1 氣泡水位計(jì)的測(cè)量原理簡(jiǎn)述在均勻靜態(tài)液態(tài)媒質(zhì)下，在液體深度為h的位置，其壓強(qiáng)為：

    式（2）即氣泡水位計(jì)的測(cè)量原理，可見只要通過測(cè)量被測(cè)點(diǎn)的壓強(qiáng)、液體密度，就可以間接測(cè)量出被測(cè)點(diǎn)在液體中的深度，將測(cè)量深度加上被測(cè)點(diǎn)的海拔高度，就可以計(jì)算出水面高程。

2 靜水條件下測(cè)量誤差成因分析

2.1 水的密度對(duì)測(cè)量誤差的影響

    測(cè)量誤差產(chǎn)生的重要原因之一就是水的密度不同，在一般水位計(jì)出廠時(shí)，默認(rèn)水密度為1 000 kg/m3，實(shí)際上水的密度與水的物理化學(xué)屬性密切相關(guān)。對(duì)于純凈水來說，密度zui大時(shí)水溫為4 ℃，期密度為1 000 kg/m3，當(dāng)該值低于或者高于水溫的時(shí)候，將會(huì)使水的密度下降，溫度對(duì)水的密度造成的影響較小，在進(jìn)行工作時(shí)往往可以不去計(jì)算。但是含沙量和含鹽量對(duì)河水密度的影響非常明顯，在進(jìn)行工作時(shí)往往要加以重視，不可忽略。我國(guó)北方多沙河流水文站和東南沿海的潮位站，水密度動(dòng)態(tài)變化明顯且無(wú)規(guī)律可循，不適用氣泡水位計(jì)。

2.2 重力常數(shù)對(duì)測(cè)量誤差的影響

    我國(guó)南北緯度具有較大的跨度，這就造成了其重力常數(shù)的不同，重力常數(shù)是一個(gè)變量，因此，在不同地區(qū)的氣泡水位計(jì)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況，采用不同的重力常數(shù)進(jìn)行計(jì)算，或者對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行線性修正。

3 流速造成的測(cè)量誤差成因分析

    利用式（2）測(cè)量液體深度的前提條件是：必須是靜態(tài)水。事實(shí)上，在多數(shù)情況下，測(cè)量天然河道中的水位，都是用的氣泡水位計(jì)，因?yàn)樗饔徐o、動(dòng)兩種壓力，所以，可以假設(shè)v為河道中氣管出口處水的流速，并且依據(jù)伯努利流體能量方程，得出水面下水的深度：

4 分析氣源使用不當(dāng)造成的測(cè)量誤差

4.1 分析氣腔內(nèi)部進(jìn)水的原因

    （1）氣腔內(nèi)部發(fā)生氣體滲漏，會(huì)導(dǎo)致氣腔內(nèi)部壓強(qiáng)降低，從而使水流入氣腔內(nèi)部。

    （2）水位升高速度過快，會(huì)造成水壓的變化，當(dāng)管內(nèi)氣壓變化速度小于水壓變化速度時(shí)，也會(huì)使氣腔內(nèi)部進(jìn)水，使測(cè)量產(chǎn)生誤差。

    綜上可知，在進(jìn)行工程作業(yè)時(shí)，需要聯(lián)系或間斷的增加氣腔內(nèi)的氣體，從而有效地防止氣腔進(jìn)水。（本文相關(guān)產(chǎn)品推薦：磁翻板液位計(jì)）

4.2 氣源氣體補(bǔ)給量的確定

    因?yàn)槭浅?，氣管?nèi)氣壓壓強(qiáng)不大，所以使用理想氣體的克拉伯龍方程來推導(dǎo)。設(shè)v1為氣管的內(nèi)截面積（m2），l為長(zhǎng)度（m），h為氣容的高度（m），s為內(nèi)截面積（m2），那么，lv1+hs為氣腔體積（m3），設(shè)h1為氣腔出口的初始水頭（m），P1時(shí)間后水頭上漲到h2=h1+Δh，對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)為P2（Pa）。

    假設(shè)t為水位變化前后的恒定溫度，在水位變化的過程中，氣體一直沒有從氣腔出口溢出，而且氣容在水位上升以后也并沒有進(jìn)水。

    設(shè)水位變化前后，氣腔（氣管和氣室內(nèi)部可容氣體的空間）內(nèi)氣體量分別為n1和n2

    所以，在水位漲率未知的情況下，適當(dāng)增加恒流氣源單位時(shí)間內(nèi)的供氣量或延長(zhǎng)間斷性氣源泵氣時(shí)間可以有效地減小測(cè)量的誤差。

5 氣腔結(jié)構(gòu)造成的測(cè)量誤差分析

    在一般情況下，氣管和氣容兩部分構(gòu)成了氣泡水位計(jì)的氣腔，氣管和氣容兩部分是相互連通的，氣腔的下面就是氣容，其出氣口也再氣容得下端面，并淹沒于水下。氣管的型號(hào)由水位計(jì)的型號(hào)決定，氣容由廠家配置或用戶自己加工。為了分析氣容的作用，本文用一個(gè)特例分別就氣腔無(wú)氣容和有氣容兩種情況進(jìn)行誤差計(jì)算，通過誤差對(duì)比說明氣容具有減小測(cè)量誤差的作用，同時(shí)分析氣容結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與誤差之間的關(guān)系。假設(shè)水位在很短的時(shí)間內(nèi)有上漲現(xiàn)象，氣腔內(nèi)部壓強(qiáng)從P變?yōu)镻+P1，設(shè)x為無(wú)氣容時(shí)氣管內(nèi)進(jìn)水深度，x為有氣容時(shí)氣容內(nèi)的進(jìn)水深度,設(shè)氣容的橫截面是氣管的k倍（即氣容的橫截面為kv1），用玻馬定律來對(duì)比分析兩種情況下氣腔內(nèi)的進(jìn)水深度。

    對(duì)于無(wú)氣容的情況：

6 減小測(cè)量誤差的方法

    氣泡水位計(jì)的測(cè)量誤差是多種誤差疊加。針對(duì)水的動(dòng)壓造成的測(cè)量誤差，可采取兩種解決措施：（1）平行氣腔下端面與水流方向，降低水流產(chǎn)生的動(dòng)壓影響。（2）可在氣容上游砌擋水墻，減緩測(cè)量點(diǎn)水的流速。針對(duì)氣體補(bǔ)給不足造成的測(cè)量誤差，也可取兩種解決措施：（1）增加氣體供給，氣源為恒流源時(shí)，增加單位時(shí)間內(nèi)的供氣量，保證任何時(shí)刻都滿足（4）式，氣源為間斷性氣源時(shí)，延長(zhǎng)每次泵氣的時(shí)間，保證任何時(shí)刻都滿足（5）式；（2）在不影響測(cè)量的情況下縮短氣管長(zhǎng)度L，減少氣體的需求量。而針對(duì)氣腔結(jié)構(gòu)不合理造成的測(cè)量誤差，可采取兩種解決措施：（1）倘若氣腔沒有氣容就增加氣容；（2）優(yōu)化氣容結(jié)構(gòu)。從（8）式可知，減小H值，增大k值，可以進(jìn)一步減小測(cè)量誤差，既合理增大氣容的橫截面，同時(shí)降低氣容的高度，注意氣容結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不應(yīng)增大氣容的容積。

7 結(jié)語(yǔ)

    氣泡水位計(jì)有其自身的適應(yīng)環(huán)境和安裝要求，充分分析測(cè)量誤差成因并采取相應(yīng)措施一定可以把誤差減小到zui小，發(fā)揮其應(yīng)有的測(cè)量功能。