实验一 水位观测
一、实验目的
1．通过水位仪器实验对各种类型水位仪器设备的性能、结构特点，使用条件及方法有初步了解。
2．掌握SW40型日记水位计性能及使用方法。 3．了解用HSW-1000DIG 型便携式超声波测深仪原理。
二、实验内容
(一)介绍几种水位计和设备 1．水尺：
2．长期自记水位计； 3．超声波水位计；
(二)SW40型日记水位计的使用
1．根据图1对照SW40型水位计，了解主要部件作用。 a．感应部件由浮筒、悬索、水位轮、螺钉和平衡锤等所组成。
(1)浮筒技术要求是灵敏度高、(浮筒直径为200毫米、水位每升高1毫米，浮力增大31．4克)稳定性能好。
(2)悬索是传递水位变化，要求直径精确，具有一定强度与柔性，线膨胀系数小，故采用直径Φ1.0±004毫米不锈钢丝绳。
(3)水位轮将水位的直线位移准确地转移为圆周运动，水位轮上有大、小两个轮圈，圈上均有V形槽，槽的中径分别为Φ254.6±0.05毫米和Φ127.3土0.05毫米，周长为800毫米和400毫米，水位轮的静平衡力矩应小于5克·厘米。 (4)平衡锤重量600克，材料为铅，尺寸为Φ24X100毫米。
b．水位记录装置由滚筒部件，支承系统和变速齿轮等所组成。
(1)滚筒部件是为安装记录纸之用，园筒直径为Φ127.3±0.1毫米，记录纸，长度为400毫米。筒身上沿轴线方向有一长槽(槽宽为0.8毫米)供记录纸两端插进筒内安装固定用，当记录纸插入后，拔动夹纸杆使记录纸夹牢。
(2)支承索统由仪器外壳，球轴承等支承各系统运行。
(3)变速齿轮是为适应各种水位变幅用，小齿轮为50齿，大齿轮为250齿，速比为1：5。
c．时间记录装置：由自记钟，拉线机构，旋转轮支部件和记录笔部分组成。 (1)自记钟一次发条可运行36小时，日误差不超过±2分钟，装入仪器带上负荷走，日误差应小于±5分钟。
(2)拉线机构图2。
图1 SW40型日记水位计主要结构
1)拉线是线径为Φ0.20毫米康铜丝，用于牵引记录笔，拉线一端套在圆柱头螺钉上，紧。
2)将拉线绕过滑轮。
3)将拉线穿过箱体小孔，再绕过滑轮。
4)将拉线沿绕线的螺旋槽绕两圈，螺旋槽方向是左旋，要掌握螺旋升角的方向从右到左上升。
5)将拉线绕过滑轮，穿过箱体小孔，略微转动轮带紧前面拉线。 6)将拉线套在弹簧的另一端，并拉紧。 d．旋动轮支部件(图3)。
1)旋动轮是上发条用，上发条时应按反时针方向旋动，每日早晨八时上一次。 2)微动轮是对时间的微调机构。
3)绕线轮的作用是将时间的圆周运动转换为直线转动，它的直径为Φ22.72±0.05毫米，当配以Φ0.20毫米直径的拉线后，其周长为72毫米，相当于记录笔在记录纸上行走6小时的距离。
(4)弹簧的压力作用是将旋动轮，绕线轮，微动轮与发条轴一起旋转，可可使微动轮打
图2 拉线示意图
滑进行对时，因而对弹簧要求一定压力，如图3，试验一般要求，松变大于120克紧度，小
于160克。
e．记录笔部分有记录笔，笔架，对线螺丝组成，安装可靠与否，关系到整个测量成果，对线螺丝是在上发条时使笔架抬起，笔尖离开记录纸，避免画出多余的线条。
2．全面了解该仪器后，请装上记录纸，在水筒中加水，量其水位变化，请算出该仪器四个比例，各是多少? 3．使用微动轮校正现在的记录时间，记录纸+小格是多少时间?
图3 弹簧要求一定压力
图4 水位变幅曲线
4．原始资料整理：每日，早晨八时换一次记录纸，记录24小时水位，时间坐标(横)两侧各加一小时，因而横轴能记26小时水位竖轴长为40cm，如果水位比例1:1，水位变幅曲线如（图4）整理资料的将a与a?，b与b?连接如图（5）即可看出逐时水位过程线，若水位用1：10记录，在记录纸划出大概水位过程线。你认为在这个水位变幅范围内选出哪种比较好？
（三）HSW-1000DIG 型便携式超声波测深仪
1.基本原理：
该仪器是利用回声法进行水深测量的，即由测深仪换能器对水底发射一定脉宽、一定能量的声波脉冲，经水底反射后仪器记录下声波由发射到接收到回波的时间，然后根据水中声速V（约1460 米/秒）和声波往返时间T 换算出水深h，即：h=VT/2。其中水中声速V随水温和盐度的变化而变化，那么实际水深H 应为：H=Lh+E，
图5 逐时水位过程线
其中L 为声速修正系数（见表1），E 为换能器入水深度。
表1 常用水声修正系数
2.主要技术指标
(1)超声波频率：100KHz；(2)发射功率：约10W；(3)声波开角：≤15o； (4)测量精度： ±1％H±0.05 米(H：水深)；(5)显示：4位液晶显示器
(6)最大显示水深：99.99 米(7)显示分辨率：0.01 米；(8)适应介质：淡水或海水； (9)声速修正系数：0.7～1.3；(10)换能器入水深度修正：0～2 米；
(11)数据输出： TTL 电平10位通用异步串行输出；(12)数据传输波特率：2400；
3.使用操作
(1)开机
插上换能器插头仪器即自动开机进入工作状态；如果仪器正处于待机状态（注：这是一种节能方式，即仪器不显示，不工作）,按下“复位/开机”键进入工作状态(见图6)。仪
器进入工作状态后，将顺序显示E、L 值，（注意：如果E、L 值设置不正确，请立即修改。）然后显示H0.00，进入测深状态。
(2)修改L、E 的值：
在测深状态时按下“确认/加1”（▲）键，仪器显示HELP，进入功能设置状态，其中某位字符一亮一灭的“闪烁”表示光标落在该位上。每按一下“选择”（◤）键，光标则向左移动一位，此时按一下“确认/加1”（▲）键即进入该位所代表的状态。此时如果在100秒之内
图6 主机示意图
无任何操作仪器则自动“关机”（进入待机状态）。在功能设
置状态下每个字符的含义见表2。
表2 功能选择表