專利名稱：水位測量裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種測量水位變化的測量裝置，尤其涉及一種包括電導電極和電導儀以及數(shù)據(jù)處理的單片機系統(tǒng)的測量裝置，屬于水文地質(zhì)參數(shù)自動化測量儀器領域。
背景技術(shù)：
水位大小以及長時間內(nèi)水位的變化情況是研究地下水滲流、堤壩滲流安全、管流以及防洪的重要參數(shù)，因此，水位的測量以及監(jiān)測具有重要的理論意義與實際意義。
在目前的研究與應用中，有人提出了一種利用水具有導電性，待測水體導電性能的強弱可通過水體電導值反應，通過電導值的大小換算出對應的水位的測量裝置。其技術(shù)原理是水體電導值的大小與水體的電導率和電導電極的電極系數(shù)有關，電極系數(shù)的大小與電極的間距成反比，與電極間的導電面積成正比，即
G = X J= X S/L ( I )
式中G為電導；X為水體的電導率；J為電極系數(shù)；S為導電面積；L為電極間距；S/
L0其技術(shù)方案是在一絕緣性材料的長直管(測量管)中，沿管長設置兩根等間距的金屬絲，金屬絲相當于兩個電極。由于兩金屬絲間距恒定，即L為常數(shù)。當測量管內(nèi)有水時，因此導電面積與水位的高度呈正比，根據(jù)式(I )，電導值與水位將呈線性關系。水位變化時，電導值也會對應地改變。在水體的溫度和水體中電解質(zhì)含量(電導率)保持不變的情況下，該技術(shù)方案可及時、準確地反映水位值。但也存在不足之處，即在實際使用中江、湖、河水體的電導值會隨水體的溫度、水體中的電解質(zhì)的含量變化而不同，因此不能準確反映所述水體的水位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種水位測量裝置，其要解決的技術(shù)問題是，消除水體的溫度、電解質(zhì)含量對該水體的水位測量的影響，準確的測量出水位。本發(fā)明水位測量裝置的技術(shù)方案是包括水位電導電極I、電導儀4、電子開關31、32、單片機系統(tǒng)5 ;所述的水位電導電極I為在一絕緣性材料的剛性長直管中，沿管長設置兩根等間距的金屬絲的結(jié)構(gòu)，作為水位傳感器；水位電導電極通過電子開關31與電導儀4連接，所述的電導儀用于測量電導電極上的電導值，電導值信號輸送至單片機系統(tǒng)5，其特征是所述的水位測量裝置還包括一參比電導電極電極2，該參比電導電極為在一絕緣性材料剛性管中，設置一對導電電極的結(jié)構(gòu)，所述的導電電極用防水絕緣電纜線引出，該參比電導電極通過電子開關32與電導儀連接，所述的單片機系統(tǒng)控制電子開關31、32使電導儀交替測量水位電導電極和參比電導電極上的電導值，并對水位電導電極和參比電導電極上的電導值進行比例運算，計算出水位值；所述的參比電導電極2使用時全部浸入水體中。
所述參比電導電極的電極系數(shù)與水位電導電極的最低水位的導電極系數(shù)相等。所述的參比電導電極的導電電極為板狀。所述水位電導電極的金屬絲和參比電導電極的導電電極為不銹鋼材料。本發(fā)明的水位測量裝置設有參比電導電極，該電極上產(chǎn)生的參比電導值，不因水位的變化而發(fā)生變化；僅隨水體的溫度和電解質(zhì)含量的變化而發(fā)生變化。水位電導電極上的電導值除跟隨水位變化外，還隨水體的溫度、電解質(zhì)含量的變化而改變，通過交替測量水位電導電極和參比電導電極上的電導值，對兩者進行比例運算，其運算結(jié)果可消除水體的溫度和電解質(zhì)含量的變化對水位的影響，從而及時、準確地測量出水位。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)對照

本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明水位測量裝置，包括水位電導電極I、參比電導電極電極2、電子開關31、22，電導儀4、單片機系統(tǒng)5 ;所述的水位電導電極I為在一絕緣性材料的長直管中，沿管長設置兩根等間距的金屬絲的結(jié)構(gòu)，作為水位傳感器，所述長直管的管長能滿足測量最高水位的要求；所述的參比電導電極2的結(jié)構(gòu)為在一絕緣性材料管中，設置一對導電電極的結(jié)構(gòu)，所述的導電電極用防水絕緣電纜線引出；水位電導電極I和參比電導電極2分別通過電子開關31、32與電導儀4連接,單片機系統(tǒng)5控制電子開關31、32使水位電導電極I和參比電導電極2交替與電導儀4接通，使電導儀交替測量水位電導值和參比電導值，所述的電導儀為帶有電導值數(shù)據(jù)信號輸出的現(xiàn)有產(chǎn)品；電導儀的數(shù)據(jù)信號輸送至單片機系統(tǒng)5，所述的單片機系統(tǒng)將所接受的水位電導電極的電導值和參比電導電極的電導值數(shù)據(jù)信號進行比例運算，轉(zhuǎn)換成對應的水位值數(shù)據(jù)、并顯示、存儲，單片機系統(tǒng)中設有通信接口 6可接受指令和傳輸數(shù)據(jù)。測量水位時參比電導電極2全部浸入水體中，水位電導電極I可根據(jù)需要按一定的長度垂直插入水體中。為減小參比電導電極的長度，在最低水位時該電極也能浸入水體中，其導電電極為板狀。為防止水體對導電電極的腐蝕，所述的參比電導電極和水位電導電極的導電電極采用不銹鋼材料制成。本發(fā)明的水位測量裝置設有參比電導電極可消除水體的溫度、電解質(zhì)含量對水位測量的影響，其原理是
在測量過程中水位電導電極I上的電導值是水位的電導變量和水體的溫度、電解質(zhì)含量的電導變量的函數(shù)，表達式為
G= (G25+ AG25) Xmi (1+k At) (2)
式(2)中
G為水位電導電極上的電導值；
G25為25°C時最低水位的電導值；AG25為25°C時水位增量的電導值；
Hii為水體中電解質(zhì)濃度系數(shù)，不同的濃度有各自的濃度系數(shù)；
K為水體的溫度系數(shù)與水體中電解質(zhì)的濃度有關；
A t為偏離25°C時的溫度變化量；
從式(2)可看出如果僅根據(jù)水位電導電極I上的電導值來換算成水位值是不準確的。本發(fā)明的水位測量裝置設有參比電導電極，該電極上產(chǎn)生的參比電導值，不因水位的變化而發(fā)生變化；但隨水體的溫度和電解質(zhì)含量的變化而發(fā)生變化。表達式為
G，= G25，Ini (1+ k At) (3) 式(3)中G’為參比電導電極的電導值，G25’為25°C時電導值；
在設計參比電導電極時使電極系數(shù)與水位電導電極在最低水位時的電極系數(shù)相等，有G25’ = G25，在單片機系統(tǒng)中進行式(2)與式(3)的比例運算，運算結(jié)果為
G/G’ = (G25+A G25) Xmi (1+k. At) / G25’ Ini (1+ k At)
=1+AG25/ G25 (4)
從式(4)可看出水位電導電極的電導值與參比電導電極的電導值進行比例運算后，溫度及電解質(zhì)濃度的影響被消除，其運算結(jié)果僅與對應的水位值相關。
權(quán)利要求
1.一種水位測量裝置，包括水位電導電極(I)、電導儀(4)、電子開關(31、32)、單片機系統(tǒng)(5);所述的水位電導電極(I)為在一絕緣性材料的剛性長直管中，沿管長設置兩根等間距的金屬絲的結(jié)構(gòu)，作為水位傳感器；水位電導電極通過電子開關(31)與電導儀(4)連接，所述的電導儀用于測量電導電極上的電導值，電導值信號輸送至單片機系統(tǒng)(5)，其特征是所述的水位測量裝置還包括一參比電導電極電極(2)，該參比電導電極為在一絕緣性材料剛性管中，設置一對導電電極的結(jié)構(gòu)，所述的導電電極用防水絕緣電纜線引出，該參比電導電極通過電子開關(32)與電導儀連接，所述的單片機系統(tǒng)控制電子開關(31、32)使電導儀交替測量水位電導電極和參比電導電極上的電導值，并對水位電導電極和參比電導電極上的電導值進行比例運算，計算出水位值；所述的參比電導電極(2)使用時全部浸入水體中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水位測量裝置，其特征是所述參比電導電極(2)的電極系數(shù)與水位電導電極(I)的最低水位的電極系數(shù)相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水位測量裝置，其特征是所述的參比電導電極的導電電極為板狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水位測量裝置，其特征是所述水位電導電極的金屬絲和參比電導電極的導電電極為不銹鋼材料。
全文摘要
一種水位測量裝置用于測量江、湖、河水體的水位，它包括水位電導電極(1)、電導儀(4)、電子開關(31、32)、單片機系統(tǒng)(5)；水位電導電極通過電子開關(31)與電導儀(4)連接，所述的電導儀用于測量電導電極上的電導值，電導儀的數(shù)據(jù)信號輸送至單片機系統(tǒng)(5)，其特征是所述的水位測量裝置還包括一參比電導電極電極(2)，該參比電導電極通過電子開關(32)與電導儀連接，所述的單片機系統(tǒng)控制電子開關(31、32)使電導儀交替測量水位電導電極和參比電導電極上的電導值，并對水位電導電極和參比電導電極上的電導值進行比例運算，其運算結(jié)果可消除水體的溫度和電解質(zhì)含量的變化對水位的影響，從而及時、準確地測量出水位。
文檔編號G01F23/22GK102706406SQ201210167310
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者丁婕 申請人:丁婕