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WH311地下水位自动监测仪的测量原理
WH311 地下水位自动监测仪测量原理全解析
WH311 采用激光静压式测量技术，基于液体静力学原理（帕斯卡定律），通过高精度压力传感元件将水柱压力转换为电信号，经温度补偿、线性修正与数字处理后，输出的水位数据，完美适配抽水试验中对水位动态变化的实时捕捉需求。
一、核心物理原理：静水压力与水深的定量关系
WH311 的测量基础是液体静压力与液位高度成正比的物理规律，核心公式为：
P = ρ × g × h + P?
其中：
P：传感器测得的总压力（Pa）
ρ：地下水密度（kg/m³，受温度、矿化度影响）
g：重力加速度（9.8m/s²）
h：传感器探头至水面的垂直高度（m）—— 即核心测量目标
P?：当地大气压（Pa）
WH311 通过通气电缆或内置透气膜实现大气压自动补偿，使传感器仅测量液体静压（ρgh），消除环境气压波动对测量的影响，确保数据准确性。
二、测量系统核心组成与工作流程
WH311 由探头（含压力传感器 + 温度传感器）、信号处理模块、数据存储 / 传输单元三部分组成，完整工作流程如下：
1. 压力感知：扩散硅压敏元件的压阻效应
探头核心采用隔离型扩散硅压力传感器（部分高端型号为钛合金封装），压敏元件附着在不锈钢薄膜上
当探头投入水中，水柱压力作用于薄膜，使内部电阻桥发生形变，导致电阻值变化（压阻效应）
该变化与压力成正比，实现压力→电阻信号的物理转换，响应时间≤1s，可捕捉抽水试验中水位的瞬时降深
2. 温度补偿：消除水温对测量的影响
内置高精度NTC 温度传感器，同步监测地下水温度
水温变化会影响水的密度（ρ）与传感器灵敏度，WH311 通过WHSENSORS 智能芯片自动执行：
密度补偿：根据实测温度修正 ρ 值
零点 / 满量程漂移补偿：抵消温度对传感器电气性能的影响
确保在 - 10℃~90℃（钛合金款）环境下仍保持 0.25 级高精度
3. 信号处理：从模拟信号到数字数据
信号放大：将微弱电阻信号放大为可处理的电压信号
A/D 转换：16 位高精度模数转换器，将模拟信号转为数字信号，分辨率达 0.1mm
线性修正：通过激光标定技术修正传感器非线性误差，提升测量精度
水位换算：根据补偿后的静压值，通过核心公式计算 h 值，结合探头安装高程，得出水面至井口的距离
4. 数据输出与存储
标准输出：RS485/MODBUS-RTU 协议数字信号，可选 4-20mA 电流信号
本地存储：内置大容量存储器，可存储 10 万组水位 + 温度数据，支持断电续存
远程传输：搭配 WH6 数据记录仪 + 4G / 北斗模块，实现实时数据上传与远程监控，适配抽水试验无人值守需求
三、抽水试验适配的关键技术特性
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技术特性
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原理支撑
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抽水试验应用价值
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快速响应（≤1s）
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扩散硅元件直接感知压力变化，无机械延迟
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捕捉抽水初期水位快速下降的瞬时数据，记录降深峰值
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高精度（0.25 级）
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激光标定 + 温度补偿 + 线性修正三重保障
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满足抽水试验对水位测量精度（观测孔 mm 级）的规范要求
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深井适配（0-1000m 量程）
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高强度不锈钢 / 钛合金封装，耐受 100Bar 水压
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适配各类深井抽水试验，包括地热井、油气井等特殊工况
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抗干扰设计
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三重防雷保护 + 屏蔽电缆，抑制电磁干扰
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避免抽水设备启停、雷电天气对数据的影响，确保试验数据连续稳定
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低功耗运行
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智能电源管理，待机电流 < 10μA
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内置锂电池续航 5 年以上，支持长周期抽水试验（72 小时 +）无人值守监测
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WH311 以静压式测量为核心，融合液位传感技术、激光标定、智能温度补偿与数字信号处理，实现了地下水位的高精度、快速响应、长周期自动监测。在抽水试验中，其原理特性完美匹配对水位动态变化（降深、恢复）的捕捉需求，配合定期校准，可提供符合规范要求的水文地质参数计算基础数据。
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