用一根塑料导线测量水池水位

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本文介绍一种测量0~4米水池水位的方法。将一根4米长的塑料绝缘导线头部密封,下面捆一重物,垂直放入水池作为水位测量探头,通过仪表连续反映0~4米水位的变化数值。

图1
图1 🔍原图 (665×290)

仪表的工作是基于电容充放电原理,如图1所示:放入水池里的塑料导线,随水池水位的升降,其对地电容也随之改变,设变化的电容为C\(_{x}\),当电源电压E为正半周时,二极管D2导通,D\(_{1}\)截止,电流i2经D\(_{2}\)对Cx充电;在负半周时二极管D\(_{1}\)导通、D2截止,电容C\(_{x}\)放电电流i1流经D\(_{1}\)。因此在工频脉冲宽度足以使电容Cx充放电过程进行结束的情况下,通过表头M的平均电流为:

I=0.5E1;2πfC\(_{x}\)=Eπf·Cx

实际上,由于引出的传输线,存在着对地的起始电容C\(_{o}\),为了使表头能准确地指示被测电容Cx,使其在最低水位时指示为零,需采用二极管桥式测量电路,以抵消由起始电容C\(_{o}\)所产生的电流,如图2所示。

图2
图2 🔍原图 (842×460)

电源E分别对(C\(_{o}\)+Cx)和(C\(_{d}\)+Ce)进行充放电,那么表头指示的平均电流为:

I=I\(_{2}\)-I3

其中 I\(_{2}\)=Eπf·(Co+C\(_{x}\))

I\(_{3}\)=Eπf·(Ce+C\(_{d}\))

当 C\(_{e}\)+Cd=C\(_{o}\)时,

则 I=Eπf〔(C\(_{o}\)+Cx)-(C\(_{e}\)+Cd)〕=Eπf·C\(_{x}\)

所以表头指示的平均电流值正比于被测电容变化值,这样就达到了测量水位的目的。

安装时,用作测量探头的塑料绝缘线要垂直放到水池底(水池是用水泥制的),在测量探头的引下处应避免靠近池壁,以尽量减少起始电容的附加误差。引出线采用双心塑料线架空至水池,避免与大地靠近,保持对地距离4米以上。双心塑料线的二根心线,一根接至水池塑料绝缘线,接头处注意不允许漏电;另一根线头部用火烧熔塑料,使它密封起来,作为抵消探头引出线的对地起始电容,安装完毕,将被测水池的水位降至最低,然后调整单联可变电容C\(_{e}\),使表头指示的电流值为零。再将水池水位上升至4米,调整分流电阻R,使表头指示为满刻度。在此上下限之间,按所需显示的水位值标出刻度,这样重复调整二、三次后,基本能保证仪表指示准确。(余龙泉)