Nguyên lý cảm biến mực nước sông và độ không đảm bảo đo: radar, siêu âm và thủy tĩnh | METRAVON

Nguyên lý cảm biến mực nước sông và độ không đảm bảo đo: radar, siêu âm và thủy tĩnh

Các cảm biến mực nước sông không phải đều đo cùng một đại lượng vật lý. Thiết bị radar và siêu âm trước tiên đo khoảng cách; bộ phát thủy tĩnh nhúng chìm cảm nhận áp suất chất lỏng. Nếu không có mốc cao độ và quy đổi nhất quán, các giá trị hiển thị của chúng không thể so sánh trực tiếp.

Khi mua sắm và nghiệm thu tại hiện trường, cần phân biệt sai số khoảng cách hoặc áp suất của cảm biến với sai số do mốc chuẩn khảo sát, cách lắp đặt và phép quy đổi sang mực nước.

Cao độ mực nước, mức cục bộ và độ sâu là khác nhau

Radar gắn trên cầu báo khoảng cách D. Với cao độ tham chiếu của cảm biến Z_sensor đã đo, cao độ mực nước là Z_water = Z_sensor − D. Độ sâu nước còn cần mức đáy được quy định, có thể thay đổi do xói hoặc bồi lắng.

Z_water = Z_sensor − D

Ví dụ: cao độ tham chiếu 105,00m trừ khoảng cách 8,20m cho cao độ mực nước 96,80m.

Sự dịch chuyển 0,10m của mốc lắp đặt có thể tạo ra sai số hệ thống tương ứng nếu không được hiệu chỉnh.

Đo khoảng cách bằng radar và độ không đảm bảo

Radar xung ước lượng khoảng cách từ độ trễ truyền; radar FMCW dùng tần số phách giữa tín hiệu quét và phản xạ trễ. Trong giám sát sông, mục tiêu theo dõi phải là mặt nước — không phải trụ cầu, bờ hay lòng sông lộ ra khi mực thấp.

• Lợi ích: đo không tiếp xúc, không có đầu cảm biến nhúng chìm thường trực; nhiệt độ không khí không ảnh hưởng radar qua sự thay đổi tốc độ âm.

• Hạn chế: phản hồi từ kết cấu, vùng chùm tia bao phủ, nước bắn, ngưng tụ, băng và vật trôi nổi có thể làm gián đoạn việc bám mục tiêu.

• Tần số sóng mang cao hơn không phải bằng chứng sai số đo thấp hơn; băng thông hiệu dụng, ăng-ten và xử lý mới quan trọng.

So sánhdòng sản phẩm mực nước radar METRAVONvà xác nhận độ rộng chùm tia cùng khoảng trống vùng gần theo từng mẫu.

Vì sao đo khoảng cách bằng siêu âm cần hiệu chỉnh đường truyền khí

Cảm biến siêu âm hướng xuống đo thời gian sóng âm đi và về qua khí. Nhiệt độ, thành phần khí và chênh lệch nhiệt độ theo vị trí làm thay đổi tốc độ âm; một cảm biến nhiệt độ duy nhất có thể không bù đầy đủ khi nhiệt độ thay đổi mạnh theo chiều cao.

D = c_gas × t / 2

t là thời gian đi–về và c_gas là tốc độ âm hiệu dụng dọc đường truyền.

Vật cản chùm tia, bọt dày, hơi đặc và chặn vùng gần ở mực tối đa làm tăng thêm sai số.

Siêu âm có thể hoạt động trong kênh phù hợp với điều kiện khí ổn định và chùm tia thông thoáng. Nước sạch không phải ứng dụng duy nhất, nhưng khí quyển và bề mặt phải thích hợp.

Quy đổi thủy tĩnh, khối lượng riêng và bù khí áp

Bộ phát thủy tĩnh tính chiều cao cột nước từ áp suất phía trên điểm cảm biến. Loại đo áp suất tương đối có thông hơi thường bù áp suất khí quyển qua cáp có ống thông hơi; loại đo áp suất tuyệt đối có thể cần bù khí áp riêng. Thay đổi khối lượng riêng do nhiệt độ, độ mặn và chất rắn lơ lửng có thể ảnh hưởng đến phép quy đổi.

h = P / (ρg)

P là áp suất cột chất lỏng đã được bù phù hợp, ρ là khối lượng riêng của nước và g là gia tốc trọng trường.

Đây là cột nước phía trên cảm biến; cộng cao độ tham chiếu của cảm biến nhúng chìm để có cao độ mực nước.

• Đặt và cố định đầu dò tránh nơi thường xuyên bồi lắng; bảo vệ cáp và ống thông hơi.

• Nước đục không tự động ngăn cản phép đo, nhưng bị chôn vùi và hư hại vật lý thì có.

Độ phân giải, độ lặp lại và độ chính xác lắp đặt

Bước hiển thị một milimét không phải bằng chứng của độ chính xác ±1mm. Hãy kiểm chứng toàn hệ thống theo thông số riêng của mẫu và mốc tham chiếu hiện trường.

Kiểm chứng hiện trường và câu hỏi mua sắm thường gặp

1. Ghi mã trạm, mốc tham chiếu cảm biến, mốc cao độ chung và mực nước tham chiếu quan sát được.

2. So sánh an toàn số đọc cục bộ của cảm biến với thước đo nước đáng tin cậy hoặc mốc khác.

3. Khi khả thi, so sánh nhiều mực nước đại diện, không chỉ một điểm.

4. Kiểm tra đơn vị, độ lệch số không, thang đầu ra và dấu thời gian.

5. Lưu hồ sơ nghiệm thu làm đường cơ sở cho các dịch chuyển hoặc cấu hình lại sau này.

Radar có luôn chính xác hơn thước đo nước không?

Không thể xếp hạng chung cho mọi trường hợp. So sánh hai kết quả tại cùng thời điểm và cùng mốc cao độ, có tính đến dao động mặt nước và độ không đảm bảo của phép đọc tham chiếu. Nếu kết quả khác nhau, kiểm tra lại cao độ tham chiếu đã khảo sát của cảm biến và mục tiêu phản xạ trước khi chỉnh độ lệch radar theo một lần quan sát duy nhất.

Chỉ riêng mực nước có cho lưu lượng không?

Không. Cao độ mặt nước không xác định được lưu lượng nếu thiếu quan hệ mực nước–lưu lượng hợp lệ hoặc phép đo thủy lực bổ sung. Thay đổi lòng dẫn có thể làm thay đổi quan hệ đó dù cảm biến mực nước vẫn ổn định. Cần nghiệm thu riêng việc kiểm tra mực nước và kiểm chứng lưu lượng.

80 GHz có nhất thiết chính xác hơn 26 GHz không?

Chỉ riêng tần số sóng mang không phải thông số độ chính xác. So sánh độ chính xác đo khoảng cách, vùng chùm tia bao phủ, giới hạn vùng gần và điều kiện lắp đặt của kiểu thiết bị đặt hàng. Chùm tia hẹp hơn có thể tránh trụ cầu, nhưng không sửa được cao độ lắp sai hoặc giá đỡ chuyển động.

Lập dự toán sai số của hệ thống đo sau lắp đặt

Nghiệm thu không thể chỉ dựa lại vào độ chính xác nhà máy công bố trong điều kiện lý tưởng. Cần tính các thành phần do đo khoảng cách hoặc áp suất, mốc chuẩn khảo sát, hiệu chỉnh khí/khối lượng riêng, dịch chuyển giá đỡ và lượng tử hóa hoặc quy đổi thang đo trong phần mềm.

Trước khi gộp thống kê nhiều độ không đảm bảo, hãy kiểm chứng tính độc lập và xác định độ lệch hệ thống. Không có công thức phổ quát để cộng mọi giá trị sai số cực đại.