压差式静力水准仪液压静力水准仪

　　HR8066/67型高精度静力水准仪适用于要求较高的垂直位移或沉降变形监测，可监测到0.01mm的液位变化。仪器由一系列含有液位传感器的容器组成，多个容器间由充满液体的连通管连接在一起。基准容器位于稳定的基准点上，任何一个容器与基准容器间的高程变化都将引起相应容器内的液位变化。通过测量液位变化即可获取测点的高程变化。

　　HR8066/67型高精度静力水准仪采用全球范围内品质压力敏感元件，静力水准仪产品采用-20-60℃度整机多点全量程温度补偿工艺，具有测量精度高、无漂移、可靠性强、安装方便等优点。密封的外壳防潮性能好，可在相对湿度环境下长期连续工作。

　　2. 静力水准仪技术参数

　　①.主要性能指标

　　标准量程：1000mm或其他

　　精 度：＜±0.3mm

　　分 辨 率：0.01mm

　　年稳定性：＜±0.5mm

　　过载能力：200％F?S

　　②.温度特性

　　工作温度范围：-20～85℃

　　温度补偿范围：-20-60℃

　　温度传感器：

　　测温范围-40～150℃

　　测温精度±0.2℃

　　③.电气特性

　　电气连接：防水四芯插件

　　供电电压：5～24VDC（HR8066）

　　12～24VDC（HR8067）

　　输出信号：MODBUS-RUT（HR8066）

　　4～20mA（HR8067）

　　电源防护：防反接、过压保护

　　通信接口：RS485，静电保护

　　④.结构特性

　　外壳材料：铝合金

　　管路接头：不锈钢快速接头或不锈钢螺纹锁紧接头

　　⑤.环境特性

　　防护等级：IP67

　　安装方式：排气阀朝上垂直固定安装

　　3.静力水准仪电气连接

　　HR8066：

　　红色---电源+

　　黄色---电源-

　　蓝色---RS485-A

　　绿色---RS485-B

　　HR8067：

　　红色---DC24V+

　　蓝色---4～20mA输出（GND）

　　液位式静力水准仪与压差式静力水准仪 原理及性能比较

　　一、测量原理

　　静力水准沉降监测原理：利用连通器原理，将基准点与监测点液体灌相互连通，实时 测量监测点与基准点的相对压力变化（或液位变化），计算出监测点相对于基准点的沉降 量。监测点沉降量的计算公式为：

　　????? = ??0 ? ????（公式 1）

　　上式中：?????为第 i 个监测点的沉降量；??0为基准点的液位高度变化量；????为第 i 个

　　监测点的液位高度变化量。公式推导过程请见“静力水准系统沉降量公式推导.pdf”。

　　目前，各式各样的静力水准沉降监测仪均是在获取液位高度方面采用了不同的技术， 其沉降计算方法均是上式（1）。

　　（1）直接液面测量法 在静力水准仪顶部安装向下的测距传感器，非接触方式测量液面变化。非接触测量距离有激光测距仪和超声波测距仪等。激光测距仪需要液面将激光点反射回去，对液体反光 度有严格要求（透明液体不行），而超声波液面距离测量则无液体反光性能的要求，但因超 声波形为喇叭发散型，要求监测仪内部有足够的横向空间，避免侧壁对声波的反射。

　　（2）浮球法 在监测仪内液体表面放置密度低于液体的浮球体，实时测量浮球的高度变化。磁致伸缩技术是这一原理的典型应用。另外，还有一种通过浮子高度变化带动滑轮转动的测量机 构，通过测量滑轮转角变化间接计算浮子高度变化的应用也较为常见。

　　（3）浮力法 与浮球法类似，在监测仪内液体表面放置密度低于液体的浮球体（浮子），通过力传感器测量浮子所受到浮力的变化来间接计算出液位变化量。测量力的传感技术有很多，如： 振弦式应力传感器、光纤光栅应力传感器、电容应力力传感器等。

　　（4）液压法

　　在监测仪底部安装液体压力传感器，通过测量液体压力间接计算出液位高度值。液体 压力传感器的传感技术有很多，如：应变片式压力传感器、硅电阻压力传感器等。

　　二、性能比较

　　讨论静力水准沉降监测系统的性能，无非是指沉降的测量精度，而沉降量的精度又取 决于每个监测点的液位高度变化量的测量精度。

　　2.1 液位高度的定义 利用连通器测量相对沉降的本质是压力变化，而非液位变化。如：某点的温度升高导致液体体积变大、液位升高，但实际上此点没有发生沉降变形，若以液位高度变化量来计算则可得出“此点发生了沉降”的结论，显然是错误的。正确的处理方法应为：根据当前 温度，将液体高度进行修正，修正后的液位高度称为“表征液体高度”，计算沉降量时应 使用表征液体高度，而非实际测量到的物理意义上的液体高度。详见：“静力水准中的伪 液体高度.pdf”。在静力水准沉降监测系统中，仅“表征液体高度”是有计算意义的，而 “物理液位高度”没有计算意义。从前述某个监测点的沉降量计算公式角度来分析，公式 里使用的各个高度或高差，均是指“表征液位”。

　　例：水的密度从 5℃~35℃会变化 0.5%左右，即体积（高度）会改变 0.5%，若 5℃时液 位是 1000mm（1 米），则 35℃时会变为 1005mm，如果直接用这个物理液位变化来计算沉降 量，则得到的结论是“此点发生了 5mm 的沉降”，显然是错误的。

　　2.2 测量“表征液位”高度时的影响因素

　　（1）直接液面测量法 无论是激光漫反射还是超声波测距，测量到的均是物理学中定义的“物理液位高度”，进行沉降量计算前均需修正为“表征液位高度”才能计算沉降量。这种测量方法表面上看“似乎”很直接，实际上在静力水准测量系统中缺陷不言而喻。另外，激光测距需 要使用反光性能很好的液体，超声波测距需要仪表内部有足够的空间以保证垂直方向的量 程，造成仪器直径变大。

　　（2）浮球法 浮球在监测仪内不可避免的存在与内部其它构件的接触，必然存在因物理接触引起的摩擦阻力，摩擦阻力大小与浮球体与其它构件的接触形式、接触面积、接触角度有关，阻力大小随机性较大，导致浮球跟随液面运动的灵敏度下降且不可控，随机误差增多。另一 种利用浮球+滑轮的测量机构，滑轮轴承同样存在摩擦力随时间而改变的问题导致未知量级 的系统误差。浮球法同时也存在上述“物理液位高度”、“表征液位高度”的问题。

　　（3）浮力法（浮子法） 浮力法实际上是在测量因液体高度变化导致的浮子受到浮力的变化，本质是在测“力”，液体温度导致的液位变化不会引起浮力的变化，故此这种方法从测量原理层面回避了“物理液位高度”与“表征液位高度”不一致的问题。这种测量方法存在浮子与其

　　构件摩擦力问题。

　　（4）压力法

　　直接基于连通器测量沉降基本原理，使用压力传感器测量各点压力变化，压力变化转 换为液体高度变化后即是“表征液位差”，可直接用于沉降量计算，这一优点与浮力法完全 相同。另外，由于是测量压力，不存在仪器内部液位真实变化的情况，故可对监测仪体积 没有要求，可以做成便于携带安装的小型设备。（前述三种类型的静力水准仪必须有足够的 高度，以满足沉降变形时内部液位变化的原理层面的需要）。