水位计、雨量计知识总结

水位计

1 水位计

自动测定并记录河流、湖泊和灌渠等水体的水位的仪器。按传感器原理分浮子式、跟踪式、压力式和反射式等。常用的水位计有浮子式水位计、气泡压力水位计、超声波水位计、雷达式水位计；

（水位记录方式主要有：记录纸描述，数据显示或打字记录,穿孔纸带,磁带和固体电路储存等。水位计的精确度一般在1～3厘米以内，中国制造的水位计的记录周期有1天、30天和90天等。走时误差,机械钟为2分/日，石英晶体钟小于5分/月。）

1.1 浮子式水位计

浮子式水位计：利用浮子跟踪水位升降，以机械方式直接传动记录。用浮子式水位计需有测井设备(包括进水管)。

浮子式水位计信号输出方式：格雷码、R485、2-20mA模拟量输出

使用范围：适合岸坡稳定、河床冲淤不大的低含沙河段。浮子式水位计在中国应用较广。

工作原理：

浮子水位计以浮子感测水位变化，工作状态下，浮子、平衡锤与悬索连接牢固，悬索悬挂在水位轮的“V”形槽中。平衡锤起拉紧悬索和平衡作用，调整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水线上。在水位不变的情况下，浮子与平衡锤两边的力是平衡的。当水位上升时，浮子产生向上浮力，使平衡锤拉动悬索带动水位轮

作顺时针方向旋转，水位编码器的显示读数增加；水位下降时，则浮子下沉，并拉动悬索带动水位轮逆时针方向旋转，水位编码器的显示器读数减小。

仪器的水位轮测量圆周长为32厘米，且水位轮与编码器为同轴联接，水位轮每转一圈，编码器也转一圈，输出对应的32组数字编码。当水位上升或下降，编码器的轴就旋转一定的角度，编码器同步输出一组对应的数字编码（二进制循环码，又称格雷码）。不同量程的仪器使用不同长度的悬索能够输出1024至4096组不同的编码，可以用于测量10至40米水位变幅。

通过与仪器插座相联接的多芯电缆线可将编码信号传输给观察室内的电显示器或计算机，用作观测、记录或进行数据处理；安装有RS485数字通信接口（或

4-20mA）的水位计，可以直接与通信机、计算机或相应仪表相联接，组成为水文自动测报系统。

仪器的内置式RS485数字通信接口（选装），具备选址、选通功能，能以二线制方式远距离传输信息，在一对双绞线信号线上可以驱动或接收多台水位（或闸位）传感器，实现遥测组网。

注意事项：浮子式水位计多由绝对值编码型水位传感器、显示器、传感器支架、浮子、悬索、平衡锤、RS485通信接口等部分组成，是独立的水位观测测量仪器，又可以与电显示器、闸门开度仪、闸门启闭机控制系统连接，共同组成计算机综合显示、控制系统（如船闸、水电站、抽水蓄能电站、农业灌溉系统，给排水系统等）；配置RS485通信接口的水位仪，可直接与通信机、计算机联网使用组成水文自动测报系统、水情卫星遥测系统；配置存贮记录单元的仪器可广泛用于水文站。

1.2 气泡压力式水位计

压力式水位计：根据压力与水深成正比关系的静水压力原理，运用压敏元件作传感器的水位汁。当传感器固定在水下某一测点时，该测点以上水柱压力高度加上该点高程，即可间接地测出水位。

工作原理：是测量水压力，推算水位。其特点是不需建静水测井，可以将传感器固定在河底，用引压管消除大气压力，从而直接测得水位。

压力式水位计分类：一类为气泡型，在引压管中不断输气，用自动调节的压力天平将水压力转换成机械转角量，从而带动记录机构。另一类为电测型，它应用固态压阻器件作传感器，可直接将水压力转变成电压模量或频率量输出，用导线传输至岸上进行处理和记录。

适用范围：该仪器适用于不便建测井的地区。对于环境的适应性要比超声波水位计强。

气泡式水位计：将一根上端装有压力传感器和气源的管子插入水中，以恒定流向管子里通入少量空气或惰性气体，压力传感器即可测出管内气体压力，此值与管子末端以上水头成正比，通过记录系统转换成水位。

适用范围：该仪器的压力传感器不直接与水体接触，可不建测井，特别适用水体污染严重和腐蚀性强的工业废水等场合。国外应用气泡式水位计较普遍。

气泡式水位计信号输出方式：SDI-12，RS232，RS485。

气泡式压力水位计是压力式水位计的一种。气泡式水位计的造价比压阻式压力水位计高，也较复杂。（但它和流速仪中被测水体完全没有“电气”上的联系，只有一根气管进人水中，从而可以避免很多干扰、影响，构成了它自己的使用特点。）

气泡式水位计的工作原理与压阻式压力水位计相同，通过测量固定水下点的静水压强测量水位。但侧量静水压力的方法不一样。压阻式压力水位计是将压力传感器直接安放在水下测点进行测压，再将信号传回岸上进行处理。而气泡式水位计是将压力传感器安装在岸上仪器内部，通过一根吹气管将吹气管口的静水压强引人岸上仪器进行侧量。气泡式水位计有一根吹气管进人水中，吹气管口固定在水下某一侧点处，吹气管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，这样压力传感器就可直接感应到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：一种是仪器内部装有自动调压恒流装置，自动适应静水压力的变化，只是慢慢均匀地放出气体，一般是一分钟冒数十个气泡。这时可以认为气体压强等于出气口的静水压强，这种方式称之为恒流式气泡水位计。另一种方式是平时仪器不工作，要侧量时仪器启动气泵，使气体压强超过出气口的静水压强，然后气泵停止工作，出气口的出气很快停止，表示管内压强等于静水压强，仪器快速自动测出此压力。这种方式称为非恒流式气泡水位计。）

1.3 超声波水位计

声波式水位计：是反射式水位计的一种，应用声波遇不同介面反射的原理来测定水位。分为气介式和水介式两类。气介式以空气为声波的传播介质，换能器置于水面上方，由水面反射声波，根据回波时间可计算并显示出水位。仪器不接触水体，完全摆脱水中泥沙，流速冲击和水草等不利因素的影响。水介式是将换能器安装在河底，向水面发射声波。声波在水介质中传播速度高，距离大，也不需要建测井。两种水位计均可用电缆传输至室内显示或储存记录。

超声波水位计适用于江河、湖泊、水库、河口、渠道、船闸及各种水工建筑物处水位测量。因此可用作水位数据采集系统和水文自动测报系统的传感器。

特点：非接触测量，不受水体污染，不破坏水流结构；不需建造测井，节省土建投资；无触点开关元器件；法兰或螺纹连接，安装方便；无机械磨损，稳定耐用；供电电源和输出信号使用同一根两芯线缆；自动温度补偿和压力校正；液晶显示，调试检修方便；