JP2855423B2 - Water level measurement method and apparatus using water column pressure measurement - Google Patents
Water level measurement method and apparatus using water column pressure measurementInfo
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- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、水柱圧を測定し
て、水位を測定する技術と関連されたものであって、河
川、貯水池、地下水の水位、更に、海辺の畔の潮位を測
定するのに主に活用されるものである。勿論、他の液体
の水深測定にも活用される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for measuring a water column pressure to measure a water level, and measures a water level of a river, a reservoir, a groundwater, and a tide level on the shore of a seaside. It is mainly used for Of course, it is also used for measuring the depth of other liquids.
【0002】[0002]
【従来の技術】水深を水柱圧にて測定して、水位を計算
する水柱圧水位計として知られているものには2種があ
る。最も初期に実現しようとしたものが気泡式(bub
ble)水位計であり、現在、実用化され最も広く使用
されているものは圧力センサーを水中に一定なる深さに
設置するように成されている圧力センサー式水位計であ
る。2. Description of the Related Art There are two types of water column pressure gauges that measure water depth by measuring the water column pressure and calculate the water level. The earliest thing that we tried to realize was the bubble type (bub
ble) A water level gauge, the most widely used and practically used one at present, is a pressure sensor type water level meter which is configured to install a pressure sensor at a constant depth in water.
【0003】水柱圧水位計の最も大いなる長点は、浮子
水位計に比すれば、設置費が甚だ少ないとのことであ
る。浮子水位計は、垂直にてのみ動作するため必ず垂直
塔を建設しなければならないとか、又は、垂直水位測定
井を建設しなければならなかった。(垂直塔、垂直水位
測定井は水位波動を鎮静せしめる役割をなす。)[0003] The greatest advantage of the water column pressure gauge is that the installation cost is significantly lower than that of the float gauge. Float level gauges only work vertically, so a vertical tower had to be built, or a vertical water level well had to be built. (Vertical towers and vertical water level measurement wells play a role in calming water level waves.)
【0004】しかし、水柱圧水位計は、図1(a)、
(b)において示したように、前記した建設物が必要無
く、設置費が甚だ少なく所要される。[0004] However, the water column pressure gauge is shown in FIG.
As shown in (b), the above-mentioned construction is not required, and the installation cost is extremely low.
【0005】圧力センサー水位計は図1(a)のように
圧力センサーPを一定な水深に設置するために、圧力セ
ンサーに電源を供給し、その出力を伝達するケーブル線
を河川、貯水池の麓に沿って配線すれば良いし、ケーブ
ル線内に大気圧Paを補償する細いパイプ管が内蔵され
ている。As shown in FIG. 1 (a), a pressure sensor water level gauge supplies power to the pressure sensor and installs a cable for transmitting the output to a river or a reservoir at the foot of the reservoir in order to install the pressure sensor P at a constant water depth. And a thin pipe tube for compensating the atmospheric pressure Pa is built in the cable line.
【0006】気泡式水位計の場合には、水柱圧測定管を
図1(b)のように、一定な深さまで麓に沿って、設置
すれば良い。In the case of a bubble type water level gauge, a water column pressure measuring pipe may be installed along the foot to a certain depth as shown in FIG.
【0007】水柱圧γh(γ−水の比重)を圧力センサ
ーPにて測定するとか、気泡式である場合は水柱圧側定
管に浸った水を排出するのに必要な圧力を測定して水深
hを求め、水位Hを次のように測定する。 H=H0 −h (1) ここで、H0は、ある基準点の海抜高である。従って、
測定するのは水深hだけであるので、以後は、水深h測
定に対してのみ言及する。When the water column pressure γh (γ-specific gravity of water) is measured by a pressure sensor P, or in the case of a bubble type, the pressure required to discharge water immersed in the water column pressure side constant pipe is measured to determine the water depth. h is determined, and the water level H is measured as follows. H = H 0 −h (1) Here, H 0 is a sea level at a certain reference point. Therefore,
Since only the water depth h is measured, hereinafter, only the water depth h measurement will be referred to.
【0008】設置費が低廉であるとの長点の外に、河
川、貯水池の水が冬季に凍ってしまえば、浮子水位計は
動作できないけれども水柱圧水位計は氷層の下にある水
の水位も測定することができるとの長点がある。このよ
うな大きな長点があるのにも拘らず、水文観測用にて水
柱圧水位計があまりに広く使用されていない。この基本
原因は次の通りである。[0008] In addition to the advantage that the installation cost is low, if the water in rivers and reservoirs freezes in winter, the float water level gauge cannot operate, but the water column pressure water level gauge cannot operate. The advantage is that the water level can also be measured. Despite these major advantages, water column pressure gauges have not been widely used for hydrological observations. The basic causes are as follows.
【0009】[0009]
1)水深測定誤差が大きい。水深測定誤差が大きい原因
は次の通りである。水中圧力センサーを使用する場合、
圧力センサーに加えられる圧力は、次の通りである。1) The depth measurement error is large. The cause of the large depth error is as follows. When using a submersible pressure sensor,
The pressure applied to the pressure sensor is as follows.
【数13】 (2)(Equation 13) (2)
【0010】従って、水深hは次の通りである。Accordingly, the water depth h is as follows.
【数14】 (3) ここで、γ−水深h区間における水の比重であり、Pa
−水面に作用している大気圧だが空気の成分、風速に従
って、随時に変わる水表面における大気圧である。水の
比重γは、水の温度に従って変わり、特に、浮遊物質の
濃度に従って変わるのである。[Equation 14] (3) where, a specific gravity of water in γ- depth h intervals, P a
-Atmospheric pressure acting on the water surface, but it changes at any time according to the composition of air and the wind speed. The specific gravity γ of water varies according to the temperature of the water, and in particular, varies according to the concentration of suspended solids.
【0011】河川、貯水池の水の温度は水深に従って温
度分布範囲が+4℃〜25℃になる。純粋な水の比重を
見れば、γ4°C=1.0、γ25°C=0.990707
g/cm3の範囲において変わる。γ=1.0を式
(3)に代入して、水深を測定するとすれば、これに困
る水深測定誤差は0.93%に達することになる。勿
論、h区間における水の平均温度が25℃になる場合は
甚だ稀である。しかし、h区間における水の平均温度が
t=18℃程度になるのは、貯水池において有りふれて
見られるのである。[0011] The temperature distribution of the water in rivers and reservoirs ranges from + 4 ° C to 25 ° C according to the water depth. Looking at the specific gravity of pure water, γ 4 ° C = 1.0, γ 25 ° C = 0.990707
g / cm 3 range. If γ = 1.0 is substituted into Equation (3) to measure the water depth, the troublesome water depth measurement error reaches 0.93%. Of course, it is extremely rare that the average temperature of water in the section h becomes 25 ° C. However, the average temperature of the water in the section h is about t = 18 ° C. is very common in the reservoir.
【0012】γ18°C=0.99862であるところ、
これを式(3)に代入するとすれば、水深測定誤差は
0.14%にもなる。若しも、h=10mであれば、h
の測定絶対誤差はΔh=1.4cmにもなる。Where γ 18 ° C = 0.99862,
If this is substituted into the equation (3), the water depth measurement error is as high as 0.14%. If h = 10m, h
Is as large as Δh = 1.4 cm.
【0013】また、水の温度変化の外に浮遊粒子濃度の
影響も大きい。地域によって異なるけれども、浮遊粒子
濃度が5g/lになるのは普通である。即ち、5×10
-3g/cm3になる。このような濃度変化による水の比
重変化に伴う水深誤差は、0.5%もっと増加する。こ
れを考慮するとき、前記例において水深測定誤差は5c
mを超過するようになる。In addition to the temperature change of the water, the influence of the suspended particle concentration is great. It is common for suspended particle concentration to be 5 g / l, depending on the region. That is, 5 × 10
-3 g / cm 3 . The water depth error accompanying the change in specific gravity of water due to such a concentration change increases by more than 0.5%. When considering this, in the above example, the depth measurement error is 5c.
m.
【0014】このような誤差の外に、大気圧Paの補償
誤差も小さくない。大気圧Paを補償するために、圧力
センサーを連結するケーブル線に、地上の大気圧を圧力
センサーに伝達する細いパイプ管が内蔵されているが、
地上における大気圧変化と、水面における大気圧変化が
同一でない。大気圧補償管上部末端に湿気を吸収するフ
ィルターが付いていて、風が吹かないボックスに設置さ
れている場合、この地点における大気圧と水表面におけ
る大気圧との間に無視できない程度の差異が生ずる。勿
論、圧力センサーの誤差もある。このような誤差等によ
って水深h測定誤差は次の通りである。In addition to such errors, the compensation error of the atmospheric pressure Pa is not small. To compensate for the atmospheric pressure Pa, a thin pipe tube that transmits the atmospheric pressure on the ground to the pressure sensor is built in the cable line connecting the pressure sensor,
Atmospheric pressure change on the ground is not the same as atmospheric pressure change on the water surface. If the upper end of the atmospheric pressure compensator has a filter that absorbs moisture and is installed in a box that does not blow, there is a considerable difference between the atmospheric pressure at this point and the atmospheric pressure at the water surface. Occurs. Of course, there is also an error in the pressure sensor. Due to such errors and the like, errors in measuring the water depth h are as follows.
【0015】[0015]
【数15】 (4) ここで、δP−圧力センサーの誤差(0.005〜0.
1%)、δγ−水の平均比重測定誤差、δPa−大気圧補
償誤差である。これに因って水深測定絶対誤差△hが±
10cmを超過する時が多い。(Equation 15) (4) where, [delta] P - pressure sensor error (0.005 to 0.
1%), δγ-error in measuring the average specific gravity of water, δ Pa -error in atmospheric pressure compensation. As a result, the absolute error 水 h
It often exceeds 10 cm.
【0016】気泡式にて水深を測定する場合は水柱圧測
定管に満たされている水を完全に排出するのに必要な気
体(空気)の圧力を測定するが、この圧力をPmである
とすれば、水柱圧との関係は次の通りである。 γh=Pm+△Pm (5) △Pmに対しては、後に詳細に説明することにする。△
Pmは、図1(b)に表示した高さh0における気柱圧で
あるが、△Pmは気体の温度、Pmに従って変わる変数
である。空気の比重が1気圧、20℃時、約1.2×1
0-6kg/cm3程度に小さいとして気柱圧を無視すれ
ば、水深測定誤差が大きく現れる。When measuring the water depth by the bubble method, the pressure of gas (air) required to completely discharge the water filled in the water column pressure measuring tube is measured. Then, the relationship with the water column pressure is as follows. γh = P m + ΔP m (5) ΔP m will be described later in detail. △
P m is the air column pressure at the height h 0 shown in FIG. 1B, while ΔP m is a variable that changes according to the gas temperature and Pm. When the specific gravity of air is 1 atm and 20 ℃, about 1.2 × 1
If the air column pressure is ignored assuming that the air column pressure is as small as about 0 -6 kg / cm 3, a large error in water depth measurement appears.
【0017】勿論、水の比重γを正確に判らない条件に
おいて補充的誤差が生ずる。△Pmを無視すれば、水中
圧力センサーを使用する水柱圧水位計より誤差がもっと
大きくなる。Of course, a supplementary error occurs under the condition that the specific gravity γ of water is not accurately determined. △ Ignoring P m, the error is much larger than the water column pressure water level meter to use the water pressure sensor.
【0018】2)補修運営が不便である。圧力センサー
を水中に設置した時、時間が経過するにつれてセンサー
に水中植物、微生物層、微粒子等の層積層等が形成され
る。従って、周期的にセンサーにを洗浄しなければなら
ない。又、使用されるセンサーは精密度が高いものであ
るために、周期的に特性矯正検査を成さなければならな
い。従って、随時に水中作業を遂行して、洗浄もしなけ
ればならないし、又、センサーを地上に引き揚げ矯正検
査を成し、更に、水中に設置しなければならない。2) Repair operation is inconvenient. When the pressure sensor is installed in water, an underwater plant, a microbial layer, a layer stack of fine particles and the like are formed on the sensor as time elapses. Therefore, the sensor must be periodically cleaned. In addition, since the sensors used have a high degree of precision, characteristic correction inspections must be periodically performed. Therefore, the underwater work must be performed and washed at any time, and the sensor must be pulled up to the ground to perform a correction inspection and further installed underwater.
【0019】このように、常設水位観測所用にて使用す
る時、補修運営が不便であり、補修運営費も浮子水位計
に比すればはるかにもっと多くかかる。As described above, the repair operation is inconvenient when used at the permanent water level observation station, and the repair operation cost is much higher than that of the float water level gauge.
【0020】地下水水位測定周期は長いために(例:1
0日に一度)地下水水位測定観測網を観測員が巡回しな
がら、手動にて水位を測定するのが普遍化されている。Since the groundwater level measurement cycle is long (eg,
It is common practice that observers patrol the groundwater level measurement observation network once a day to manually measure the water level.
【0021】このような場合、若しも地上から地下水面
まで何10m、100mを超過する場合、100mにも
なるケーブル線に連結された圧力センサーを携帯するこ
とが難しいし、又圧力センサーを一定なる位置に設置す
るための作業も、甚だ複雑であり、時間も多くかかるの
である。従って、圧力センサー水位計を測定範囲が大き
い時、携帯用として使用することが困難である。In such a case, if the distance from the ground to the groundwater level is more than tens of meters or more than 100 meters, it is difficult to carry a pressure sensor connected to a cable line that is as long as 100 meters. The work to install it at a certain location is also extremely complicated and takes a lot of time. Therefore, it is difficult to use the pressure sensor water gauge as a portable device when the measurement range is large.
【0022】唯、水位自動記録のために臨時に、例え
ば、1カ月間詳細に水位変動を研究する時には使用する
のが便利である。このように、補修運営の複雑性によっ
て、広く使用されていないのである。However, it is convenient to use it temporarily for automatic water level recording, for example, when studying the water level fluctuation in detail for one month. Thus, it is not widely used due to the complexity of repair operations.
【0023】気泡式水位計の場合、圧力計等全てのもの
が地上にあるために、補修運営が簡単であり、又、最小
限毎日1、2回水位を測定する条件において、水位圧測
定管に微生物層が生ずるとしても測定管が詰まらない。
水中圧力センサーを使用して水深を測定するものに比し
て、はるかに便利であり、設置費も少なく所要される。In the case of the bubble-type water level gauge, the repair operation is simple because all the pressure gauges and the like are on the ground, and the water level pressure measuring pipe is used under the condition that the water level is measured once or twice a day at a minimum. Even if a microbial layer is formed, the measuring tube is not clogged.
It is much more convenient and requires less installation cost than one that measures water depth using a submersible pressure sensor.
【0024】唯、常設水位観測箇所において、水位自動
記録を成す時、又は、遠隔測定を成す時は必ず圧力気
体、又は圧縮空気が必要であることが最も大きい欠点で
ある。産業用電源がある場合には、小型空気圧縮機を使
用することができるけれども、電源がない条件において
は圧縮気体筒が必要である。従って、周期的に圧縮気体
筒を充満するとか、交替しなければならないといった不
便性はあるけれども気体消費量を甚だ少なく成すことが
でき、交替期間を1年以上保障することができる。However, at the permanent water level observation point, when the water level is automatically recorded or when the remote measurement is performed, the most serious disadvantage is that a pressurized gas or compressed air is always required. If there is an industrial power supply, a small air compressor can be used, but in the absence of a power supply, a compressed gas cylinder is required. Therefore, although there is the inconvenience that the compressed gas cylinder must be periodically filled or replaced, the gas consumption can be significantly reduced, and the replacement period can be guaranteed for one year or more.
【0025】携帯用にて観測箇所を巡回しながら水位を
測定する時は、簡単な手動空気ポンプと、水位計だけ携
帯すれば良い。水柱圧測定管は内径が小さい(φ2〜4
mm)プラスチックにて成された、値が低廉なパイプ管
を、常設にて設置して置けば良い。When measuring the water level while traveling around the observation site with a portable device, it is sufficient to carry only a simple manual air pump and a water level meter. The water column pressure measuring tube has a small inner diameter (φ2-4
mm) A low-priced pipe made of plastic may be permanently installed and placed.
【0026】若しも、測定誤差を顕著に低下せしめるこ
とができるとすれば、水柱圧水位計の中で気泡式がもっ
と利用価値が大きくて便利である。If the measurement error can be significantly reduced, the bubble type is more useful and convenient among water column pressure gauges.
【0027】[0027]
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、水柱圧
を測定する水位計の共通的なる欠点でもある、測定しよ
うとする水深区間における水の比重変化に伴う水位測定
誤差が大きいのを補完する水柱圧水位計を提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a water level gauge for measuring a water column pressure which has a common disadvantage, that is, a large water level measurement error accompanying a change in specific gravity of water in a depth section to be measured. It is to provide a complementary water column pressure level gauge.
【0028】本発明の他の目的は、水柱圧を測定する圧
力計の誤差に因って水位測定全範囲内において、一定な
測定許容誤差を保障することができない欠点を補完した
水柱圧水位計を提供することにある。Another object of the present invention is to provide a water column pressure level gauge which compensates for a drawback that a constant measurement tolerance cannot be guaranteed in the entire range of water level measurement due to an error of a pressure gauge for measuring a water column pressure. Is to provide.
【0029】本発明の又、他の目的は、精密であり、気
体消費量が小さい気泡式水位計を提供することにある。Yet another object of the present invention is to provide a precision bubble gauge with low gas consumption.
【発明の実施の形態】本発明を添付図面に基づき詳細に
説明すれば次の通りである。本発明の一番目の目的であ
る、水の比重測定方法を説明する図面を図2a、bに示
した。図2aは、水中圧力センサーを使用する場合であ
り、図2bは、気泡式にて水柱圧を測定する場合を示し
た。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Drawings explaining the first object of the present invention, a method for measuring the specific gravity of water, are shown in FIGS. FIG. 2A shows a case where a submersible pressure sensor is used, and FIG. 2B shows a case where a water column pressure is measured by a bubble method.
【0030】図2aにおいて、水深h1と水深h2位置に
圧力センサー1´1と11を設置する。高度差 △h=h
2−h1は、常数であり予め正確に測定された値である。
水中圧力センサー11を使用して、水柱圧γ2h2に該当
する圧力P2を測定して圧力センサー1´1を利用して、
γ1h1に該当される圧力P1を測定する。[0030] In Figure 2a, placing the pressure sensor 1 '1 and 1 1 water depth h 1 and the water depth h 2 position. Altitude difference Δh = h
2 -h 1 is a Constant in advance precisely measured values.
Using water pressure sensor 1 1, by using the pressure sensor 1 '1 measures the pressure P 2 corresponding to the water column pressure gamma 2 h 2,
measuring a pressure P 1 that is corresponding to gamma 1 h 1.
【0031】h1区間における水の平均比重γ1とh2区
間における水の比重γ2は相互に異なるものである。し
かし、γ1をγ2にて次のように表現することができる。[0031] h 1 specific gravity gamma 2 of water in the average density gamma 1 and h 2 section of the water in the section are those different from each other. However, γ 1 can be expressed as γ 2 as follows:
【0032】[0032]
【数16】 又は、γ2をγ1にて次のように表現することができる。(Equation 16) Or it can be expressed as: the gamma 2 at gamma 1.
【数17】 水柱圧P2と水柱圧P1との差を測定すれば次の通りであ
る。[Equation 17] By measuring the difference between the water column pressure P 2 and the water column pressure P 1 is as follows.
【数18】 ここで、γ2を求めれば、次の通りである。(Equation 18) Here, if γ 2 is obtained, it is as follows.
【数19】 (6)[Equation 19] (6)
【0033】このような方法にてγ1を次のように求め
ることができる。With such a method, γ 1 can be obtained as follows.
【数20】 (7)(Equation 20) (7)
【0034】しかし、δγ12' δγ21' 更に、h1、
h2を知らない条件において、実際に知らない条件にお
いて、実際に使用することができる比重測定式は次の通
りである。 γ´2=△P21/△h (8) 又は、 γ´1=△P21/△h (9)However, δγ 12 ′ δγ 21 ′ and h 1 ,
under conditions that do not know h 2, in not actually known conditions, the specific gravity measurement equations that can actually be used is as follows. γ ′ 2 = △ P 21 / △ h (8) or γ ′ 1 = △ P 21 / △ h (9)
【0035】従って、一定な誤差で水の比重γ1又は、
γ2を測定することができる。式(8)と(9)は水中
圧力センサーが正確に水柱圧P=γhを測定する時の式
である。だが圧力センサーに作用する水面の大気圧を大
気圧補償管を利用して補償する場合は後に説明する他の
式を使用しなければならない。Therefore, the specific gravity of water γ 1 with a certain error or
It can be measured gamma 2. Equations (8) and (9) are equations when the underwater pressure sensor accurately measures the water column pressure P = γh. However, if the atmospheric pressure acting on the water surface acting on the pressure sensor is compensated by using an atmospheric pressure compensating pipe, another equation described later must be used.
【0036】気泡式である場合、図2bに示したところ
のように、2個の水柱圧測定管(31)と(41)を高度
差△hにて設置する。更に、(31)と(41)に浸った
水を排出するのに必要な圧力Pm1と、Pm2を気体圧力
計(2´1)と(21)にて測定してh2区間の水の比重
γ´2を測定する方法である。気泡式にて水の比重を測
定する測定式は、式(8)と異なっており、後に記述さ
れている。In the case of the bubble type, two water column pressure measuring tubes (3 1 ) and (4 1 ) are installed at an altitude difference Δh as shown in FIG. 2b. Furthermore, (3 1) and the pressure Pm 1 required to discharge the (4 1) in the submerged water, measured at the Pm 2 gas pressure gauge (2 '1) and (2 1) h 2 This is a method of measuring the specific gravity γ ′ 2 of water in a section. The measurement formula for measuring the specific gravity of water by the bubble method is different from the formula (8), and will be described later.
【0037】これから先は、γ´2を測定して水深h2を
測定することとする。式(8)に従って測定された比重
γ´の誤差は、圧力差 △P21と △h 測定誤差を参
酌しなければ次の通りである。From now on, γ ′ 2 is measured to measure the water depth h 2 . Error of the measured specific gravity γ'according to equation (8), unless consideration the △ h measurement error and the pressure difference △ P 21 is as follows.
【0038】[0038]
【数21】 (10) 表1に水の比重測定方法誤差を示した。表1は、h2 =
10m、水の表面層の温度t0=24℃、h2=10m深
さにおいて18℃と15℃である時、即ち、温度差が△
t=6℃と9℃である時 h1/△h 比率の変化に伴
うγ´2測定誤差が記録されている。唯、水深に従って
線形的に水の温度が変わると仮定した。浮遊物質の濃度
が大きいければ大きいほど、γ´2 測定誤差はもっと小
さくなるために、表1に提示された誤差は最悪の場合で
ある。(Equation 21) (10) Table 1 shows errors in the specific gravity measurement method of water. Table 1 shows that h 2 =
10 m, the temperature of the surface layer of water t 0 = 24 ° C., and h 2 = 10 ° C. at a depth of 10 m, ie, the temperature difference is △
At t = 6 ° C. and 9 ° C., the γ ′ 2 measurement error accompanying the change in the h 1 / Δh ratio is recorded. However, it is assumed that the temperature of the water changes linearly according to the water depth. The error presented in Table 1 is the worst case, because the higher the concentration of suspended matter, the smaller the γ ′ 2 measurement error.
【0039】冬の季節に特に、氷が生じた際凍りついた
表面の下の水の水深に伴う温度差は6〜9℃よりはるか
に小さくなる。従って、表1に指摘された測定方法誤差
は期待することができる最大値であると見なされる。In the winter season, especially when the ice is formed, the temperature difference with the depth of water below the frozen surface is much smaller than 6-9 ° C. Therefore, the measurement method error pointed out in Table 1 is considered to be the maximum value that can be expected.
【0040】[0040]
【表1】 [Table 1]
【0041】表1に示されるように、h1/△h 比率
が小さくなるに従って比重測定誤差が減少される。実際
には、h1/△hを小さく取ることができない。例え
ば、h1=2、h2=8mにてなし、水位がほぼ2m降下
すれば、測定管(31)は、動作しなくなる。従って、As shown in Table 1, the specific gravity measurement error decreases as the h 1 / Δh ratio decreases. In practice, h 1 / △ h cannot be made small. For example, when h 1 = 2 and h 2 = 8 m, if the water level drops by about 2 m, the measuring tube (3 1 ) will not operate. Therefore,
【0042】[0042]
【数22】 程度に成せばγ2測定誤差を δγ2<0.05%にて保
障することができる。水位が降下してh1 が減少される
条件において、(△h=const)比重測定誤差はも
っと小さく成る。(Equation 22) If this is achieved, the γ 2 measurement error can be guaranteed at δγ 2 <0.05%. Under conditions where the water level falls and h 1 is reduced, (Δh = const) the specific gravity measurement error becomes smaller.
【0043】例えば初期にh1=7m,h2=10m,△
h=3m時 δγ2=0.051%であり、水位が5m
降下してh1=2m,h2=5mになったとすれば、For example, initially, h 1 = 7 m, h 2 = 10 m, △
When h = 3 m, δγ 2 = 0.051%, and the water level is 5 m
If it descends and becomes h 1 = 2 m, h 2 = 5 m,
【数23】 になり、γ2測定誤差は(Equation 23) And the γ 2 measurement error is
【数24】 になる。(Equation 24) become.
【0044】前記において分析した誤差は、水の平均比
重測定方法の誤差であり、実際の測定誤差は圧力差△P
21、測定誤差δ△Pと△h 測定誤差δ△hがもっと追加
される。The error analyzed in the above is the error in the method of measuring the average specific gravity of water, and the actual measurement error is the pressure difference ΔP
21 , The measurement error δ △ P and △ h The measurement error δ △ h is added more.
【0045】総測定誤差は次の通りであると見なされ
る。The total measurement error is assumed to be:
【数25】 △h=3〜5mを±1mm誤差にて容易に測定すること
ができ、δ△h=0.03%〜0.02%を保障するこ
とができる。従って、圧力差△P21の測定誤差であるδ
△Pを減少せしめるのが重要である。(Equation 25) △ h = 3 to 5 m can be easily measured in the ± 1mm error, it is possible to guarantee δ △ h = 0.03% ~0.02% . Therefore, δ which is the measurement error of the pressure difference ΔP 21
△ It is important allowed to reduce the P.
【0046】圧力センサー式水位計において2個の圧力
センサー(11)と(1´1)を使用する条件において、
δ△Pを顕著に縮小せしめるためには2個の圧力センサ
ー特性が完璧に同一でなければならない。このような条
件において △P21=P2−P1演算にてセンサー自体の
誤差は相互に削除されるべきである。Under the condition that two pressure sensors (1 1 ) and (1 ′ 1 ) are used in the pressure sensor type water level meter,
In order to significantly reduce δ △ P , the characteristics of the two pressure sensors must be completely identical. Under such conditions, the errors of the sensors themselves should be mutually deleted by the calculation of ΔP 21 = P 2 −P 1 .
【0047】気泡式である場合、△Pm21を差圧計にて
直接測定することはできる。差圧計測定範囲はγ・△h
であるために、狭い測定範囲において、徹底的に矯正検
査して差圧測定誤差をIn the case of the bubble type, ΔP m21 can be directly measured by a differential pressure gauge. Differential pressure gauge measurement range is γ ・ △ h
Therefore, a thorough correction test is performed in a narrow measurement range to reduce the differential pressure measurement error.
【数26】 以下に保障することができる。このような場合、Σδγ
2<0.07% にて保障される。勿論、1個の圧力セ
ンサーを使用し、これで測定管(41)における圧力P
m2を測定し、次に、測定管(31)にて交換してPm1
を測定して、△Pm21を計算すれば、△Pm21の誤差はも
っと小さくなる。(Equation 26) The following can be guaranteed. In such a case, Σδγ
2 Guaranteed at <0.07%. Of course, one pressure sensor is used, which allows the pressure P in the measuring tube (4 1 ) to be
m 2 was measured and then replaced with a measuring tube (3 1 ) to replace Pm 1
Is calculated and ΔP m21 is calculated, the error of ΔP m21 becomes smaller.
【0048】このように、一定な高度差△hにて設置さ
れた2個の水中圧力センサー又は、2個の気泡式水柱圧
測定管を利用して比較的高い程度でh2区間の水の比重
を測定することができて、水深h2測定誤差を顕著に減
少せしめることができる。この時、As described above, by using two underwater pressure sensors or two bubble type water column pressure measuring tubes installed at a constant altitude difference Δh, the water in the h 2 section is relatively high. The specific gravity can be measured, and the water depth h 2 measurement error can be significantly reduced. At this time,
【数27】 程度選択するのが合理的である。[Equation 27] It is reasonable to choose a degree.
【0049】このように測定された水の比重γ´2を式
(3)と式(5)に代入すれば、水深h2 測定式は次の
通りになる。By substituting the specific gravity γ ′ 2 of water measured in this way into equations (3) and (5), the equation for measuring water depth h 2 is as follows.
【数28】 (11)[Equation 28] (11)
【0050】[0050]
【数29】 (12) (後に正確な測定式を記述することにする)(Equation 29) (12) (We will describe the exact measurement formula later.)
【0051】水の比重をいくら正確に測定するとして
も、水深h測定誤差はP2又は、Pm2圧力を測定する圧
力計の誤差δPに従って左右される。露天で動作する条
件において(周辺空気温度が−20〜+40℃程度変わ
る条件)圧力センサーの温度計数にて補正するとしても
圧力センサーの誤差を0.05〜0.1%以下に保障す
ることは難しい。No matter how accurate the specific gravity of water is, the measurement error of the water depth h depends on the error δ P of the pressure gauge for measuring the pressure P 2 or P m2 . Under open-air conditions (conditions in which the ambient air temperature changes by about -20 to + 40 ° C), it is not possible to guarantee the error of the pressure sensor to be 0.05 to 0.1% or less even if it is corrected by the temperature sensor of the pressure sensor. difficult.
【0052】測定しようとする水深が大きいければ大き
いほど、圧力センサーの誤差δPによる水深測定絶対誤
差△hが大きくなり許容誤差The greater the water depth to be measured, the greater the absolute error 水h in the water depth measurement due to the pressure sensor error δ P and the allowable error
【数30】 (例えば、±1cm)が与えられており、圧力センサー
の誤差δPと水の比重測定全体誤差であるΣδγ2(式
4)を判っているならば水柱圧式水位計の水深測定限度
hmaxを次の式により知り得る。[Equation 30] (For example, ± 1 cm), and if the error δ P of the pressure sensor and the total error of the specific gravity measurement of water, Σδγ 2 (Equation 4), are known, the water depth measurement limit h max of the water column pressure type water level gauge is determined. It can be obtained from the following equation.
【数31】 (13) ここで(Equation 31) (13) where
【数32】 である。(Equation 32) It is.
【0053】若し、許容誤差がIf the tolerance is
【数33】 であり、δh=0.1%=0.001であれば、hmax=
1000cm=10mになるであろう。[Equation 33] If δ h = 0.1% = 0.001, then h max =
1000 cm = 10 m.
【0054】本発明によれば、測定範囲△H=Hmax−
Hminがhmaxよりも何倍も大きい場合は、高度差△hに
て数個の水中圧力センサー、又は気泡式水柱圧観測管等
を設置して、水深を測定することができるべく成されて
いる。若し、高度差△hはAccording to the present invention, the measuring range ΔH = H max −
When H min is many times larger than h max , several water pressure sensors or bubble type water column pressure observation tubes are installed at altitude difference Δh to measure the water depth. ing. If the altitude difference △ h
【数34】 にて選択したとすれば、圧力センサー、又は、気泡式水
柱圧測定管数nは次の通りである。 n=△H/△h+1 (14)(Equation 34) If the pressure sensor is selected, the number n of the pressure sensor or the bubble type water column pressure measuring tube is as follows. n = △ H / △ h + 1 (14)
【0055】[0055]
【数35】 を式(14)に代入すれば次の通りである。(Equation 35) Is substituted into Expression (14), and the result is as follows.
【数36】 (15)[Equation 36] (15)
【0056】この時、水位がHmaxであれば、1番目と
2番目の圧力センサー、又は、水柱圧測定管にて水の比
重、水深を測定し水位が低下してH2=Hmax−△h+△
になれば、2番目と3番目の圧力センサー、又は、水柱
圧測定管にて水の比重、水深を測定する。ここで、△は
圧力センサー等の最小許容圧力測定値に該当する水深で
ある。At this time, if the water level is H max , the specific gravity and the water depth of the water are measured by the first and second pressure sensors or the water column pressure measuring pipes, and the water level is lowered, and H 2 = H max − △ h + △
Then, the specific gravity and water depth of the water are measured by the second and third pressure sensors or the water column pressure measuring pipe. Here, △ is the water depth corresponding to the minimum allowable pressure measurement value of a pressure sensor or the like.
【0057】若しも、水中、又は、気体圧力センサーが
与えられた測定特性を保障する最小圧力測定値がPmin
=0.01気圧であるとすれば、If the underwater or gas pressure sensor guarantees a given measurement characteristic, the minimum pressure measurement is P min
= 0.01 atm
【数37】 になる。(37) become.
【0058】前記した方法にて水位が大きく変わること
ができる、例えば、人工貯水池の水位を、与えられた許
容絶対誤差In the method described above, the water level can vary greatly, for example, by changing the water level of an artificial reservoir to a given allowable absolute error.
【数38】 にて測定するようになる。勿論、 △h<hmax/2
にて選択しても構わない。(38) To measure. Of course, Δh <h max / 2
May be selected.
【0059】図3にn=5である場合を示した。図3に
おいて、(6)は、水深hと水位Hを演算する水位計で
あり、(5)は、圧力センサー等の出力を転換して
(6)に入力せしめる変換器である。(7)は水柱圧測
定管等を圧力センサー(21)と(22)に連結せしめる
バルブ等を操作するバルブ制御装置である。図3に圧縮
気体供給図は図示されなかった。FIG. 3 shows a case where n = 5. In FIG. 3, (6) is a water level meter for calculating the water depth h and the water level H, and (5) is a converter for converting the output of a pressure sensor or the like and inputting the converted output to (6). (7) is a valve control device for operating a valve for connecting a water column pressure measuring pipe or the like to the pressure sensors (2 1 ) and (2 2 ). The compressed gas supply diagram is not shown in FIG.
【0060】水中圧力センサー(11),(1’2),
(12)更に、(1’3)の位置を、又は、水柱圧測定管
(41),(32),(42),(33)の位置は、海抜高
h02,h03,h04,h05にて、予め、測定して水位計
(6)に基準海抜高H0と共に、入力されている。水位
Hiは次のように計算される。 Hi=H0−h0i+hij (16)Underwater pressure sensors (1 1 ), (1 ' 2 ),
(1 2) Further, the position of (1 '3), or, water column pressure measuring tube (4 1), (3 2), (4 2), the position of (3 3), above sea level height h 02, h At 03 , h 04 , and h 05 , the water level was previously measured and input to the water level gauge (6) together with the reference sea level elevation H 0 . The water level Hi is calculated as follows. H i = H 0 −h 0i + h ij (16)
【0061】若しも、基準点H0がh01原点と一致すれ
ば、水位は次の通りである。 H=h0i−hij If the reference point H 0 coincides with the origin of h 01 , the water level is as follows. H = h 0i −h ij
【0062】図3において示されるように、水中圧力セ
ンサーを使用する場合水中圧力センサーが多くなる。従
って圧力センサーの補修運営及び周期的な特性検査矯正
作業がもっと複雑になるとのことが大きな欠点である。As shown in FIG. 3, when the underwater pressure sensor is used, the number of underwater pressure sensors increases. Therefore, a major drawback is that the repair operation of the pressure sensor and the periodic characteristic inspection correction work become more complicated.
【0063】気泡式にて水柱圧、水深を測定する場合は
内径が小さい(例:d=2〜4mm)プラスチック又は
銅にて成るパイプ管を数個束ねて設置するために、設置
も簡単であり、又、補修する必要もないので便利であ
る。唯、バルブ制御装置(7)が電子変換器(5)に比
して、やや複雑なることが不利なるのみである。When measuring the water column pressure and the water depth by the bubble method, the pipes are made of a small number of internal diameters (eg, d = 2 to 4 mm), and several pipes made of plastic or copper are bundled and installed. Yes, it is convenient because there is no need to repair. The only disadvantage is that the valve control device (7) is slightly more complicated than the electronic converter (5).
【0064】このように水柱圧を測定して、水位を測定
するにおいて、本発明によれば、水位測定範囲に関係無
く、与えられた許容絶対誤差を保障することができる。In measuring the water column pressure and measuring the water level in this way, according to the present invention, a given allowable absolute error can be guaranteed regardless of the water level measurement range.
【0065】本発明の、又、他の目的は、気泡式水深測
定の精密度を提案するものであるが、詳細に説明すれば
次の通りである。Another object of the present invention is to propose the accuracy of the bubble type water depth measurement, which will be described in detail as follows.
【0066】図4に水柱圧測定管内の気体圧力と水柱圧
が一致された時の圧力関係を図示した。余剰圧力Pmを
水柱圧測定管(4)に加える前には測定管(4)にも水
が満たされており、毛細管現象を無視すれば、水表面の
水位は周辺の水位Hと同様である。この時(4)の内部
の水表面には、Pa2+γaha=Pa1 の圧力が作用して
いる。ここでPalとPa2はH地点と圧力センサー(2)
が置かれている地点H 0における大気圧であり、haはH
からH0までの空気層の高さである。γaはhaにおける
空気比重である。FIG. 4 shows the gas pressure and water column pressure in the water column pressure measuring tube.
Is shown when the pressure is matched. Surplus pressure Pm
Before adding to the water column pressure measuring tube (4), also add water to the measuring tube (4).
Is satisfied, and if the capillary phenomenon is ignored, the water surface
The water level is the same as the surrounding water level H. At this time (4)
P on the water surfacea2+ Γaha= Pa1 The pressure is acting
I have. Where PalAnd Pa2Is H point and pressure sensor (2)
H where is located 0The atmospheric pressure ataIs H
To H0Up to the height of the air layer. γaIs haIn
Air specific gravity.
【0067】水柱圧測定管(4)末端点における圧力
は、Pa1+γhである。水柱圧測定管に余剰空気圧力P
mを加えて測定管(4)内部にあった水が全部排出され
安定されたとすれば、この時、圧力センサー(2)は、
Pm圧力だけ測定するようになる。The pressure at the end point of the water column pressure measuring tube (4) is P a1 + γh. Excess air pressure P in water column pressure measuring tube
m, the water inside the measuring tube (4) is completely discharged and stabilized. At this time, the pressure sensor (2)
Only the Pm pressure is measured.
【0068】この時の圧力等間の関係式は次の通りであ
る。The relational expression between the pressure and the like at this time is as follows.
【数39】 ここで、γamは余剰圧力Pmを加えた時のh0=h+ha
区間における気体の比重である。従って、水深hは次の
通りになる。[Equation 39] Here, gamma am is the time obtained by adding the excess pressure P m h 0 = h + h a
This is the specific gravity of the gas in the section. Therefore, the water depth h is as follows.
【数40】 (17) (式(5)において指摘したところの△Pmが正にγam
h0−γahaである)。(Equation 40) (17) (ΔP m pointed out in equation (5) is exactly γ am
h is 0 -γ a h a).
【0069】水柱圧を測定するために圧縮空気を使用せ
ずに、他の気体を例えば、窒素を使用するとしよう。こ
の時、γamとγaを基準状態(P0=1.03kgf/cm2、
T0=293K)時の気体の比重γg0と空気の比重γa0
にて次の通り表現することができる。Suppose that instead of using compressed air to measure the water column pressure, another gas, for example nitrogen, is used. At this time, γ am and γ a are set to the reference state (P 0 = 1.03 kgf / cm 2 ,
Specific gravity γ g0 of gas and specific gravity γ a0 of air at T 0 = 293K)
Can be expressed as follows.
【数41】 このような関係等を式(17)に代入して水深hを求め
れば、次の通りになる。[Equation 41] If the water depth h is obtained by substituting such a relationship into the equation (17), the following is obtained.
【数42】 (18)(Equation 42) (18)
【0070】若しも、水柱圧を圧縮空気にて測定すると
すれば、hは次の通りである。If the water column pressure is measured with compressed air, h is as follows:
【数43】 (19)[Equation 43] (19)
【0071】式(18),(19)の代わりに、次のよ
うな式を使用するのが便利である。It is convenient to use the following equation instead of equations (18) and (19).
【数44】 (20) 更に、γg0=γa0である時、即ち、α=1 である時
は、[Equation 44] (20) Further, when γ g0 = γ a0, that is, when α = 1,
【数45】 (21) ここで γ´a0=γa0/P0(1/cm)である。前記
式において[Equation 45] (21) Here, γ ′ a0 = γ a0 / P 0 (1 / cm). In the above formula
【数46】 である。[Equation 46] It is.
【0072】γg0−水柱圧測定に使用する気体の、基準
状態における比重であり、γa0−正常状態における空気
の比重である。(式(18),(19)と式(20),
(21)との差異は無視する程度に小さい。h0=10
0m、水の比重がγ=(0.998〜1.01)×10
-3kgf/cm3、気体、空気の温度がT=263〜303K
範囲において変わる時、前記式等の差異は0.2mmを
超過しない)。Γ g0 is the specific gravity of the gas used for measuring the water column pressure in the standard state, and γ a0 is the specific gravity of air in the normal state. (Equations (18), (19) and (20),
The difference from (21) is small enough to be ignored. h 0 = 10
0m, specific gravity of water is γ = (0.998 to 1.01) × 10
-3 kgf / cm 3 , gas and air temperature T = 263-303K
When changing in range, the difference of the above formulas does not exceed 0.2 mm).
【0073】若しも、式(19)又は、式(21)を使
用せずに、簡単に水深をh´=Pm/γ にて測定する
とすれば、大きな誤差が生ずる。If the water depth is simply measured at h ′ = P m / γ without using equation (19) or (21), a large error occurs.
【0074】表2に水の比重をγ=10-3kgf/cm3,空
気の基準状態における比重をTable 2 shows the specific gravity of water as γ = 10 −3 kgf / cm 3 and the specific gravity of air in the standard state.
【数47】 である時、各異した空気温度t,更に、h0である時、
水深測定誤差△h=h−h´(cm)を提示した。[Equation 47] , Different air temperatures t, and when h 0 ,
The water depth measurement error △ h = h−h ′ (cm) is presented.
【0075】[0075]
【表2】 [Table 2]
【0076】表2に提示したものは、気柱圧を水柱圧に
て換算したものと同様である。水柱圧測定管内の気体の
温度Tとのことは、水柱圧測定管の総長さ内における平
均温度であるところ、このような平均温度測定は実際に
不可能である。The values presented in Table 2 are the same as those obtained by converting the air column pressure into the water column pressure. Since the temperature T of the gas in the water column pressure measuring tube is the average temperature within the total length of the water column pressure measuring tube, such an average temperature measurement is practically impossible.
【0077】表2において最悪の場合、h0=100m
の時、気体の平均温度が20℃あったが、測定した温度
が25℃であったとすれば、誤差は(13.2−12.
8)/2=0.2cm程度になる。従って、気体温度測
定許容誤差はほぼ影響を及ぼさない。In the worst case in Table 2, h 0 = 100 m
At this time, the average temperature of the gas was 20 ° C, but if the measured temperature was 25 ° C, the error would be (13.2-12.
8) / 2 = approximately 0.2 cm. Therefore, the gas temperature measurement tolerance has little effect.
【0078】このような条件において、気体の温度は便
利な一つの地点において、例えば、図6に示した緩衝容
器(8)に、温度センサーを挿入して測定しても十分で
ある。Under such conditions, it is sufficient to measure the temperature of the gas at a convenient point, for example, by inserting a temperature sensor into the buffer container (8) shown in FIG.
【0079】前に指摘した気泡式にて液体(水)の比重
を測定する方法において、h02−h 01=△h の高度に
て設置された水柱圧測定管等における、測定されたPm2
とP m1を利用して、液体(水)の比重を測定する式は次
のようになる。The specific gravity of liquid (water) is determined by the bubble method mentioned above.
In the method for measuring02-H 01= △ h
Measured in a water column pressure measuring pipe installedm2
And P m1The formula for measuring the specific gravity of liquid (water) using
become that way.
【0080】式(17)にPm2、h02 更に、Pm1、h
01 を代入して、比重γを求めれば次のようになる。In equation (17), P m2 , h 02 and P m1 , h
When the specific gravity γ is obtained by substituting 01 , the following is obtained.
【数48】 (22) ここで、A=αγa0×T0/T,α=γgo/γa0 であ
る。[Equation 48] (22) Here, A = αγ a0 × T 0 / T and α = γ go / γ a0 .
【0081】式(22)の変わりに、次の式(23)を
使用することが便利である。(水である場合)It is convenient to use the following equation (23) instead of equation (22). (If it is water)
【数49】 (23) 水の比重測定式は次の通りである。[Equation 49] (23) The equation for measuring the specific gravity of water is as follows.
【数50】 (24) ここで、T0=293K,P0=1.03kgf/cm2 時の
空気の比重をγa0=1.2・10-6kgf/cm3 と見て、
誘導された式である。又、P´m1=Pm1/P0 にて単
位がない無次元数である。[Equation 50] (24) Here, the specific gravity of air at T 0 = 293 K, P 0 = 1.03 kgf / cm 2 is considered as γ a0 = 1.2 · 10 −6 kgf / cm 3 ,
This is the derived expression. Further, P ′ m1 = P m1 / P 0 is a dimensionless number having no unit.
【0082】直接測定する変数はPm2とPm1、更に、気
体の温度Tのみであり、α,h02'△h 等は常数であ
る。The variables to be directly measured are P m2 and P m1 and only the gas temperature T, and α, h 02 ′ Δh and the like are constants.
【0083】このような方法にて、勿論他の液体の比重
を測定することができる。式(24)を式(20)に代
入すれば、次のようになる。In this way, the specific gravity of another liquid can be measured. Substituting equation (24) into equation (20) yields the following.
【数51】 (25) 圧縮空気を使用する場合には、α=1になるために、水
深は次のように表現される。(Equation 51) (25) In the case of using compressed air, since α = 1, the water depth is expressed as follows.
【数52】 (26) ここで(Equation 52) (26) where
【数53】 である。(Equation 53) It is.
【0084】河川、貯水池水の比重は、速い速度で変わ
らず、徐々に変わる。特に、深い地下水の比重は季節に
従ってそれほど変わらない。このような条件において若
し、頻繁に、例えば、1時間に1回ずつ連続的に水位を
測定する場合には、水深−水位を測定する時毎に水の比
重を測定する必要がない。1日に1回か2回、地下水で
ある場合には、10日に1回程度、別の式(24)に従
って比重を測定して水深測定式(20)、(21)に常
数にて代入することが気体消費量とバルブ操作に必要な
電力も節約され合理的である。The specific gravity of river and reservoir water changes gradually without changing at a high speed. In particular, the specific gravity of deep groundwater does not change much according to the season. Under such conditions, if the water level is continuously measured frequently, for example, once an hour, it is not necessary to measure the specific gravity of water every time the depth-water level is measured. Once or twice a day, in the case of groundwater, once every 10 days, measure the specific gravity according to another formula (24) and substitute it into the water depth measurement formulas (20) and (21) as constants It is reasonable to save gas consumption and power required for valve operation.
【0085】特に、海水の潮位を連続的に測定すると
か、梅雨の時河川水位が甚だしく変化する時(floo
ding)河川水位を連続的に測定する場合水の比重は
1日に1回測定すれば十分である。In particular, when the tide level of seawater is measured continuously, or when the river water level changes significantly during the rainy season (flow
Ding) When measuring the river water level continuously, it is sufficient to measure the specific gravity of water once a day.
【0086】人工貯水池の水面位置が水位測定箇所の位
置より数十m上にある場合も少なくない。このような場
合、気泡式にて水深を測定して水位を計算するために
は、水深を次のような測定式にて測定しなければならな
い。There are many cases where the water surface position of the artificial reservoir is several tens of meters above the position of the water level measurement point. In such a case, in order to calculate the water level by measuring the water depth by the bubble method, the water depth must be measured by the following measurement formula.
【数54】 (27)(Equation 54) (27)
【0087】水の比重を2個の水柱圧測定管にて(末端
が △h高度差にて設置された)測定しようとすれば、
次の式を利用しなければならない。If the specific gravity of water is to be measured with two water column pressure measuring tubes (ends are installed at a height difference of Δh),
The following formula must be used:
【数55】 (28) ここで、P´m1=Pm1/P0にて単位が無い無次元数で
ある。[Equation 55] (28) Here, P ′ m1 = P m1 / P 0 is a unitless dimensionless number.
【0088】貯水池でなく、ある液体を貯蔵するタンク
が、水位測定地点より上にある場合に、液体水深を式
(27),(28)を利用して測定することができる。
但し、103の代わりにn=P0/γを代入しなければな
らない。ここで、γは液体の平均比重である。When a tank for storing a certain liquid, not a reservoir, is above the water level measuring point, the liquid depth can be measured by using the equations (27) and (28).
However, it is necessary to substitute n = P 0 / γ instead of 10 3 . Here, γ is the average specific gravity of the liquid.
【0089】このように本発明によると、気泡式で水
(液体)の比重も別に測定する事も出来るし、精密に測
定することができる。水深と比重を別々に測定する必要
がある場合もたびたびある。たとえば海の潮位を測定す
る時、海の水の比重を同時に測定して間接的に塩分の変
化を観測するとか、河川、貯水池の比重を測定して浮遊
粒子の濃度を観測する場合もある。もし、水(液体)の
比重を別に知る必要がなく水深だけを測定する時は次の
もっとも簡単な式で水深を測定する。As described above, according to the present invention, the specific gravity of water (liquid) can be separately measured by a bubble method, or can be precisely measured. Often it is necessary to measure water depth and specific gravity separately. For example, when measuring the tide level of the sea, the specific gravity of sea water may be measured at the same time to indirectly observe changes in salinity, or the specific gravity of rivers and reservoirs may be measured to measure the concentration of suspended particles. If you do not need to know the specific gravity of water (liquid) but only measure the water depth, measure the water depth using the following simplest formula.
【0090】[0090]
【数56】 (29) 又は、[Equation 56] (29) Or
【数57】 (30) 式(27)と(28)の括弧項において(−)と(+)
は水位側定箇所が水面より高い位置にある時、又(+)
と(−)は低い位置にある時である。上記の式は式(2
5)を変換して求めることができる。また、次の関係式
でも求められる。[Equation 57] (30) In parentheses in equations (27) and (28), (-) and (+)
Is when the water level fixed point is higher than the water surface, or (+)
And (-) are when the camera is at a low position. The above equation is given by equation (2)
5) can be obtained by conversion. Also, it can be obtained by the following relational expression.
【0091】[0091]
【数58】 水中圧力センサーを使用して水深を測定する場合、圧力
センサーに作用する水表面での大気圧Paを大気圧補償
管をセンサーに連結して補償しているが補償管の両端の
高位差が大きい時は水深測定誤差が大きくなる。(表2
のように)大気圧補償管の上部末端は水面より高い位置
にあるので圧力センサーに伝達する大気圧P’aは水面
での大気圧より少なくなるのである;[Equation 58] When measuring the water depth using a water pressure sensor, high difference across the but atmospheric pressure P a at the water surface acting on the pressure sensor compensates for atmospheric pressure compensation pipe coupled to the sensor compensation tube When it is large, the water depth measurement error increases. (Table 2
The upper end of the way) atmospheric pressure compensating tube of the atmospheric pressure P 'a for transmitting the pressure sensor because the higher the water surface position is the less than atmospheric pressure at the water surface;
【0092】[0092]
【数59】 ここで、haは補償管上部末端から水面までの高位差で
ある。ha=h0−hになる。h0は補償管末端管の高位
差、hは水深である。よって、水中圧力センサーが測定
する圧力は次の様になる;[Equation 59] Here, h a is the high difference between the compensating tube upper end to the water surface. h a = h 0 −h. h 0 is high difference compensating tube end tube, h is the water depth. Therefore, the pressure measured by the submersible pressure sensor is as follows:
【数60】 ここから水深hは次の測定式で測定しなければならな
い;[Equation 60] From here the water depth h must be measured using the following formula:
【数61】 (31)[Equation 61] (31)
【0093】もし式(31)の分母のIf the denominator of equation (31)
【数62】 を無視したら水深測定誤差が約0.13%発生する。h
が10mだったらこの誤差は1.3〓になる。表2で見
えるようにh0=60mだったら(例;貯水池で水深、
水位を測定する場合)測定式(31)を使用しなければ
水深測定誤差が8〓以上になる。したがって二個の水中
圧力センサーを使用して水(液体)の比重を測定する正
確な測定式は次の様になる;(Equation 62) If neglect, water depth measurement error occurs about 0.13%. h
Is 10 m, this error is 1.3 °. As shown in Table 2, if h 0 = 60 m (eg, water depth at the reservoir,
When measuring the water level) If the measurement formula (31) is not used, the water depth measurement error becomes 8 ° or more. Therefore, the exact equation for measuring the specific gravity of water (liquid) using two underwater pressure sensors is as follows:
【数63】 (32) 比重測定式(32)を水深測定式(31)に代入して精
密に水深を測定するのが本発明の特徴である。[Equation 63] (32) It is a feature of the present invention to precisely measure the water depth by substituting the specific gravity measurement formula (32) into the water depth measurement formula (31).
【0094】水(液体)の比重を0.1%以下の誤差で
測定する時はWhen measuring the specific gravity of water (liquid) with an error of 0.1% or less,
【数64】 を無視する事が出来ない。もし比重γを別に測定する必
要がない時は水深h2の測定式は次の様になる。[Equation 64] Can not be ignored. If it is not necessary to separately measure the specific gravity γ, the measurement formula of the water depth h 2 is as follows.
【数65】 [Equation 65]
【0095】いくら気柱圧を精密に補償するとしても水
柱圧測定管の内径dと圧縮空気供給量に従って、大きく
誤差が生ずることがある。Even if the air column pressure is compensated precisely, a large error may occur depending on the inner diameter d of the water column pressure measuring tube and the supply amount of compressed air.
【0096】気泡式水位計が水文観測用として、広く使
用できずにいた基本原因は次の通りである。初期に開発
されていた、気泡式貯水池用水位計は、話しの通り水柱
圧測定管において、気泡が出る時の圧力を測定したため
に、水位測定誤差が大きかったのである。勿論、水の比
重も測定しなかったし、気柱圧を無視したのも確かであ
る。The basic causes that the bubble type water level meter has not been widely used for hydrological observation are as follows. The water level gauge for the bubble type reservoir, which was initially developed, had a large error in the water level measurement because the pressure at the time when air bubbles came out was measured in the water column pressure measuring pipe. Of course, the specific gravity of water was not measured, and the air column pressure was certainly ignored.
【0097】図5に水柱圧測定管上部において測定され
る、空気圧力Pmが圧縮空気供給量qに従って変わる形
態を図示した。図5において示されるように、内径がや
や大きいd1管を使用する時、気泡が発生する時まで、
必要な圧力Pmは、水柱圧より大きいし、気泡が出始め
ると共に、圧力が脈動を成す。脈動振幅とPmは、圧縮
空気供給量が大きいほど、又、内径が大きいほど大きく
成る。内径を小さくd 2<d1にてなし、圧縮空気供給量
q2<q1 にて成せば、Pmと脈動率が小さく成る。FIG. 5 shows the measured values at the upper part of the water column pressure measuring tube.
The air pressure Pm changes according to the compressed air supply q
The situation is illustrated. As shown in FIG.
And large d1When using the tube, until the bubble is generated
The required pressure Pm is greater than the water column pressure and bubbles start to appear
And the pressure pulsates. Pulsation amplitude and Pm are compressed
The larger the air supply and the larger the inner diameter, the larger
Become. Smaller inner diameter d Two<D1No, compressed air supply
qTwo<Q1 In this case, Pm and the pulsation rate become smaller.
【0098】このような現象にて、水深測定誤差が大き
くなることがある。勿論、水柱圧測定管内径と、気体消
費量を極く小さく選択すれば、誤差が小さくなることも
あるが、水位測定時間が甚だ長く成る。[0098] Due to such a phenomenon, the water depth measurement error may increase. Of course, if the water column pressure measuring tube inner diameter and the gas consumption are selected to be extremely small, the error may become small, but the water level measurement time becomes extremely long.
【0099】本発明によれば、水深測定式(18)又
は、(19)にて水深、従って、水位を測定する方法は
次の通りである。According to the present invention, the method of measuring the water depth and therefore the water level by the water depth measurement formula (18) or (19) is as follows.
【0100】図6に示したところのように、バルブ
(9)を徐々に開けながら圧縮空気P0mを圧力センサー
(2)、更に、圧縮空気緩衝容器(8)を通じて、一定
なる時間t1の間供給し、バルブ(9)を閉じる。供給
する空気の圧力P0mは、水柱圧測定管(4)の測定範囲
に該当される水柱圧γhより、やや高い圧力にて維持す
る。[0100] As was shown in FIG. 6, the valve (9) pressure sensors to gradually opened while compressed air P 0 m (2), further, through the compressed air buffer vessel (8), a fixed becomes time t 1 And close valve (9). The pressure P 0m of the supplied air is maintained at a pressure slightly higher than the water column pressure γh corresponding to the measurement range of the water column pressure measurement pipe (4).
【0101】図6において(6)は水深水位演算装置
(水位計)、(11)は温度センサー、(10)は水排
出バルブである。In FIG. 6, (6) is a water depth level calculator (water level gauge), (11) is a temperature sensor, and (10) is a water discharge valve.
【0102】若し、水深がh1であり水柱圧γ1h1がP
0mよりやや小さい場合には、図7 のa曲線のように変
わる圧縮空気の圧力を圧力センサー(2)が測定するよ
うになる。図6及び図7において示すところのように、
バルブ(9)を閉める瞬間t1から圧力がやや脈動しな
がら(気泡が出ている)低下され、t2瞬間から変わら
ずに安定される。この時の圧力が正に γ1h1−△Pm1
=Pm1 となる。γ2h2> γ1h1である時、圧力変化
形態を図7のb曲線に示した。圧縮空気、緩衝容器
(8)の体積Vは、水柱圧測定管(4)の内部体積v=
(πd2/4)・h0より5倍以上にて選択するのが良
い。If the water depth is h 1 and the water column pressure γ 1 h 1 is P
When the pressure is slightly smaller than 0 m , the pressure sensor (2) measures the pressure of the compressed air which changes as shown by the curve a in FIG. As shown in FIGS. 6 and 7,
While somewhat pulsating pressure from the moment t 1 to close the valve (9) (air bubbles out) is reduced, is stable unchanged from t 2 moment. The pressure at this time is exactly γ 1 h 1 − △ P m1
= Pm1 . When γ 2 h 2 > γ 1 h 1 , the pressure change mode is shown by the curve b in FIG. The volume V of the compressed air and the buffer container (8) is calculated as follows:
(Πd 2/4) · h 0 than is good to select at least five times.
【0103】[0103]
【数66】 緩衝容器の体積が余り大きければ圧縮空気供給時間が長
くなる。緩衝容器内に温度センサー(11)が内蔵され
ている。緩衝容器(8)は、次のような役割を成す。[Equation 66] If the volume of the buffer container is too large, the compressed air supply time becomes longer. A temperature sensor (11) is built in the buffer container. The buffer container (8) plays the following role.
【0104】図7において示すように、圧力Pmが徐々
に減少され最後の気泡まで放出され、圧力がγh−△P
mにて安定されるようにする役割を成す。(勿論、携帯
用水位計である場合、手動ポンプにて圧力P0mを保障す
る時、圧力脈動が甚だしいが、測定管(4)内における
圧力脈動を緩衝する役割を成す)緩衝容器(8)が無い
場合水深測定反復性が低下される。As shown in FIG. 7, the pressure Pm is gradually reduced and released to the last bubble, and the pressure becomes γh- △ P
Plays a role to be stabilized at m . (Of course, if a portable water gauge, at ensuring the pressure P 0 m manually pump, the pressure pulsation is severe, forms a role of buffering the pressure pulsation in the measuring tube (4) inside) buffer vessel (8) In the absence of this, the depth measurement repeatability is reduced.
【0105】緩衝容器内の空気温度を温度センサー(1
1)にて測定した温度が、緩衝容器にあった空気が気泡
にて水柱圧測定管(4)の末端において排出される時
(t1〜t2時間間隔の間)の測定管(4)内部の空気温
度と甚だ近似である。従って、一つの地点において空気
温度T´を測定しても、測定管(4)内部の平均空気温
度Tと差異が無くなる。The temperature of the air in the buffer container is measured by a temperature sensor (1).
The temperature measured in 1) is the measuring tube (4) when the air in the buffer container is discharged as bubbles at the end of the water column pressure measuring tube (4) (between t 1 and t 2 time intervals). It is very close to the internal air temperature. Therefore, even if the air temperature T ′ is measured at one point, there is no difference from the average air temperature T inside the measurement pipe (4).
【0106】水深を1回測定した後水位が低下する時、
緩衝容器の余剰圧力にて水位降下を長い時間連続的に測
定することができる。When the water level drops after measuring the water depth once,
The water level drop can be measured continuously for a long time at the excess pressure of the buffer container.
【0107】河川、貯水池において波濤が発生した時、
波濤に伴う圧力脈動が顕著に小さくなる。When a wave occurs in a river or a reservoir,
The pressure pulsation associated with the surf is significantly reduced.
【0108】本発明によれば、気泡が常に排出されてい
る時の空気の圧力を測定しないし、圧縮空気の供給を中
断し、圧力が徐々に低下されながら、(緩衝容器8を利
用して)圧力が安定された時の圧力Pmを測定し、又、
緩衝容器内の空気温度を測定して、水深測定式(18)
又は(19)を使用するように成されていて、水深測定
誤差が小さくなる。According to the present invention, the pressure of the air when the air bubbles are constantly being discharged is not measured, the supply of the compressed air is interrupted, and while the pressure is gradually reduced, (using the buffer container 8) ) Measure the pressure Pm when the pressure is stabilized, and
Measure the air temperature in the buffer container and calculate the water depth (18)
Or, it is configured to use (19), and the water depth measurement error is reduced.
【0109】このように本発明によれば、気泡式にて水
位を十分に精密に測定することができるし、気泡水位計
の長点である設置が簡単であり、補修運営も簡単である
のを生かして、広く携帯用、自動記録用、遠隔測定用に
て使用することができる。As described above, according to the present invention, the water level can be measured with sufficient accuracy by the bubble method, the installation which is the advantage of the bubble water level gauge is simple, and the repair operation is easy. By taking advantage of this, it can be widely used for portable use, automatic recording, and remote measurement.
【0110】図8に前記した全てのことを参酌した気泡
水位計装置図を示した。図8において(12)は圧力安
全バルブであるが、高い圧力が加えられるとしても、そ
の出口においてはγ2h2よりやや高い圧力を維持するも
のである。(13)は、圧力気体筒又は空気圧縮機であ
る。(10)は緩衝容器(8)に圧縮空気に含まれた水
分が凝縮された時の水排出バルブである。FIG. 8 is a diagram of a bubble water level meter device taking all the above into consideration. In FIG. 8, reference numeral (12) denotes a pressure safety valve, which maintains a pressure slightly higher than γ 2 h 2 at the outlet even if a high pressure is applied. (13) is a pressure gas cylinder or an air compressor. (10) is a water discharge valve when water contained in the compressed air is condensed in the buffer container (8).
【0111】初期状態においては、バルブ(93)とバ
ルブ(91)は閉められており、バルブ(92)は開けら
れている。測定を始める時バルブ制御装置(7)の動作
にてバルブ(93)を開け、圧縮空気を緩衝容器
(8)、バルブ(92)を通じて水柱圧測定管(4)に
供給し、バルブ(93)を閉める。圧力が安定されPm2
=γ2h 2−△Pm2になるまで待期する(図7においてt
2まで)。In the initial state, the valve (9Three) And ba
Lube (91) Is closed and the valve (9Two) Open
Have been. Operation of valve control device (7) when starting measurement
At the valve (9ThreeOpen the compressed air buffer container
(8), valve (9Two) Through the water column pressure measuring tube (4)
Supply and valve (9Three) Is closed. The pressure is stabilized and Pm2
= ΓTwoh Two− △ Pm2Until it becomes (t in FIG. 7).
TwoUntil).
【0112】圧力センサー(2)の出力は水位演算計
(6)に入力されている。同時に(6)に温度センサー
(11)にて測定された圧縮空気温度が入力されてい
る。The output of the pressure sensor (2) is input to the water level calculator (6). At the same time, the compressed air temperature measured by the temperature sensor (11) is input to (6).
【0113】Pm2 測定が終り、Pm2 ,Tが(6)にお
いて記録(記憶)された後バルブ(92)を閉めて、
(91)が開けられる。そうすれば、緩衝容器にある圧
縮空気(圧力Pm2>γ1h1)が水柱圧測定管(3)に供
給されると共に、測定管(3)に満たされていた水が排
出され、残りの余剰圧力にて気泡が出ていくと共に、空
気圧力がPm1=γ1h1−△Pm1にて安定される。Pm1と
Tが更に水位演算装置(6)に入力される。After the P m2 measurement is completed and P m2 and T are recorded (stored) in (6), the valve (9 2 ) is closed.
(9: 1) it is opened. Then, the compressed air (pressure P m2 > γ 1 h 1 ) in the buffer container is supplied to the water column pressure measuring tube (3), and the water filled in the measuring tube (3) is discharged, and the remaining water is discharged. Bubbles are generated at the surplus pressure, and the air pressure is stabilized at P m1 = γ 1 h 1 − △ P m1 . P m1 and T are further input to the water level calculator (6).
【0114】水位演算装置(6)には、予め基準海抜高
H0' △h,h02が入力されている。水位演算装置
(6)は、式(25)又は(26)に従って、水深(h
2)を計算し、式(1)に従って水位を計算して、指示
計に表示も成され、自動記録を成すとか遠隔測定する時
必要な電気信号が出力される。The reference sea level elevation H 0 ′ Δh, h 02 has been input to the water level calculator (6) in advance. The water level calculator (6) calculates the water depth (h) according to the equation (25) or (26).
2 ) is calculated, the water level is calculated in accordance with the equation (1), the display is also made on the indicator, and an electric signal necessary for automatic recording or remote measurement is output.
【0115】携帯用にて使用するときは圧力センサー
(2)、温度センサー(11)、更に、水位演算装置
(6)は携帯用にて成されており、携帯用手動ポンプを
利用して圧縮空気を供給する。この時、現地、例えば、
地下水水位測定観井には、水柱圧測定管(3)と
(4)、バルブ(91)と(92)、緩衝容器(8)だけ
設置されており、バルブ制御装置(7)と安全バルブ
(12)は無い。バルブ(91 )、(92 )は手動にて
操作する。When used portable, the pressure sensor (2), the temperature sensor (11) and the water level calculator (6) are portable, and are compressed using a portable manual pump. Supply air. At this time,
The ground water level measurement views well, water column pressure measuring tube (3) and (4), the valve (9 1) and (9 2), is installed only buffer vessel (8), valve controller (7) and the safety There is no valve (12). Valve (9 1), (9 2) is operated manually.
【0116】遠隔測定、又は、自動記録を成す場合に
は、圧縮空気筒が圧力安全バルブ(12)と連結されて
いるとか、産業電源がある場合には、小型空気圧縮機が
連結される。更に、バルブ(91〜93)は電磁石バルブ
等を使用し、指定された時間にタイマーより出てくる信
号によって、バルブ制御装置(7)が動作するようにな
る。For remote measurement or automatic recording, the compressed air cylinder is connected to the pressure relief valve (12), or when there is an industrial power supply, a small air compressor is connected. Furthermore, the valve (91 to 93 3) uses an electromagnet valve and the like, by a signal coming out from the timer to the specified time, so that the valve control device (7) is operated.
【0117】水柱圧測定管等の内径は、d=2〜4mm
程度の腐触しないプラスチック管又は銅パイプ管を使用
する。The inner diameter of the water column pressure measuring tube or the like is d = 2 to 4 mm
Use non-corrosive plastic or copper pipes.
【0118】貯水池、河川の水位を測定する時波濤があ
り、たとえ、反復測定して平均値を求めるとしても、水
位測定誤差が大きくなることがある。このような場合に
は、水柱圧測定管(3)と(4)が内径が大きい波濤鎮
静管(14)に内蔵されており、(14)末端には内径
が小さい管(15)が設置されている。波濤鎮静管(1
4)は同時に水柱圧測定管(3)と(4)を保護する役
割を成す。There are times when the water levels of reservoirs and rivers are measured. Even if the average value is obtained by repeated measurements, the water level measurement error may increase. In such a case, the water column pressure measuring pipes (3) and (4) are built in a large calm wave sedation pipe (14), and a pipe (15) with a small internal diameter is installed at the end of (14). ing. Wave sedation tube (1
4) simultaneously serves to protect the water column pressure measuring tubes (3) and (4).
【0119】図9に1実例にて、地下水水位測定観井に
水柱圧測定管等が設置された図面を示した。図9におい
て(17)は、細い鋼鉄ワイヤー鋼、又は、他の材質に
てなる伸縮性がなく、堅固でありながらも、軟らかいワ
イヤー鋼であり、(16)は錘である。FIG. 9 shows a drawing in which a water column pressure measuring pipe and the like are installed in a groundwater level measuring well in one example. In FIG. 9, (17) is a thin steel wire steel or a non-stretchable, rigid but soft wire steel made of another material, and (16) is a weight.
【0120】錘(16)が付いたワイヤー鋼(17)
に、水柱圧測定管(3)と(4)を縛る。地下水水位観
測井(18)に錘(16)が付いた鋼(17)を必要な
深さまで投入する。ワイヤー鋼(17)が水位測定観井
(18)に投入された長さを測定して、h02を知るよう
になる。Wire steel (17) with weight (16)
Then, tie the water column pressure measurement pipes (3) and (4). The steel (17) with the weight (16) is put into the groundwater level observation well (18) to the required depth. By measuring the length of the wire steel (17) charged into the water level measurement well (18), h02 is known.
【0121】このように、水柱圧測定管設置は簡単であ
り、圧力センサーを投入することよりも費用も大きく節
約される。このように全ての地下水水位観測井に、図9
に示したところのように、水柱圧測定管(3)と
(4)、バルブ(91〜913)、更に、緩衝容器(8)
だけ設置しておき、観測員が巡回しながら水位を測定す
るので水中圧力センサーを使用した水位計を使用するの
に比すれば技術経済的に甚だ有利である。As described above, the installation of the water column pressure measuring tube is simple, and the cost is greatly reduced as compared with the case where the pressure sensor is provided. In this way, all groundwater level observation wells
As was shown in, water column pressure measuring tube (3) and (4), the valve (9 1-91 3), further, buffer vessel (8)
It is very technically and economically advantageous to use a water level gauge that uses a submersible pressure sensor, because the water level is measured while the observer patrols.
【0122】地下水の比重は頻繁に変わらないために比
重を測定するための水柱圧測定管(3)が無くても構わ
ないし、何カ月に1回ずつ他の方法にて比重を測定して
記憶しておけば良い。Since the specific gravity of the groundwater does not change frequently, there is no need to provide a water column pressure measuring tube (3) for measuring the specific gravity. The specific gravity is measured and stored once every several months by another method. You should do it.
【0123】図10に貯水池水位を測定するとか、海の
潮位を測定するために、水柱圧測定管を設置する過程の
実例を示した。水柱圧測定管群等は内径が大きい保護管
兼波濤鎮静管(14)の中に内蔵されているが、保護管
内にある水柱圧測定管は図10において示されなかっ
た。FIG. 10 shows an example of a process of installing a water column pressure measuring pipe for measuring the water level of a reservoir or measuring the tide level of the sea. The water column pressure measurement tube group and the like are housed in the protection tube and the sedation tube (14) having a large inner diameter, but the water column pressure measurement tube in the protection tube is not shown in FIG.
【0124】図10において(19)は、錨形にてなる
錘であるが、波濤鎮静管(14)に一定なる間隔にて錘
(19)が付いていて、水柱圧測定管、(3n)、(4
n)が内蔵された保護管(14)が波濤によって動くこ
とができないように成す。In FIG. 10, (19) is an anchor-shaped weight, but the weight (19) is attached to the wave sedation pipe (14) at regular intervals, and a water column pressure measurement pipe, (3n) , (4
The protection tube (14) in which n) is built cannot be moved by the wave.
【0125】水柱圧測定管末端等の位置測定方法は、本
発明の特許対象でないために省略する。The method for measuring the position of the end of the water column pressure measuring tube is omitted because it is not the subject of the present invention.
【0126】圧縮気体(又は、空気)消費量は1回測定
する時甚だ小さい。測定管の総長さが100mである
時、その内径が0.4cmになるとしても圧縮気体消費
量を基準状態にて換算すれば、1.5lを超過しない。Compressed gas (or air) consumption is very small when measured once. When the total length of the measuring tube is 100 m, even if its inner diameter becomes 0.4 cm, if the compressed gas consumption is converted in the reference state, it does not exceed 1.5 l.
【0127】又、水位が降下する場合には、緩衝容器
(8)の圧力が高いために、測定時、追加して圧縮気体
が消費されない。When the water level drops, the pressure of the buffer container (8) is high, so that no additional compressed gas is consumed during measurement.
【0128】極小型空気圧縮機を使用せずに、25l容
量の圧縮気体(例えば:窒素、空気等)筒を使用すると
なれば、圧縮気体の圧力が50気圧であれば、前記例に
おいて約800回測定することができる。If a compressed gas cylinder (eg, nitrogen, air, etc.) having a capacity of 25 l is used without using a micro air compressor, if the pressure of the compressed gas is 50 atm, about 800 Times can be measured.
【0129】一日に2回貯水池又は大河川の水位を測定
するならば、400日間使用することができる。1年に
1回程度圧縮気体筒を交替することはそれほど難しくな
い。If the water level of a reservoir or a major river is measured twice a day, it can be used for 400 days. It is not so difficult to change the compressed gas cylinder about once a year.
【図1】水中圧力センサー水位計と気泡式水位計の設置
原理を示した模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing the principle of installation of a submerged pressure sensor water gauge and a bubble type water gauge.
【図2】本発明に伴う測定しようとする水深区間におけ
る水、又は、他の液体の比重測定方法を説明する模式
図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a method for measuring the specific gravity of water or another liquid in a water depth section to be measured according to the present invention.
【図3】本発明に伴う水位変化測定範囲が大きい場合、
水深測定全体範囲において与えられた許容誤差で、水深
水位を測定する方法を説明する模式図。FIG. 3 shows a case where a water level change measurement range according to the present invention is large.
The schematic diagram explaining the method of measuring a water depth water level with the tolerance given in the whole water depth measurement range.
【図4】気泡式水深水位測定方法における圧力分布図。FIG. 4 is a pressure distribution diagram in a bubble-type water depth measurement method.
【図5】気泡式水位計において圧縮気体供給量に従って
変化する圧縮気体圧力の形態を示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing a form of a compressed gas pressure that changes in accordance with a compressed gas supply amount in a bubble type water level meter.
【図6】本発明に伴う気泡式水柱圧測定装置の模式図。FIG. 6 is a schematic view of a bubble type water column pressure measuring device according to the present invention.
【図7】本発明に伴う気泡式水柱圧測定方法における圧
縮気体圧力の変化形態を示すグラフ。FIG. 7 is a graph showing a change in compressed gas pressure in the bubble type water column pressure measuring method according to the present invention.
【図8】本発明に伴う気泡式水位測定装置の模式図。FIG. 8 is a schematic diagram of a bubble type water level measuring device according to the present invention.
【図9】本発明に伴う気泡式地下水水位測定装置の1実
例を示す模式図。FIG. 9 is a schematic view showing one example of a bubble-type groundwater level measuring apparatus according to the present invention.
【図10】貯水池水位、又は、海辺における潮位を気泡
式にて測定するにおいて、水柱圧測定管の設置方法の1
実例を示す模式図。FIG. 10 shows one of installation methods of a water column pressure measuring pipe in measuring a reservoir water level or a tide level at the seaside by a bubble method.
The schematic diagram which shows an example.
1’1'11:圧力センサー 2’1'21:気体圧力計 2 :圧力センサー 31' 41:水柱圧測定管 5 :変換器 6 :水位演算装置(水位計) 7 :バルブ制御装置 8 :緩衝容器 9 :バルブ 10 :水分排出バルブ 11 :温度センサー 12 :圧力安全バルブ 13 :空気圧縮機又は圧縮気体筒 14 :保護管 15 :管 16 :錘 17 :ワイヤー鋼 18 :観井 19 :錨型錘 20 :船1 '1' 1 1 : Pressure sensor 2 '1' 21 1 : Gas pressure gauge 2: Pressure sensor 3 1 '41 1 : Water column pressure measuring tube 5: Converter 6: Water level calculator (water level gauge) 7: Valve control Apparatus 8: Buffer container 9: Valve 10: Moisture discharge valve 11: Temperature sensor 12: Pressure relief valve 13: Air compressor or compressed gas cylinder 14: Protective tube 15: Tube 16: Weight 17: Wire steel 18: Kansai 19 : Anchor weight 20 : Ship
Claims (6)
h、更に、水位を測定する方法において、 水中に2個の圧力センサーを設置する場合は、1個のセ
ンサーはh1深さに、又、他の1個は h2=h1+Δh深
さに設置し、気泡式にて水柱圧を測定する場合には、1
個の水柱圧測定管下部末端はh1深さに、又、他の水柱
圧測定管下部末端は、h2=h1+ Δh深さに位置すべ
く設置した時;h2深さに設置された圧力センサーの出
力を水柱圧P2にて測定し、h1深さに設置された圧力セ
ンサー出力をP1にて測定し、気泡式にて水柱圧を測定
する場合には、h2深さまで設置された水柱圧測定管に
満たされた水 (液体)を排出せしめる気体圧力Pm2と
h1深さまで設置された水柱圧測定管の 水(液体)を排
出せしめる気体圧力Pm1を測定する段階;前記した条件
において、水深h2区間における水(液体)の平均比重
を水中圧力センサーを使用する時は次の式によって測定
し、 【数1】 (a) 気泡式にて水柱圧を測定する場合には、次の式にて水
(液体)の比重を測定して、 【数2】 (b) (水位測定箇所が水位より高い所にある時) 【数3】 (c) (水位測定箇所が水位より低い所にある時) 水深h2測定式に代入して、水深を水位を測定する段階
等にて成された方法。前記式において、h02は水柱圧測
定管末端と圧力測定地点間の高度差である。 【数4】 α=γgo/γa0−水柱圧測定に使用する気体と空気の比
重との比率であり、103=P0/γである。水でない他
の液体の比重γeを測定する場合には P0/γeを計算
して、103の代わりに、使用しなければならない。1. A water depth measuring the water column pressure at the two finger point h, further, a method of measuring the water level, when installing two pressure sensors are in the water, one sensor is h 1 depth The other one is installed at a depth of h 2 = h 1 + Δh.
Placed h 2 depth; the number of water column pressure measurement pipe lower end h 1 depth, also lower ends other water column pressure measuring tube, when installed in order to position the h 2 = h 1 + Delta] h depth is the output of the pressure sensor was measured by water column pressure P 2 has a pressure sensor output installed in the h 1 depth measured by P 1, when measuring the water column pressure in the bubble equation, h 2 filled in water column pressure measurement pipe which is installed to a depth of water measured gas pressure P m1 which to discharge the water in the water column pressure measurement pipe which is installed to the gas pressure P m @ 2 and h 1 depth to discharge the (liquid) (liquid) stages; in the above-mentioned condition, when the average specific gravity of water (liquid) in the water depth h 2 sections using a water pressure sensor is determined by the following equation, equation 1] (A) When the water column pressure is measured by the bubble method, the specific gravity of water (liquid) is measured by the following equation, and (B) (When the water level measurement point is higher than the water level) (C) (When the water level is measured at a position lower than the water level) A method of substituting the water depth h 2 into the measurement equation and measuring the water depth at the water level. In the above equation, h02 is an altitude difference between the end of the water column pressure measuring pipe and the pressure measuring point. (Equation 4) α = γ go / γ a0 −the ratio of the specific gravity of gas and air used for water column pressure measurement, and 10 3 = P 0 / γ. When measuring the specific gravity γ e of another liquid other than water, P 0 / γ e must be calculated and used instead of 10 3 .
より、やや高い圧力Pにて気体を供給し、気体圧力がP
に到達して脈動を成す時、気体供給を中断して気体圧力
が安定された時の気体圧力Pmiを測定して水(液体)
の比重式に代入して、次の式によって水深hi(h2又は
h1)を測定する方法。水位測定箇所が水位より高い位
置にある時 【数5】 (d) 又は、 【数6】 (e) 水位測定箇所が水位より低い位置にある場合には 【数7】 (f) 又は、 【数8】 (g) ここで、γa0(kgf/cm3 )は、基準状態P0 =
1.03kgf/cm2、T0 =293K時の空気の比
重、T−水柱圧測定管内の気体の絶対温度、h 0i−水柱
圧測定管下部末端と圧力測定地点間の高度差、ha (c
m)−水柱圧測定管末端と、水柱圧測定管が下に撓んで
降りる地点間の高度差である。P'mi=Pmi/P0であ
り、 【数9】 即ち、水の比重の逆数である。水の比重と全く異なる比
重γe である液体の水深を測定する時は、103の代わ
りにP0/γeを使用する。ただ、水中圧力センサーを利
用して水柱圧を測定する時は水深hiを次の測定式で測
定する。 【数10】 (h) ここで、Piは大気圧補償管が連結した圧力センサーで
測定した水柱圧である。h0iは大気圧補償管の上下末端
間の高位差である。2. The water column pressure measuring pipe according to claim 1, wherein the water column pressure is measured by a water column pressure measuring tube.
The gas is supplied at a slightly higher pressure P, and the gas pressure becomes P
When the pulsation is reached, the gas supply is interrupted and the gas pressure
Pressure Pm when the pressure is stabilizediMeasure the water (liquid)
Into the specific gravity equation ofi(HTwoOr
h1How to measure). The water level measurement point is higher than the water level
When in position(D) or(E) When the water level measurement point is lower than the water level,(F) or(G) where γa0(Kgf / cmThree ) Is the reference state P0 =
1.03kgf / cmTwo, T0 = Ratio of air at 293K
Weight, absolute temperature of gas in T-water column pressure measuring tube, h 0i− Water column
Altitude difference between the lower end of the pressure measuring pipe and the pressure measuring point, ha (C
m)-Water column pressure measuring tube end and water column pressure measuring tube bent down
It is the altitude difference between the landing points. P'mi= Pmi/ P0In
[Equation 9]That is, it is the reciprocal of the specific gravity of water. A ratio completely different from the specific gravity of water
Heavy γe When measuring the depth of liquidThreeInstead of
P0/ ΓeUse However, use of a submersible pressure sensor
When measuring the water column pressure usingiIs measured by the following formula.
Set. (Equation 10)(H) where PiIs a pressure sensor connected to an atmospheric pressure compensator
The measured water column pressure. h0iIs the upper and lower ends of the atmospheric pressure compensator
Is the high order difference between
を別に測定しなくて気泡式で水深hiだけを測定する場
合は次の測定式で水深hを測定する方法、 【数11】 (i) 【数12】 (j) 括弧項の中で(i)式の(−)と(j)式の(+)は水
深、水位測定箇所が水位より低い位置にある場合であ
る。γ’a0=γa0/P0で[1/〓]になる。How to measure the water depth h in the following measurement equation if specific gravity without measuring separately measures only water depth h i bubbles formula wherein water in claim 1 and 2 (liquid), Equation 11 ] (I) (J) In parentheses, (-) in equation (i) and (+) in equation (j) are for the case where the water depth and water level are measured at a position lower than the water level. [1 / 〓] when γ ′ a0 = γ a0 / P 0 .
めに、1組の圧力センサー又は圧力計にて、水深変化全
範囲において与えられた絶対許容誤差にて水柱圧測定が
不可能になる場合、水中圧力センサー、又は、水柱圧測
定管等を一定なる同等な高度差間隔にて数個を設置し、
水位変化に従って水中圧力センサー又は、気体圧力計が
与えられた絶対許容誤差にて測定することができる測定
範囲内に配置された圧力センサー等、又は、水柱圧測定
管等を利用して、水(液体)の比重を水深を測定して、
水位を測定することを特徴とする請求項1または2記載
の方法。4. When the water level measurement range differs according to the water depth, the water column pressure cannot be measured with a set of pressure sensors or pressure gauges with the absolute tolerance given in the entire range of the water depth change. Install several underwater pressure sensors or water column pressure measurement pipes at a constant equivalent altitude difference interval,
Using a water sensor using a submersible pressure sensor or a pressure sensor arranged within a measurement range that can be measured with a given absolute tolerance given a gas manometer according to a change in water level, or a water column pressure measuring tube, etc. The specific gravity of the liquid)
3. The method according to claim 1, wherein the water level is measured.
圧測定管が構成されており、2個の水柱圧測定管をそれ
らの下部末端間の高度差を一定にΔhに成るように結ば
れており上部末端部分は、バルブを通じて緩衝容器と連
結されており、又、緩衝容器内の気体圧力測定用圧力セ
ンサーと気体温度測定用温度センサーが設置されてお
り、緩衝容器は同時に、バルブが付いた圧縮気体供給管
が連結されており、温度センサーと圧力センサー出力
は、水(液体)の比重、水深、水位を第2項に従って演
算する装置と連結されており、演算装置はディスプレー
と、演算された水位値を電気信号又は、コード信号にて
転換する装置、水柱圧測定管等の上下末端間の高度、水
柱圧測定管等の下部末端間の高度差、水位測定基準点の
海抜高、使用しようとする圧縮気体と空気の基準状態に
おける圧力、絶対温度、更に、基準状態における比重値
を入力記憶せしめる装置を内蔵しており、自動的に測定
する場合には、長い水柱圧測定管に連結されたバルブを
開け、圧縮気体供給バルブを開けて、次に長い水柱圧測
定管バルブを閉めて、短い水柱圧測定管バルブを開ける
操作を成すバルブ制御装置が、バルブ等と連結されてい
ることを特徴とする、水位測定装置。5. A bubble type water depth and water level measuring device, wherein a water column pressure measuring tube is constituted by a plastic or copper tube having an inner diameter of 2 to 4 mm, and two water column pressure measuring tubes are connected between lower ends thereof. The upper end is connected to the buffer container through a valve, and the pressure sensor for measuring gas pressure and the temperature sensor for measuring gas temperature in the buffer container are connected to each other through a valve. It is installed, the buffer vessel is connected to the compressed gas supply pipe with the valve at the same time, the temperature sensor and the pressure sensor output, the device calculates the specific gravity of water (liquid), water depth, water level according to the second term The arithmetic unit is a display, a device that converts the calculated water level value by an electric signal or a code signal, the height between the upper and lower ends of a water column pressure measuring tube, the lower end of a water column pressure measuring tube, etc. while Built-in device to input and store the altitude difference of the water level, the altitude of the water level measurement reference point above sea level, the pressure and absolute temperature of the compressed gas and air to be used in the reference state, and the specific gravity value in the reference state. When measuring, open the valve connected to the long water column pressure measurement pipe, open the compressed gas supply valve, then close the long water column pressure measurement pipe valve, and open the short water column pressure measurement pipe valve. A water level measuring device, wherein the valve control device is connected to a valve or the like.
管等が配置されており、波濤鎮静管下部末端には波濤鎮
静管内径より小さい内径にて成るパイプ管が連結された
ことを特徴とする、請求5記載の水位測定装置。6. A water column pressure measuring tube or the like is disposed inside a wave sedation tube having a large inner diameter, and a pipe having an inner diameter smaller than the wave sedation tube inner diameter is connected to a lower end of the wave sedation tube. The water level measuring device according to claim 5, wherein
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| JPH09236473A JPH09236473A (en) | 1997-09-09 |
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|---|---|---|---|---|
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1996
- 1996-04-26 JP JP10702596A patent/JP2855423B2/en not_active Expired - Fee Related
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