本发明专利技术的目的在于提供一种微功耗恒流气泡式水位自动测量装置，包括室外单元和室内单元组成，所述室外单元包含作为核心控制设备的数据采集器、通过ＲＳ２３２Ｃ串行口连接的人工置数器、通过ＳＤＩ－１２接口连接的恒流气泡式水位计和气压计、通过ＲＳ２３２Ｃ串行口连接的通信设备以及２芯接口的１２Ｖ直流供电电源；所述室内单元包含内置了应用软件的集中控制器和通过ＲＳ２３２Ｃ串行口连接的通信设备以及交直流供电电源，经过通信信道与室外单元连接。本发明专利技术克服国内、外恒流气泡式水位计测量误差随水位变幅增大而增大的不足，弥补其它恒流式气泡水位测量装置所忽略的误差，有效地提高了水位测量精度，可广泛应用于各种野外环境下水位自动测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于传感器测量领域，特别涉及采用恒流气泡式水位计自动进行水 位测量的装置。
技术介绍
恒流气泡式水位计的工作原理感压单元经过气路装置与气管相连，气管 的开口端固定在水面下，当气路装置中的气压和水压达到平衡时，感压单元将 该压力转换为水位高度。与传统的浮子式水位计相比，恒流气泡式水位计具有安装简单、无需建水 位井、土建工作量小、投资少、建设周期短、量程大等优点，目前在水文自动 测才艮系统中应用越来越广泛。但在很多应用场合，恒流气泡式水位计的测量值和人工观测值之间存在较 大误差，并且水位变幅越大则误差越大。目前普遍认为这种误差是现场的重力 加速度及水密度与理论值之间的差异造成的。水位自动监测站基本分布在野外，温度变化范围大，电源供给困难；即使 有交流电源，稳定性也很差，容易造成雷击。自动测量装置的环境适应性与微 功耗要求极高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种微功耗恒流气泡式水位自动测量装置，克服国 内、外恒流气泡式水位计测量误差随水位变幅增大而增大的不足，弥补其它恒流式气泡水位测量装置所忽略的误差，有效地提高了水位测量精度，广泛应用 于各种野外环境下水位自动测量。本专利技术提供一种恒流气泡式水位自动测量装置，主要由室外单元和室内单 元组成。所述室外单元包含作为核心控制设备的数据采集器、通过RS232C串行口连 接的人工置数器、通过SDI-12接口连接的恒流气泡式水位计和气压计、通过 RS232C串行口连接的通信设备以及2芯接口的12V直流供电电源，用于自动采 集和保存水位数据并远程发送；所述室内单元包含内置了应用软件的集中控制器和通过RS232C串行口连 接的通信设备以及交直流供电电源，经过通信信道与室外单先连接，用于实时 接收远程数据，实现存储、显示、查询、发布，并远程控制室外单元的工作模 式、校时、取数。所述数据采集器包含主处理单元、通过12C接口连接的传感器接口和实时 时钟、通过SPI接口连接的远程通信接口和存储单元、通过RXD1和TXD1连接 的本地显示接口、通过RXDO和TXDO连接的程序更新口，通过PA和PB并行口 连接的USB接口 、通过INTO和INT1连接的状态监测单元以及通过PC并行口连 接的状态指示灯，用于自动管理传感器和通信设备电源，进行传感器采集、计 算、存储、远程发送并响应控制命令。所述人工置数器包含主处理单元、通过PA和PB并行口连接的4x5的键盘， 通过PE和PF并4亍口连接的分辨率为160x128的液晶显示屏以及通过RXD和TXD 连接的串口，用于对数据采集器进行参数设置和现场数据显示，平时液晶屏处 于调电状态，主处理单元处于休眠状态，通过键盘操作唤醒主处理单元进入工 作模式。所述水位计用于测量气管安装位置的水压和水温，采用氮气瓶作为恒流气泡源，SDI-12接口输出。所述气压计用于测量恒流气泡式水位计感压单元位置的大气压，采用 SDI-12接口输出。所述通信终端才艮据需要选用INMARSAT-C电台、北斗卫星电台、VHF电台、 GSM移动终端或者PSTN调制解调器，用于进行远程数据传输。所述供电电源采用蓄电池配太阳能板浮充方式，4是供12V直流电源。 所述自动水位测量，包括以下步骤1) 根据水位计安装位置的经绵度和海拔高度，查表得到重力加速度g并 输入到数据采集器中；2) 根据现场的水温，查表得到水的密度^并输入到数据采集器中；3) 测量气管两端的高差^并输入到数据采集器中；4) 数据采集器定时采集恒水位计的压力输出值P。和气管内温度T ,同时采集气压计的输出值尸^;5) 数据采集器根据公式(E2)计算水头高度；其中， A: 水头高度Po : 恒流式气泡水位计输出压力 氮气分子量^^。空气分子量g : 恒流式气泡水位计安装现场的重力加速度/2 =尸o(l十A: 气体常数T: 恒流式气泡水位计安装现场的绝对温度^ :恒流式气泡水位计气管两端的竖直高差 P^:恒流式气泡水位计安装现场的大气压力 Z7 : 恒流式气泡水位计安装现场水的密度。附图说明图l是测量装置系统结构示意图。 图2是数据采集器组成示意图。 图3是7jC位计安装结构示意图。 图4是水位自动测量流程图。具体实施例方式本专利技术的水位自动测量装置包括室外单元1和室内单元2,如图1所示。 室外单元由数据采集器3、人工置数装置4、恒流气泡式水位计5、气压计6、 通信设备7和电源8组成；室内单元由集中控制器9、通信终端10和电源组成 11。人工置数装置4通过RS232C串行口与数据采集器3相连，它包含4x5的键 盘和160x128的液晶显示屏，MEGA128单片机作为主处理器，平'时处于休眠状态， 由键盘触发进入工作模式，进行参数设置和现场数据显示，工作结束后自动进 入休眠状态。恒流气泡式水位计5和气压计6通过SDI-12接口与数据采集器3 相连，SDI-12电源受数据采集器3控制，平时处于调电状态。通信设备7根据 需要选用电台、VHF电台、GSM移动终端或者PSTN调制解调器，通过RS232串 行口与数据采集器相连，电源受数据釆集器3控制，平时处于调电状态。数据采集器3构成见图2。它采用MEGA128单片机作为主处理单元，具有 SDI-12和RS485传感器接口、信号防护接口、实时时钟、USB接口、 2路远程通 信接口、 l路本地显示接口、 l路参数设置及程序更新接口、事件监测电路、32M FLASH本地存储、参数设置及程序更新接口、信号防护接口以及电源控制电路， 用于自动管理传感器和通信设备电源，进行传感器采集、计算、存储、远程发 送并响应控制命令。平时主处理单元处于休眠状态，当事件监测电路检测到本 地操作、远程控制及定时事件时，唤醒主处理单元，控制传感器和通信设备上 电，采集传感器数据，进行本地存储和远程传输，之后关闭传感器和通信设备 电源，进入休眠状态。气泡式水位计的安装方式如图3所示。感压单元7、氮气瓶8和气路恒流 器9安装在水位测量站房10内，通过导气管11与安装在水面12下方的固定防 护设备13相连。气路恒流器能感应水压变化，并自动调节气体流量，使氮气瓶 内的气体通过导气管以恒定压力向外排放。导气管的一端安装在水下，另外一 端和气路恒流器相连，正常状态下气管中充满氮气，导气管水下端口处的压力 和水压平衡。感压单元和气路恒流器相连，接收到数据采集器的指令后，测量 环境温度及气压并将数值返回给数据采集器。在气管水下部分末端的气液相交处18,该位置的管内气压始终是水压加上 该位置的大气压，感压单元测量的是气管另外一端12的压力和该位置大气压的 差值P。并送数据采集器。该测量方式以两个布I设为前提位置12和位置18的大气压力相等，且两 处导气管内的气体压力相等。实际上站房的高程要大于导气管水下末端的高程。 而气体受重力影响，在竖直方向上压力是随高度递减的。目前其它的恒流式气泡水位测量装置在从水位计获取水头深度值时都是利8用了水位计本身进行压力和水头转换的值，而目前所有的恒流式气泡水位计在进行压力与水位的转换时使用的是经典计算公式(El),水位测量值只与重力加 速度和水密度有关，在进行转换计算时取的重力加速度为标准重力加速度 (^=9. 80665m/s2)，水密度为4。C时的密度(/T=1000K本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微功耗恒流气泡式水位自动测量装置，包括室外单元和室内单元组成，其特征在于： 所述室外单元包含作为核心控制设备的数据采集器、通过ＲＳ２３２Ｃ串行口连接的人工置数器、通过ＳＤＩ－１２接口连接的恒流气泡式水位计和气压计、通过ＲＳ２３２Ｃ 串行口连接的通信设备以及２芯接口的１２Ｖ直流供电电源，用于自动采集和保存水位数据并远程发送； 所述室内单元包含内置了应用软件的集中控制器和通过ＲＳ２３２Ｃ串行口连接的通信设备以及交直流供电电源，经过通信信道与室外单元连接，用于实时接收 远程数据，实现存储、显示、查询、发布，并远程控制室外单元的工作模式、校时、取数。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曹年红，熊光亚，曹翊军，程序，周海，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院，南京南瑞集团公司，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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