[導讀] 摘 要：HW-1000C無線型非接觸超聲波水位計在水文站得到應(yīng)用，測量結(jié)果符合規(guī)范要求，測量精度高，穩(wěn)定性較好，為及時、準確的觀測水位提供了方便。
1 概述
HW-1000C無線型非接觸超聲波水位是以空氣作為超聲波的傳播媒介，利用超聲波的反射測量水位的水文儀器，主要用于河流、水庫、湖泊、渠道或水工建筑物的水位自動測量、記錄、報警，也可在水情自動測報系統(tǒng)中配套使用。水文站測驗斷面與站房通視良好，故采用了無線傳輸方式。
2 HW-1000C無線型非接觸超聲波水位計簡介
(1)儀器功能、特點。①HW-1000C無線型非接觸超聲波水位計測量過程中沒有任何部件接觸水面，實現(xiàn)了非接觸測量;②由于是非接觸測量，所以不受高速水流沖擊，漂浮物的纏繞堵塞或撞擊以及水質(zhì)電化反應(yīng)的影響;③不需建設(shè)觀測井，基建投資少;④無運動部件，不因部件磨損銹蝕而產(chǎn)生故障，提高了無故障工作時間;⑤模塊化設(shè)計，采用分布智能程式，可作多種組合，能夠滿足特定條件的各種使用要求;⑥對周邊設(shè)備無特殊要求，具有很高的兼容性;⑦采用實時全變量自動溫度補償，精度高。
(2)工作原理。HW-1000C無線型非接觸超聲波水位計測量水位的工作原理是:當超聲波在空氣中的傳播遇到水面后被反射， 儀器測量聲波往返于傳感器到水面之間的時間，根據(jù)已知的聲波傳播速度，計算得到傳感器到水面的垂直距離H，再用傳感器安裝高程減去距離H即得到水位，如圖1所示。
公式表示為：H=1 / 2Ct ，H水=H傳–H 。
式中，C為聲波在空氣中的傳播速度 (m/S );t為聲波往返于傳感器和水面之間的時間(s);H為聲傳感器至水面的距離(m);H水為水位(m);H傳為聲傳感器安裝高程(m)，因聲波在空氣中的傳播速度主要受當時環(huán)境溫度的影響，空氣介質(zhì)的溫度對聲傳播速度的影響十分靈敏，所以正確的修正聲速是保證水位測量精度的關(guān)鍵。HW-1000C型水位計采用溫度補償實時修正的方法實現(xiàn)聲速校準，以使測量精度達到規(guī)范規(guī)定的要求。
聲速的經(jīng)驗公式為：C=331.45+0.61T式中，C為聲波在空氣中的傳播速度(m /s);T為環(huán)境溫度(℃)。
(3)主要技術(shù)參數(shù)。10m變幅內(nèi)誤差小于或等于士2cm;1020m變幅誤差小于或等于士3cm;適應(yīng)溫度范圍：-15.0℃～50℃;有線傳輸型最大傳輸距離2000m;無線傳輸在通視條件下，最大傳輸距離50km;利用GSM傳輸數(shù)據(jù)，不受距離限制;具有打印、顯示、固態(tài)存儲、歷史水位查詢功能;具有RS-232，RS485k串行通訊接口;可與PC機連接通信;備有D/A轉(zhuǎn)換接口，可以模擬量(4-20mA)輸出;備有水位數(shù)據(jù)并行輸出口。
3 皮里青水文站實際應(yīng)用情況
(1)安裝地點及使用條件。HW-1000無線型非接觸超聲波水位計由安裝在觀測點用于采集水位數(shù)據(jù)的超聲波水位測量端機和安裝在站房內(nèi)用于接收和處理水位數(shù)據(jù)的后置機兩大部分設(shè)備組成。皮里青站水位計的測量端機(包括超聲波傳感器、溫度傳感器、蓄電池等)安裝在匹里青河測驗斷面的基本水尺2.3m長的鋼支架上。后置機(包括水位數(shù)據(jù)接收處理機、測量控制器等)安裝在站房內(nèi)。穩(wěn)定性滿足HW-1000C型水位計使用要求。
(2)精度分析。以2008年5月30日～8月30日人工觀測水位與超聲波實測水位資料為例(實測水位成果對比表略)，進行相關(guān)分析，其相關(guān)系數(shù)為1.0，回歸方程為：Z1=Z2。式中，Z1為人工觀測水位;Z2為超聲波實測水位。
其相關(guān)關(guān)系圖 如圖2
從回歸方程和關(guān)系圖可以看出：HW-1000C無線型超聲波水位計測定的結(jié)果與人工觀測的結(jié)果非常接近，只需按照上式進行訂正就可滿足規(guī)范要求，說明該儀器精度較高，性能良好。
4 結(jié)論與建議
幾年來，通過對HW-1000C無線型非接觸超聲波水位計在水文站的實際應(yīng)用分析可以看出，HW-1000C無線型超聲波水位計的測量精度完全符合《水位觀測規(guī)范》要求，其穩(wěn)定性能滿足生產(chǎn)的需要，可以直接用于水文資料的電算整編。
HW-1000C無線型超聲波水位計具有很大的使用價值，它能適時量測水位，在室內(nèi)即可監(jiān)視水位變化，為搶測洪峰提供準確的水位數(shù)據(jù)，極大地提高了水文測驗的工作效率。