相连通；
所述测压管中的金属丝采用铜丝，每根铜丝与电导探测系统中数据采集模块的测量接口相连；数据采集模块与数据传输模块相连，数据传输模块通过数据传输线与微型计算机相连。
根据以上的技术方案可知，本发明所提供的测量装置，具有以下的有益效果：
1.使用方便。可以根据需要增加或减少测压管的数量，安装使用简便，测压管的数量多少对测量结果没有影响；
2.精确度高。该装置采用电导与液位高度的关系探测水位的高低，电导对液位的高低非常敏感，采用了高精度的电导测量仪，只要水位有微小的波动就能在电导值中反应出来；
3.测量频率高。该装置采用数据采集系统对电导值数据进行采集，可以实现数据的连续、高频采集，当水位变化较快时，可以实现水位的实时监测。
【附图说明】
图1是本发明所述测量方法的流程图；
图2是本发明所述测量装置的结构示意图；
图3是利用本发明所述方法和装置得到的水位与电导值关系曲线；
图4是利用本发明所述方法和装置得到的水位随时间的变化曲线。
【具体实施方式】
以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明的水位测试方法包括以下步骤：1、设置测压管。测压管取横截面恒定的绝缘材料制成的直管，测压管可以直接设置在测量位置上，也可以通过管路与测压管相连，根据连通器原理，测压管内水位即为测量位置处的水位。2、测压管内设置两根金属丝，金属丝之间等间距。3、测量前的校正。在测压管内设置不同的已知水位，测量不同水位条件下两根金属丝之间的电导值大小，得到水位与电导值的关系曲线。4、数据的采集与传输。在水位测量与监测过程中，测量金属丝间的电导值，并利用数据采集系统对电导值数据进行采集，按所需的时间间隔采集数据，采集到的数据自动传输入计算机并保存。5、水位的计算。利用第三步得到的水位与电导的关系，将监测过程中测量到的电导值数据换算为水位值。
如图2所示，本发明所述的试验装置，包括若干个测压管，测压管底部与待测水位位置相连通，测压管内等间距设置两根金属铜丝；铜丝与电导探测系统中数据采集模块的多路接口相连，数据采集模块与数据传输模块相连，数据传输模块通过数据传输线与微型计算机相连。
如图3所示，利用本发明所述的测量方法与装置，测量了不同的液体在测压管内处于不同水位时的电导值，建立了电导值与水位值的关系。其过程是：在测压管内，使水位依次上升，每升高一次水位，记录下该水位下对应的电导值，以电导值为横坐标轴，以水位值为纵坐标轴，建立电导与水位的关系。
如图4所示，利用本发明所述的测量方法与装置，在确定了电导值与水位的关系后，测量了水位变化的过程。其过程中，利用电导测量仪测量测压管内的电导值，利用数据采集系统每隔一定的时间采集数据，并将数据传输到微型计算机内存储；利用测量到的电导值数据，结合得到的电导值与水位的关系，计算得到水位值，从而得到水位与时间的关系。