接触式水位测量仪器的应用

接触式水位测量仪器的水位测量原理是，使用一机械触点跟踪接触水面，当触点刚好接触水面时，在所附的标尺上即读出水位。该触点可以是一根水位测针，也可以是一个带有探测触点的悬锤。标尺可以是金属刻度尺，也可以是一特殊的卷尺，也可能是一个通过精密传动装置带动的计数器或编码器。跟踪水位的方法可以是人工操作，也可以是自动跟踪。实际使用的仪器可以分为水位测针和悬锤式水尺两类。

1.水位测针

（1）水位测针的原理和结构。如图2.1所示的是数字式水位测针，由测针、手轮、测尺和读数装置、支架四部分组成。一般的水位测针用游标读数，数字式测针自动显示读数。测量水位时，手动旋转手轮带动测针在支架竖孔内上下移动，用人工观察使测针针尖正好接触水面。在测针杆上有很准确的标尺，通过安装在支架上的游标可以精确地读出测针尖的位置，或自动显示水位读数。水位测针固定安装好后，即可投入使用，可以读到分辨力达0.2mm或0.1mm的水位值。除了仪器精度外，水位测量精度还取决于人工操作时针尖是否恰好和水面接触的程度。使用一般的直针尖，人员在水上观察不清针尖和水面的相对位置。所以，也可使用钩式针尖。使用时使针尖从水下向上升，易于人工观察，使针尖恰好接触露出水面（图2.2）。有些水位测针配用音响或指针指示，当直式针尖触到水面时发出音响或指针偏转，帮助观测人员判断。

图2.1　数字式水位测针

图2.2　直式和钩式水位测针尖

（2）水位测针的特点和使用范围。水位测针所测水位受测针长度的限制，一般不超过1m。但精度很高。所以仅使用于实验室和试验场，也用于一些人工小水体，如蒸发桶水面的测量。极少使用水位测针测量天然水体的水位。(www.xing528.com)

2.悬锤式水尺

（1）悬锤式水尺的结构原理。在水位量程较大的地方，不可能将刚性标尺做得很长。于是用柔性特殊卷尺作为悬索，下面挂有带触点的重锤，悬索上带有两根导线，导线的一头连接在触点上，另一头引出，接入音响或指针指示器，即为悬锤式水尺。人工下放悬锤，当悬锤上的触点接触水面时，发出音响或指针偏转指示。这时可以从作为悬索的卷尺上读出水位，电接触悬锤式水尺如图2.3所示。悬锤式水尺都必须带有接触水面的指示器，一般是音响指示。

图2.3　电接触悬锤式水尺

（2）悬锤式水尺的特点和使用范围。悬锤式水尺可以测量很大量程的水位，其测量精度取决于悬尺的刻度精度，一般精度较高。它的结构简单，可以用于天然水体的水位测量，但需要有静水井。它可以安装在水位井上校测自记水位计的水位。实际上它大量被用于地下水位和大坝测压管水位的测量。图2.3也就是一种地下水位计。

3.自动跟踪式水位测针和悬锤式水尺

（1）自动跟踪式水位测针。其主要工作原理是将水位测针上的测针升降由手动改为受控的电动方式，同时将测针的上下移动与编码器相连，使测针的上下位置数字能转换成编码器相应的数字或电量输出。典型的工作方式是此测针接收到工作指令后，首先由电动驱动装置驱使测针从空中接触水面。刚接触到水面时，测针控制机构得到针尖接触水面的信号（一般是电阻的改变），此时立即读取连接测杆的编码器输出信号，并将此信号送到显示记录器，显示记录水位值。测量完毕，测针尖退离水面，等待下一次测量指令。自动跟踪式水位测针在实验室内使用很多。在水力模型试验中，很多点的水位需要同步高精度的水位数据。自动跟踪式水位测针可以安装在模型的各水位测量点上，构成一个水位自动测量系统，由一个中心控制水位测量，自动取得同步的水位数据。

（2）自动跟踪式悬锤水尺。自动跟踪式悬锤水尺的原理和自动跟踪式水位测针类似，即受控自动收放悬尺，使悬锤触点接触水面，然后读取和悬尺升降连动的编码器输出数据，显示记录水位。因为自动跟踪式悬锤水尺量程大，悬锤又小，所以多使用于地下水位和大坝测压管水位的自动测量中。使用时，为了区分触点是刚接触水面还是已进入水中，常常将触点设计成高度不一样的双触点形式，以提高仪器的测量精度。这两个触点各自连接一根导线至控制部分，当悬锤升降停在一个触点在水下，一触点在水上时，即读取编码器输出。这样，水位误差就可以控制在上下触点的高度差（几毫米）内，使仪器测量误差得以控制。