Как работать с водяным уровнем: устройство и преимущество, принцип действия

Правильно отбить уровень: методы применения уровней

Перед тем как начать выравнивать поверхность полов, следует отбить уровень рабочей территории в горизонтальной проекции. Иначе говоря, начертить по ширине стен досконально ровные линии, чтобы использовать их в качестве уровня в процессе выравнивания. Сегодня вы узнаете, как это делать удобнее всего, прибегая к стандартному и более современному оборудованию.

Содержание

С целью отбивки уровня пола принято применять гидроуровень, лазерный или оптический нивелир. Последний требует умелого обращения, поэтому у новичков в области ремонта и строительства могут возникнуть проблемы с ним. При определении уровня он используется не так часто.

Применение в строительстве водяного уровня (гидроуровня)

Строители считают наиболее удобным именно водяной уровень. Он имеет вид прозрачной трубки (напоминает элемент системы для капельного введения лекарств, но больший по диаметру), по оба конца которого находятся контрольные колбы. Это значительно упрощает отбивку уровня для неопытных рабочих. Более опытные строители даже избавляются от колб ввиду их ненадобности. Поэтому, уровнем такого типа можно назвать любую прозрачную трубку от 2 до 25 м в длину.

Суть работы водяного уровня основывается на свойствах соединенных сосудов с любой жидкостью (чаще всего – водой) внутри. Вода всегда имеет один четкий горизонт. Если водяной уровень заполнить жидкостью, а потом поднять его за оба конца кверху, то мы получим как раз такие соединенные сосуды. Немаловажный момент – если гидроуровень функционирует правильно, то в обоих концах шланга водяные столбы (их поверхности) непременно будут совпадать.

Как выровнять поверхность водяным уровнем

Как гидроуровень поможет в отбивке безупречного горизонтального уровня на объекте? Работа с водяным уровнем предполагает участие минимум пары человек, поэтому при самостоятельном осуществлении ремонта, для процесса отбивки вы будете вынуждены позвать помощника.

Очередность действий для отбивки уровня следующая:

• Водный уровень заполняется жидкостью, концы шланга поднимаются кверху и сводятся вместе. Если инструмент работает правильно, вода из обеих частей совместится. Если такого не случилось, значит, в воде присутствует воздух. Его пузырьки необходимо выгнать, хорошо встряхнув шланг, постучав по его стенкам. После этого жидкость приобретет однородную консистенцию, а гидроуровень начнет работать как надо. Опытные строители предпочитают сразу вливать в шланг кипяченную воду, чтобы не иметь проблем с пузырьками воздуха внутри. Однако, не на любом объекте это реально осуществить.

Еще одна причина неисправной работы водяного уровня – это наличие пережимов или заломов шланга. Необходимо контролировать, чтобы центр трубки, который лежит на полу во время измерений, не пережимался ни в одной из точек. По этой причине на водяной уровень запрещено наступать, ходить по нему как в процессе работы, так и после, иначе не избежать заломов

• С краю стены (как правило, около угла) один рабочий выполняет прикладывание конца водяного уровня.
• С другого краю стены еще один рабочий, вне зависимости от расстояния до низа, наносит метку (удобнее всего на уровне глаз), прикладывая к этому месту другой конец уровня. Главной задачей данного этапа является сопоставить эшелон воды из трубки с меткой, сделанной на стене.

Делается это путем перемещения шланга по вертикали медленно и аккуратно. Когда уровень воды достигнет метки, аналогичный уровень образуется в начале шланга, который держит в своих руках первый работник бригады.

• По истечение около 20 сек., первый рабочий обозначает на стене степень поднятия воды, которую показывает его трубка, при помощи метки.
• Такая работа с переносом метки производится со всеми стенами в помещении.
• Нанесение контуров по уже очерченным меткам выполняется с использованием отбивочного шнура (этот инструмент похож на рулетку, его можно купить в любом магазине стройматериалов).

Путем вышеизложенных нетрудных действий вам удастся провести отбивку уровня по всей площади дома или квартиры. Способ достаточно эффективный, особенно в руках профессионалов.

Определить уровень с участием лазерного нивелира

Лазерный нивелир – это приспособление нового поколения. Благодаря ему работа упрощается в разы, однако и цена такого изобретения выше средней. Пользуются данным инструментом зачастую профессиональные строительные бригады.

Лазерный нивелир представляет собой аппарат небольших размеров, излучающий лазерные лучи. С их помощью на поверхности стены создается идеальная горизонтальная черта (некоторые модели могут создавать также и вертикаль).

Последовательность отбивки пола лазерным нивелиром

1. Размещение нивелира непосредственно на самом полу или штативе.
2. Выравнивание уровня. Дорогостоящие модели зачастую предусматривают автоматическое выравнивание, позволяющее не беспокоиться об идеальной ровности устройства. В ином случае требуется выполнить выравнивание пузырька в стеклянной колбе. Найти его можно сверху нивелира.
3. Подключение устройства для определения безупречной линии на поверхности.
4. Прочерчивание данной линии с участием специального шнура.
5. Чтобы получить горизонталь на еще одной поверхности (к примеру, другой стене), просто разверните ее в нужную сторону и проделайте все сначала.

Данный принцип работы свойственен лазерным нивелирам недорогой ценовой категории отечественного рынка. Ротационные устройства стоят дороже. На пятом этапе их нет надобности поворачивать. Включаясь, они тут же воспроизводят проекцию всего периметра комнаты на 360 градусов.

Горизонтальная черта лазерного нивелира – это отличный образец для выравнивания поверхности потолка, стен и других конструкций. С ее помощь можно ровно крепить полки, выполнять мелкие ремонтные работы.

Приборы для измерений | Авторская платформа Pandia.ru

Инструменты | Эта статья также находится в списках: кирпич, руки, электроника | Постоянная ссылка

Точность измерений — залог успешного строительства. Продолжая разговор на эту тему, сегодня мы расскажем об инструментах и приборах, используемых для проверки горизонтальности линий и поверхностей и для измерения малых углов наклона.

Спиртовой уровень. Этот строительный инструмент, пожалуй, самый удобный для определения вертикальности и горизонтальности линий и поверхностей. Работают с ним, начиная от возведения фундамента и кончая отделкой — настолько этот уровень универсален, надежен и прост. В отличие от отвеса, применяемого только для определения вертикальности, спиртовой уровень можно использовать и в горизонтальной плоскости. Длинный уровень — превосходная линейка или даже направляющая для электроинструмента. Кроме того, этот прибор можно прикрепить к другим инструментам — угольникам, делительным циркулям, геодезическим трубам и пр.

Принцип работы спиртового уровня, изобретенного в 1660 г., предельно прост. Как известно, под влиянием силы тяжести вода и другие жидкости всегда образуют плоскую поверхность. Уровень состоит из стеклянной цилиндрической трубки — ампулы, заключенной обычно в металлическую оправу. Трубку, запаянную с одного конца, наполняют подогретым спиртом или эфиром и запаивают. В полученной ампуле после охлаждения жидкости образуется пузырек, наполненный парами жидкости. Линия, проходящая внутри вдоль ампулы, относительно которой все точки внутренней поверхности расположены симметрично, называется осью уровня. При горизонтальном положении оси уровня пузырек занимает высшее положение, то есть его середина совпадает с серединой ампулы. На наружной поверхности ампулы в обе стороны от ее середины наносят поперечные деления. Угловое отклонение от горизонтального положения оси уровня, вызывающее передвижение пузырька на одно деление, называют ценой деления уровня.

Высококачественные спиртовые уровни — инструменты очень точные. Большинство из них гарантирует точность измерения до 0,1°. Главный элемент спиртового уровня — стеклянная ампула. В наши дни производители инструментов изготавливают уровни с ампулами из прочного акрила, которые почти не разрушаются.

По сравнению с деликатным процессом успокоения нити отвеса до полной неподвижности со спиртовым уровнем работать легче, поскольку им можно легко управлять даже одной рукой, оставив другую свободной. Уровень можно привязать к элементам конструкции изолентой, прикрепить струбциной и мгновенно считывать показания, оставив обе руки свободными для проведения других работ.

Прямоугольный инструмент легко установить на ровную поверхность. А это значит, что уровень можно использовать и для контроля рядов кирпичной кладки.

Основной недостаток спиртового уровня — он относительно короткий. Поэтому, когда проводят измерения на большой длине (например, при выверке верхней плоскости фундамента), идут на хитрость. Один из способов увеличения зоны действия уровня — положить его на середину длинной доски. Но этот прием хорош до определенных пределов — до 5 м (рис. 1). А если надо разметить конструкцию длиной 12, 18 м и даже больше? В этом случае не обойтись без визира, теодолита-нивелира и лазерного уровня.

Визир. Простейший способ горизонтирования на больших расстояниях — просто прицелиться вдоль верхнего ребра уровня или (более точный способ) через отверстие, просверленное горизонтально по всей длине уровня (см. рис. 1). Такой, как его называют, визирный уровень широко использовали строители еще в начале XX века. Визир устанавливали на треногу, которая для обеспечения точной регулировки имела горизонтирующие винты.

Однако при работе с визиром точность измерения ограничена остротой зрения «стрелка» и точностью сверления в уровне отверстия. А кроме того, для работы с визиром нужен напарник для фиксации отметок на вешке.

Горизонтирование по отвесу. Хотя спиртовой уровень и был изобретен в 1660 г., но широкого распространения он не получил до середины XIX века. В течение столетий строители выверяли свои сооружения с помощью простого водяного уровня или же отвеса, прикрепленного к рамке (рис. 2).

Древние египтяне работали с заполненным водой глиняным корытом или А-образным уровнем с подвешенным к вершине грузиком и отметкой на середине перемычки. Поверхность же, на которой стояла рамка, считалась горизонтальной, когда нить отвеса совмещалась с отметкой на перемычке.

Спиртовой уровень с линейкой

Прикрепите спиртовой уровень к доске сечением 50×100 мм

Визир

Один человек прицеливается через прицельное отверстие, просверленное по всей длине уровня, а другой (по команде первого), делает засечку

Теодолит

Один человек смотрит через теодолит, а другой (по его команде) делает засечку

Лазерный уровень

Им можно работать без помощников, для чего прицельтесь в рейку, подойдите к ней и сделайте засечку

Рис. 1.

Горизонтирование на больших расстояниях

Тот же принцип использовали и для определения горизонта на удаленных объектах. Древние римляне применяли Т-образный визирный уровень с отвесом на каждом конце горизонтальной планки. Совпадение шнурка с отметкой на нижней «руке», прикрепленной под прямым углом к стойке, показывало, что нить отвеса параллельна вертикальной стойке и свидетельствовало о том, что вертикальность зафиксирована. После этого по нижней «руке» можно было прицелиться на удаленный объект. На некоторых инструментах для обеспечения выставки инструмента в двух плоскостях использовалось двойное «Т», то есть с отвесами на концах каждой «руки» (см. рис. 2).

Рис. 2. Инструменты для горизонтирования

Теодолит XVI века

Хотя в этом древнем теодолите нет ампулы со спиртом и оптического визира, он работает как современный теодолит

При совпадении отвесов с отметками на нижних «руках» инструмент находится в горизонтальном положении

Теодолит выставляется в горизонт по отвесу

 

 

 

 

 

А-образный уровень

Если подвес совпал с отметкой на перемычке, поверхность, на которой стоит рамка — горизонтальна

Все это, разумеется, практиковалось вплоть до изобретения теодолита — точного прибора, который вначале применяли артиллеристы для определения расстояний до крепостей и других фортификационных сооружений, чтобы их затем разрушить, а вовсе не для того, чтобы построить.

Теодолит — усовершенствованный визир. Зрительная труба, прикрепленная параллельно оси уровня, позволяет очень точно выставить горизонт на расстоянии до нескольких десятков метров (см. рис. 1).

Заметим, что изобретен теодолит был в 1570 г., то есть задолго до появления спиртового уровня и зрительной трубы (см. рис. 2). Со временем, скомбинированный со спиртовым уровнем и зрительной трубой, он стал тем инструментом для геодезической съемки, которым мы пользуемся сегодня. Из-за дороговизны до XX века он широко не применялся строителями. В наши дни инструмент со зрительной трубой, вращающейся только в горизонтальной плоскости, называют нивелиром, а работающий в двух плоскостях — теодолитом.

Как и визир, теодолит обычно устанавливают на треногу и горизонтируют регулировочными винтами. Однако теодолит более точен и может работать на больших дальностях, чем визир. При работе с теодолитом смотрите через зрительную трубу (в ней есть перекрестие как в оптическом прицеле винтовки) и по вашему знаку коллега делает отметку на рейке (рис. 3).

Рис.3. Работа с теодолитом и лазерным уровнем

Вращением теодолита или лазерного уровня в горизонтальной плоскости определяют ее положение на вешках. В данном случае доски обноски установлены ниже горизонтальной плоскости на расстоянии «X»

Вертикальную плоскость определяют «прокачкой» отгоризонтированного теодолита вверх/вниз

Прямой угол (вид сверху)

Засечка прямого угла обеспечивается поворотом теодолита на 90°

Постоянный уклон

Установив линию визирования под нужным углом, можно замерить

точный перепад высот на вешках, что очень удобно при укладке

ливневого дренажа

Теодолит, установленный в горизонтальном положении на штатив, способен вращаться на 360° и таким образом обеспечивает полную «прокачку» горизонтальной плоскости. Кроме того, этот прибор можно наклонить вверх/вниз, а значит контролировать и вертикальную плоскость.

На многих теодолитах шарнирное основание имеет градуировку в градусах. Таким образом, «прострелив» линию в одном направлении, можно повернуть теодолит на 90° и получить точный прямой угол.

Шарнир, позволяющий теодолиту отклоняться верх/вниз, тоже нередко имеет градуировку. А зафиксировав линию визирования теодолита под углом, можно обеспечить точный уклон (например, при монтаже ливневого дренажа).

Однако для самодеятельного застройщика теодолит слишком дорог, и для большинства работ вполне можно обойтись дешевым строительным уровнем.

Лазерный уровень. Главное достоинство лазерного уровня—с ним можно работать и без помощника (см. рис. 1). Прицеливаешься, подходишь к вешке и отмечаешь место, куда попал луч лазера.

Часто на лазерных уровнях есть зеркала, отражающие луч под прямым углом. У некоторых инструментов этого типа луч расщепляется на 90° вправо, влево, вверх и вниз. Наконец, есть уровни с мотором, который постоянным вращением луча создает горизонтальную плоскость. В частности, с помощью таких инструментов монтируют подвесные потолки.

Другие инструменты для горизонтирования

Кроме спиртового уровня, теодолита и лазерного уровня существуют и другие инструменты для горизонтирования.

Уровень «Бычий глаз» — очень грубый тип уровня, в котором плавающий в шаровой ампуле пузырек показывает горизонт во всех направлениях. Изобретенный еще в 1777 г., он до сих пор используется на строительных площадках.

Цифровой уровень. В этом приборе, как и в спиртовом уровне, для определения горизонта тоже используется жидкость, но для «считывания» положения пузырька и оцифровки результатов введен микропроцессор.

Преимущество цифрового уровня по сравнению с другими простейшими инструментами в том, что он не только показывает горизонт, но и отклонение от него (в градусах или дюймах). Цифровые уровни довольно дороги. Кроме того, электроника в суровых условиях строительных работ может и подвести.

Линейный уровень — маленькая, легкая ампула спиртового уровня с зажимами, позволяющими крепить ее непосредственно к линейке. Он очень дешев, но поскольку из-за ампулы линейка немного проседает, показания линейного уровня ненадежны.

«Уровень Лока» выглядит как подзорная труба. Посмотрев через нее, можно увидеть горизонтальный пузырек и определить, держите ли вы инструмент горизонтально. Сняв им несколько показаний из одного и того же места, можно грубо оценить уклон. Точность уровня достаточна для экскаваторщиков, но, конечно, не для каменщиков и плотников.

Водяной уровень. Известен он с 1629 г., то есть еще до изобретения спиртового уровня. Но тогда водяной уровень не нашел практического применения, поскольку процесс вулканизации резины был открыт только в 1830 г.

В водяном уровне используется известный физический принцип — в сообщающихся сосудах вода всегда стоит на одном уровне. Прикрепив к концам шланга стеклянные трубки или взяв прозрачный шланг, можно увидеть и отметить уровень воды, стоящей на обоих концах на одной высоте.

У некоторых водяных уровней на одном из концов шланга есть резервуар, позволяющий работать одному человеку. В отличие от других типов инструментов, водяным уровнем можно легко выставить горизонт на углах или пройти с ним через маленькие проемы в стене, что делает водяной уровень практически незаменимым для работ внутри дома. Водяной уровень дешев и надежен.

Наши архивы! Строительство и ремонт

Готовые конструкции · Двери · Лестницы · Окна · Отопление · Ремонт  ·  Инструменты: Дрели · Пилы Материалы · Кирпич, бетон и битум, пеноблоки · Кирпич, бетон, пеноблоки · Кровельные и гидроизоляционные материалы · Лакокрасочные материалы · Металлический прокат, арматура, опалубка ·  Облицовочные и отделочные материалы · Ламинат · Обои · Паркет · Полы · Потолки · Стены · Фасады · Пиломатериалы  ·  Сауны и бани  ·  Теплоизоляционные и шумоизоляционные материалы  ·  Элементы крепежа Сантехника ·  Ванны  ·  Душевые кабины  ·  Смесители  ·  Трубы и водопровод  ·  Унитазы Строительные словари и глоссарии  ·  Мойки высокого давления, терминология  ·  Словарь терминов пиломатериалов  ·  Словарь-справочник по пластиковым окнам Строительные документы ·  Строительные документы в архивах

Датчик уровня воды, преобразователь уровня жидкости

Он использует импортные высокоточные компоненты, чувствительные к диффузионному кремнию, корпус из нержавеющей стали с цельносварной конструкцией уплотнения, высокую точность измерения и надежность. Это отличное решение для контроля уровня внутри и вне помещений. Ниже указана цена датчика уровня воды.

• Модель: RS-PM200
• МОК: 1 ПК
• Дата доставки: в течение 24 часов
• Цена: $47,8~$83,45

Описание датчика уровня воды

Принцип работы датчика уровня основан на зависимости между статическим давлением жидкости и уровнем жидкости (P=ρgH), а статическое давление преобразуется в электрический сигнал для измерения уровня жидкости, который является важным применением датчика давления.

Передний защитный колпачок входного преобразователя уровня жидкости серии

PM200 может защитить диафрагму датчика, а также обеспечить гладкий контакт жидкости с диафрагмой. Водонепроницаемое соединение провода и оболочки, вентилятор в кабеле и внешнем мире, внутренняя конструкция с защитой от конденсации. Встроенная схема обработки микросигналов может быть удаленной передачей. Хорошая стабильность и надежность. Это промышленный датчик уровня воды.

Определение

Применение

Датчик уровня воды может широко использоваться на водоочистных сооружениях, очистных сооружениях, городском водоснабжении, высотном бассейне, скважине, геотермальной скважине, шахте, промышленном бассейне, нефтяном бассейне, гидрогеологии, водохранилище, реке, океане, и другие поля.

Характеристики датчика уровня воды

1. Защита от обратной полярности и защита от мгновенного перенапряжения по току соответствуют требованиям защиты от электромагнитных помех.
2. автоматическая компенсация температуры, автоматическая коррекция температуры.
3. использовать качественный воздухопроводящий кабель, который можно пропитывать водой круглый год.
4. способность к перегрузке и защите от помех, экономическая и практическая стабильность.
5. Основной алгоритм автоматической коррекции может эффективно предотвращать числовые колебания, вызванные колебаниями поверхности воды.
6. Наклонное направляющее отверстие для жидкости может эффективно предотвратить попадание примесей ила, а также предотвратить удар.

Параметры

Спецификация сигнальной линии : 2-проводная/3-проводная
Дрейф нуля : ±0,02%FS/°C
Сдвиг тепловой чувствительности : ±0,02 %FS/°C
Долговременная стабильность (1 год) : ±0,1% полной шкалы
Частотная характеристика (-3 дБ) : 3,2 кГц
Температурная компенсация : -20~+85°C
Температура среды : -10~+85°C
90 012 Давление перегрузки : 200 % полной шкалы
Диапазон испытаний (м) : 0,5 1 2,5 5 10 20 50 100 200 300 400 500 600

Дополнительная информация о датчике уровня воды

Что такое датчик уровня воды?

Датчик уровня жидкости (датчик уровня воды) — датчик давления для измерения уровня жидкости. и преобразуйте измеренное давление в выходной электрический сигнал.

Как работает датчик уровня воды?

Принцип измерения статического давления: когда датчик уровня жидкости помещается на определенную глубину тестируемой жидкости, формула давления датчика относительно уровня жидкости выглядит следующим образом: Ρ=ρ.g.H Формула Po: Давление на
P: преобразователь относительно уровня жидкости
ρ： измеренная плотность жидкости
g: локальное ускорение силы тяжести
Атмосферное давление на Po: поверхность
Глубина H: преобразователь в жидкости
Тем временем давление жидкости вводится в камеру избыточного давления датчик через газопровод из нержавеющей стали, а атмосферное давление Po на уровне жидкости соединено с камерой отрицательного давления датчика для противодействия Po, на задней части датчика
Давление, измеренное датчиком, равно ρ.g.H. Глубина уровня жидкости может быть получена путем измерения давления P.

Какие бывают датчики уровня воды?

Он разделен на две категории: один контактного типа, включая однофланцевый датчик уровня жидкости с перепадом давления, поплавковый датчик уровня жидкости, магнитный датчик уровня жидкости, входной датчик уровня жидкости, электрический внутренний поплавковый датчик уровня жидкости, электрический поплавковый датчик уровня жидкости датчик, электронный датчик уровня воды, магнитострикционный датчик уровня жидкости, сервоприводной датчик уровня жидкости и т. д. Вторая категория является бесконтактной и делится на ультразвуковой датчик уровня жидкости, радарный датчик уровня жидкости и т. д.

Где скачать инструкцию по датчику уровня воды?

Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения руководства.

Другие датчики

Другие блоги

Определение и типы систем предупреждения о наводнениях

Длительные дожди и таяние снега привели к повышению уровня воды и затоплению городских дорог, что привело к наводнениям. Частые и экстремальные наводнения неизбежны и угрожают безопасности населения.

Типы датчиков PH, применение и обслуживание

Всем известно, что выбор датчиков качества воды очень важен. При измерении воды датчик ph является одним из важных инструментов. Однако есть

Лучшие инструменты и программное обеспечение для мониторинга окружающей среды серверной комнаты

С развитием информационных технологий количество компьютерных систем и коммуникационного оборудования увеличивается день ото дня. В наступившем году центральный

Лучшие детекторы протечки воды, датчики протечки воды

Сталкивались ли вы или ваш друг с прорванной водопроводной трубой, скоплением воды на кухне или в ванной? Вода является наиболее распространенной причиной свойства

8 лучших промышленных детекторов утечек газа 2021 года

Зачем нужен детектор газа? В процессе промышленного производства часто происходит утечка легковоспламеняющихся, токсичных и вредных газов, что может привести к серьезным последствиям.

Что такое Интернет вещей? 16 лучших датчиков и приложений IoT

Что такое Интернет вещей? IoT — это «Интернет вещей». Это расширенная и расширенная сеть, основанная на Интернете. Он сочетает в себе различные датчики информации

Умное сельское хозяйство: Интернет вещей в сельском хозяйстве

Что такое умное сельское хозяйство? Умное сельское хозяйство — это применение технологии Интернета вещей в традиционном сельском хозяйстве с использованием датчиков и программного обеспечения для управления сельскохозяйственным производством

.

Датчик уровня воды | Что, Как, Где, Преимущества, Типы

Содержание Что такое датчик уровня воды? Датчик уровня воды – это устройство, измеряющее уровень жидкости в стационарной емкости

Что такое датчик уровня воды?

Электронный измеритель уровня воды – это новый тип датчика измерения уровня воды, который состоит из печатной платы, общего электрода,

Какие бывают типы промышленных датчиков?

Промышленные датчики бывают разных типов, вот пять основных типов: Датчик температуры: относится к датчику, который может измерять температуру и преобразовывать ее в датчик

.

Основы измерения уровня воды

Управление рисками наводнений Управление водными ресурсами

Райан Герреро

Знаете ли вы, что около 75% населения мира живет в пределах 50 км от береговой линии, а 90% живет в пределах 10 км от пресной воды? Мы полагаемся на воду для питья, транспорта, отдыха, сельского хозяйства, электричества и многих видов промышленности. Мы даже используем его, чтобы смывать отходы.

Более того, мы зависим от уровня воды вокруг нас, чтобы оставаться относительно стабильным. Слишком высокий или слишком низкий уровень может привести к катастрофе. Вот почему уровень воды тщательно контролируется федеральными, государственными и местными органами власти, а также многими частными предприятиями. Мониторинг уровня воды является неотъемлемой частью управления земельными ресурсами и средой обитания, а также управления рисками наводнений. Он играет роль в региональном и муниципальном управлении водными ресурсами и во многих производственных процессах.

Конечно, перебор всех вариантов измерения уровня воды может показаться ошеломляющим. Эта статья даст вам базовое понимание, необходимое для принятия таких решений. Вот вопросы, которые мы рассмотрим…

• Что такое уровень воды?
• Почему уровень воды так важен?
• Какие существуют способы измерения уровня воды?
  
• Как вы решаете, какие устройства измерения уровня воды использовать?

Что такое уровень воды?

Уровень воды определяется как вертикальное расстояние (или высота) от заданной точки отсчета до поверхности воды. В реках и ручьях его часто называют мерной (горизонтальной) высотой или уровнем.

При определении уровня воды для поверхностных вод контрольная точка обычно указывается как точка ниже поверхности воды. Однако в подземных водах, таких как грунтовые воды и резервуары, контрольная точка чаще определяется как точка над поверхностью воды.

Уровень поверхностных вод тесно связан с глубиной, но не обязательно идентичен ей. В поверхностных водах глубина измеряет расстояние по вертикали от поверхности воды до дна. Для измерения уровня воды опорной точкой может быть то, что определяет пользователь. Это может быть дно, но не обязательно. Если мы знаем разницу между дном и выбранной пользователем опорной точкой, мы можем легко вычислить глубину по уровню воды.

Почему уровень воды имеет значение

Есть много веских причин, по которым так много людей из самых разных слоев общества уделяют так много внимания уровню воды. Вот лишь некоторые из основных:

Уровень воды влияет на здоровье окружающей среды

Слишком высокий или слишком низкий уровень воды может негативно повлиять на окружающую среду. Снижение уровня воды может привести к потере среды обитания для рыб и других диких животных, потере доступной пищи и питьевой воды для диких животных, более высоким концентрациям загрязняющих веществ в оставшейся воде и эрозии открытых почв. Когда уровень воды становится достаточно высоким, чтобы вызвать наводнения, возникающие в результате наводнения могут привести к эрозии берегов и русел рек. Эти наводнения могут негативно повлиять на качество воды, распространяя загрязняющие вещества и ил. И они могут повредить растительность.

Водоплавающие птицы ищут пищу на высохших грядах австралийского болота Маркет-Гарден.

Зная уровни воды, которые необходимы для поддержания здоровья данной экосистемы, землеустроители могут предпринять такие шаги, как содержание дамб и водосбросов, чтобы поддерживать желаемый уровень воды.

Наводнение создает опасность для жизни и имущества людей

Независимо от конкретного механизма, высокий уровень воды может привести к затоплению.

Насколько распространены наводнения? Национальная организация по исследованию океанов и атмосферы (NOAA) отмечает: «Наводнения происходят в каждом штате и на каждой территории США». По оценкам Всемирного банка, около 2,2 миллиарда человек, или 29% населения мира, проживает в районах, где вероятность наводнения в любое заданное десятилетие составляет не менее 10 %.

Возможно, вы удивитесь, узнав, какой ущерб наносят наводнения людям, имуществу и инфраструктуре. По оценкам Национальной метеорологической службы, наводнения являются второй по значимости причиной гибели людей после жары. А Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям (FEMA) подсчитало, что наводнения ежегодно наносят ущерб примерно в 8,2 миллиарда долларов. Тем не менее, эта цифра меркнет по сравнению с более чем 112 миллиардами долларов ущерба, причиненного ураганом Ян, большая часть которого была вызвана наводнением, вызванным штормовым нагоном.

Спасатели проводят эвакуацию.

Контролируя уровень воды, мы можем оптимизировать работу таких сооружений, как плотины и водохранилища, чтобы снизить риск наводнений. Мы можем более надежно предвидеть наводнения, что дает больше времени для принятия защитных мер и эвакуации людей из опасной зоны. Мы можем уберечь людей от опасностей, приняв такие меры, как предупреждение водителей о затопленных дорогах. И, понимая, какие районы наиболее подвержены наводнениям, мы можем активно направлять развитие поселений и инфраструктуры в сторону от тех районов, которые подвергаются наибольшему риску наводнений.

Низкий уровень воды может нарушить работу гидроэлектростанций и водоснабжения

Когда уровень поверхностных вод падает слишком далеко, водохранилища могут истощаться, что ставит под угрозу водоснабжение и потенциально нарушает производство гидроэлектроэнергии плотинами.

Например, около 25 миллионов человек зависят от воды из крупнейшего водохранилища Америки, озера Мид. И более 1,3 миллиона человек зависят от гидроэлектроэнергии, вырабатываемой плотиной Гувера на озере Мид. Тем не менее, уровень воды в озере Мид стал относительно низким, что в конечном итоге может повлиять как на водоснабжение, так и на энергоснабжение.

Уровень воды в озере Мид достиг исторически низкого уровня .

В июле 2022 года уровень воды в водохранилище упал до 1040 футов — самого низкого уровня с момента его постройки. Даже со всеми атмосферными реками на западе США в начале 2023 года уровень воды в марте 2023 года все еще был на 15 футов ниже, чем в то же время в 2022 году. Судя по этим тенденциям, водохранилище, похоже, движется к уровню Дэдпула — точка, в которой уровень воды становится слишком низким, чтобы достичь водозабора плотины и поддерживать производство гидроэлектроэнергии. Этот момент наступает примерно в 895 футов. Примерно на 20 футов ниже этого уровня уровень воды в водохранилище будет слишком низким даже для достижения самого низкого уровня водозабора, что лишает миллионы людей питьевой воды.

Понимая степень и скорость, с которой истощаются водные ресурсы в водохранилищах и плотинах, таких как озеро Мид, управляющие ресурсами в этих местах могут применять методы сохранения, наиболее подходящие для их обстоятельств.

Низкий уровень воды может затруднить судоходство

Низкий уровень воды может препятствовать движению по реке так же легко, как и паводок. И экономический эффект может быть значительным.

Мы видели это на примере реки Миссисипи в 2022 году. Исторически по реке перевозилось около половины тоннажа грузов, перевозимых между Луизианой и 12 штатами, касающимися системы верхнего течения реки Миссисипи. Затем, в октябре 2022 года, уровень воды был зафиксирован почти на 11 футов ниже нулевого уровня (отсчетной точки, по которой рассчитываются уровни воды для участка). Участки реки стали временно непроходимыми. Даже когда баржи могли пройти, им приходилось уменьшать количество груза, чтобы компенсировать мелководье. Общие экономические потери от этого даже оцениваются примерно в 20 миллиардов долларов.

Обнаженное русло реки Миссисипи в ноябре 2022 г. .

Контролируя уровень воды в подобных ситуациях, мы можем, по крайней мере, предпринять шаги для уменьшения общих потерь. Корабли и баржи могут снизить риск падения, увеличив вес своего груза. Водные власти могут ограничить движение речного транспорта, чтобы корабли и баржи ходили только там и тогда, когда это безопасно. А дноуглубительные работы можно проводить там, где они нужнее всего.

Методы измерения уровня воды

Чтобы эффективно контролировать уровень воды, мы должны иметь возможность проводить точные и объективные измерения. Существует несколько основных типов устройств измерения уровня воды, также обычно называемых водомерами или датчиками уровня воды:

1. Посох выглядит как аршин или гигантская линейка, торчащая из воды. Отметки на манометре обеспечивают визуальную индикацию текущего уровня воды. Хотя штатные датчики могут быть эффективны в широком диапазоне приложений, у них есть ограничение, заключающееся в том, что они не позволяют дистанционно считывать показания. Кто-то должен быть на месте, чтобы наблюдать за датчиком и собирать показания. Они чрезвычайно популярны в качестве «эталонных манометров» для калибровки электронных датчиков уровня воды.

2. Проволочный калибр состоит из груза, прикрепленного к катушке с проволокой. Устройство обычно крепится над уровнем воды к мосту или другому постоянному сооружению. Чтобы зафиксировать показания, техник должен размотать проволоку до тех пор, пока гиря не коснется воды. Как и штатные манометры, проволочные гироскопы требуют присутствия техника для снятия показаний; они не допускают удаленного считывания. Кроме того, как и штатные манометры, они часто используются в качестве эталонных манометров для калибровки электронных датчиков уровня воды.

3. Датчик вала состоит из поплавка и противовеса, подвешенного к шкиву, установленному на валу. Когда уровень воды колеблется, шкив и вал вращаются. Счетчик или энкодер отслеживает количество вращений (и их направление), чтобы контролировать, насколько уровень воды упал или поднялся. Вместо того, чтобы давать «абсолютный» уровень воды, энкодер показывает изменения уровня воды.

   Чтобы свести к минимуму «шум» в показаниях, энкодер должен быть установлен в успокоительном колодце, который представляет собой большую полую трубу вдоль берега реки. Забор позволяет воде из ручья течь в успокоительный колодец, пока она не достигнет того же уровня, что и ручей, за исключением того, что вода в колодце «спокойная». При подключении к регистратору данных или преобразователю энкодер может обеспечивать дистанционное считывание.

   
   

4. Датчик давления оснащен тензодатчиком, который чувствителен к величине давления, создаваемого столбом воды. После калибровки это давление может быть преобразовано в показание в футах или метрах. Однако вода не является единственным источником давления. Чтобы компенсировать атмосферное давление, датчик давления должен быть направлен в воздух наверху или должен использоваться вместе с верхним барометром.

   Хотя датчики давления относительно недороги в установке, они могут дрейфовать или засоряться, что может привести к ошибочным показаниям. В связи с этим они требуют регулярного осмотра и обслуживания. Рекомендуется использовать датчики давления вместе с вторичными измерительными устройствами для резервирования.

   
   

5. Барботер нагнетает (или барботирует) газ, такой как азот, через отверстие, установленное в потоке. Устройство определяет величину давления, необходимого для подачи газа в воду. Устройство должно быть откалибровано, чтобы преобразовать это показание давления в измерение уровня воды.

   Несмотря на то, что линия отверстия касается воды, фактический датчик должен быть установлен на безопасном расстоянии от воды, что снижает затраты на техническое обслуживание. Хотя барботеры могут предоставлять точные данные в широком диапазоне условий, турбулентные воды могут забивать линии отверстий или вызывать депрессию (состояние, при котором отдельные столбы воды могут находиться на более низком уровне, чем окружающие столбы), что может отрицательно сказаться на точности данных.

   
   

6. Радар Датчики работают по тому же принципу, что и другие радарные устройства. Они передают электромагнитные волны и измеряют возвращаемое им эхо. Когда радар откалиброван правильно, эти эхо-сигналы могут содержать значительный объем информации, включая расстояние до поверхности воды внизу. Затем это измерение можно преобразовать в уровень воды.

   Для обеспечения точных показаний радар должен быть установлен горизонтально на устойчивой конструкции с беспрепятственным обзором воды внизу. Как правило, его следует направлять в сторону от областей, подверженных просадке, поскольку просадка может привести к показаниям, которые не точно отражают окружающий уровень воды. Ветреные условия над бассейнами с низкой скоростью также могут помешать получению точных показаний.

7. Гидроакустические датчики передают звук через воду и используют принцип Доплера для измерения различных параметров, включая скорость воды, режимы расхода, режимы течения, режимы течений, а также поверхность воды.

Выбор правильного датчика(ов) уровня воды

Не существует такой вещи, как , лучший датчик уровня воды типа . Но некоторые датчики лучше подходят для определенных приложений и/или приоритетов, чем другие. Чтобы выяснить, какой тип датчика уровня воды лучше всего подходит для вас, важно понимать ваши конкретные приоритеты и обстоятельства, в которых будут использоваться ваши датчики.

Вот основные соображения, которые должны учитываться при принятии вами решения:

Характеристики физического сайта

Физические характеристики вашего сайта являются одним из наиболее важных соображений, которые необходимо учитывать при принятии решений. Вы выбираете датчик уровня воды для эфемерного потока, который течет только после осадков? Или если для быстроходной реки, которая испытывает периодический селевой поток? А может это для водохранилища? Каждый тип сайта будет иметь разные потребности в датчиках.

В таблице ниже показано, какие типы датчиков уровня воды обычно предпочтительны для наиболее распространенных типов развертывания.

Стандартные датчики уровня поверхностных вод

Заявка	Предпочтительное устройство	2-й выбор	3-й выбор
Резервуар	Энкодер	Барботер	Датчик давления
Крупная река (с высокой скоростью и селевым потоком)	Радар (при наличии монтажной конструкции)	Барботер
Устье	Датчики гидроакустические
Открытый бассейн (под влиянием ветра)	Барботер	Датчик давления
Эфемерный/прерывистый поток	Датчик давления или радар (при наличии монтажной конструкции)	Барботер
Открытый канал (со стабильным управлением)	Радар	Барботер
Озеро	Датчики гидроакустические
Водораздел (с небольшой глубиной и быстрой сменой ступеней)	Датчик давления	Радар
Залив	Датчики гидроакустические

Общая стоимость развертывания

Помимо физических требований к площадке, вам также необходимо учитывать бюджетные ограничения. Например, штатные датчики являются одними из самых дешевых доступных датчиков уровня воды, но они также имеют свои ограничения. Кроме того, в зависимости от типа датчика затраты на развертывание могут значительно превышать стоимость самого датчика. Например, для правильного развертывания энкодеров вам также необходимо инвестировать в создание успокоительных колодцев, что может быть дорогостоящим.

Первоначальные затраты по сравнению с эксплуатационными расходами 

Насколько ваш бюджет капиталовложений соотносится с вашим операционным бюджетом? Например, датчики давления могут быть относительно недорогими в установке, но они требуют большего обслуживания, чем некоторые другие датчики. С другой стороны, энкодеры и барботеры могут стоить дороже, но их обслуживание, как правило, будет более экономичным в конечном итоге.

Простота обслуживания и безопасность персонала

Бесконтактные датчики, такие как радар, могут работать без контакта с водой. Многие клиенты предпочитают бесконтактные датчики из-за простоты обслуживания и безопасности техников. Но бесконтактными являются лишь небольшая часть типов датчиков, и они могут не подходить для каждого приложения. Кроме того, они могут стоить дороже, чем некоторые другие альтернативы.

Сбор данных и доступность персонала

Как часто нужно собирать показания? Есть ли у вас свободный персонал для сбора показаний по мере необходимости? Штатные манометры и весовые манометры требуют, чтобы на месте присутствовал техник для сбора показаний с них. Большинство других датчиков уровня воды в сочетании с регистраторами данных и надлежащей телеметрией позволяют снимать показания удаленно.

Избыточность данных

Крупные наводнения могут повредить датчики и нарушить поток данных. Также могут быть случайные обстоятельства, которые не позволяют датчику уровня воды выдавать точные данные. Например, датчики давления и барботеры не дают точных показаний в солоноватой воде (9).0221 т.е. , смесь пресной и соленой воды). При размещении вблизи побережья датчики этих типов могут давать ошибочные показания, когда сильные прибрежные штормы вызывают штормовые нагоны, выталкивающие соленую воду в пресноводную систему.

Чтобы обеспечить непрерывный поток точной информации, многие клиенты устанавливают на сайте несколько датчиков. Если один датчик поврежден во время наводнения, другой может продолжать отправлять данные. Если два датчика возвращают разные данные, технические специалисты могут исследовать источник несоответствия и установить, какой из них предоставил правильные данные. Эта избыточность может обеспечить клиентам большую уверенность в данных, которые они получают.

Текущее или периодическое использование

Будете ли вы использовать датчик уровня воды постоянно в течение всего года или он понадобится вам только для расширения вашей сети во время значительных наводнений? Датчик быстрого развертывания (RDG) может обеспечить ситуационную осведомленность, которая необходима специалистам по чрезвычайным ситуациям и прогнозистам во время значительных наводнений, или его можно временно развернуть по мере необходимости, чтобы заменить поврежденный датчик уровня воды. Преимущество RDG заключается в том, что их можно быстро и легко установить для краткосрочного использования.

Объединяем

Для более глубокого ознакомления с передовыми методами подбора правильных технологий датчиков уровня воды с правильными приложениями посетите наш веб-семинар на тему:

Создайте идеальное решение для мониторинга воды

Ищете дополнительную помощь для разработки или расширения вашей сети мониторинга воды? Услуги AEM по проектированию гидрологических сетей могут помочь вам спроектировать и построить сеть, которая идеально соответствует вашим уникальным потребностям. Свяжитесь с нами для бесплатной консультации.

Райан Герреро

Следуйте за мной в LinkedIn

Райан Герреро (Ryan Guerrero) — менеджер по аппаратному обеспечению AEM.