水位监测装置和水位监测方法

摘要

本发明公开了一种监测地下井水位的水位监测方法，包括以下步骤：将三个压力传感器间隔固定距离依次放置于地下井中的液体介质的不同深度处，以测量不同深度处的液体介质的压强；根据各个压力传感器测量的压强值计算各个压力传感器所处的深度；以及根据各个压力传感器所处的深度计算地下井中的水位。本发明还公开了一种监测地下井水位的水位监测装置。

权利要求

1.一种监测地下井水位的水位监测方法，包括以下步骤：

将多个压力传感器间隔固定距离依次放置于地下井中的液体介质的不同深度处，以测量不同深度处的液体介质的压强；

根据各个压力传感器测量的压强值计算各个压力传感器所处的深度；以及根据各个压力传感器所处的深度计算地下井中的水位。

2.根据权利要求1所述的监测地下井水位的水位监测方法，其中，所述根据各个压力传感器测量的压强值计算各个压力传感器所处的深度的步骤包括：a)对于每两个压力传感器，建立方程组I：

ρ1h1＝P1/g (1)ρ2(h1+d)＝P2/g (2)ρ12×d＝(P2-P1)/g (3)

其中，h1是两个压力传感器中的第一压力传感器所处的深度，ρ1是第一压力传感器以上的液体介质的平均密度，P1是第一压力传感器测量的压强值，g是重力加速度；d是位于第一压力传感器下方的第二压力传感器与第一压力传感器之间的距离，ρ2是两个压力传感器中的第二压力传感器以上的液体介质的平均密度，P2是第二压力传感器测量的压强值；ρ12是第一压力传感器与第二压力传感器之间的液体介质的平均密度，b)对于每两个压力传感器，根据方程组I，通过累积配比计算求解h1，得到一组h1的值；

c)将多个方程组I求解的各组h1的值相互比较，找到各组间h1的值相等或接近的值，作为h1的最终值。

3.根据权利要求2所述的监测地下井水位的水位监测方法，其中，在步骤b)中，通过累积配比计算求解h1的步骤包括：b1)初步估计液体介质的密度a，令ρ1＝ρ2＝a，根据公式(1)和(2)分别求解h1，如果根据公式(1)求解的h1的值大于根据公式(2)求解的h1的值，则认为ρ1＜ρ2；

b2)确定液体介质的密度范围ρ低和ρ高，并根据公式(3)计算ρ12；

b3)令ρ低作为ρ1取值的初值，并令ρ1的取值依次加1，根据公式(1)重复计算h1，直到ρ1的取值等于ρ12，从而得到h1的多个第一计算值；

b4)令ρ12作为ρ2取值的初值，并令ρ2的取值依次加1，根据公式(2)重复计算h1，直到ρ2的取值等于ρ高，从而得到h1的多个第二计算值；

b5)比较h1的多个第一计算值和多个第二计算值，找到第一计算值与第二计算值一致的一组数值，作为根据方程组I求解的h1的值。

4.根据权利要求2所述的监测地下井水位的水位监测方法，其中，在步骤b)中，通过累积配比计算求解h1的步骤包括：b1)初步估计液体介质的密度a，令ρ1＝ρ2＝a，根据公式(1)和(2)分别求解h1，如果根据公式(1)求解的h1的值小于根据公式(2)求解的h1的值，认为ρ2＜ρ1，则进行以下计算，b2)确定液体介质的密度范围ρ低和ρ高，并根据公式(3)计算ρ12；

b3)令ρ低作为ρ2取值的初值，并令ρ2的取值依次加1，根据公式(2)重复计算h1，直到ρ2的取值等于ρ12，从而得到h1的多个第一计算值；

b4)令ρ12作为ρ1取值的初值，并令ρ1的取值依次加1，根据公式(1)重复计算h1，直到ρ1的取值等于ρ高，从而得到h1的多个第二计算值；

b5)比较h1的多个第一计算值和多个第二计算值，找到第一计算值与第二计算值一致的一组数值，作为根据方程组I求解的h1的值。

5.根据权利要求3或4所述的监测地下井水位的水位监测方法，其中，所述压力传感器的数量为三个。

6.根据权利要求1所述的监测地下井水位的水位监测方法，其中，根据各个压力传感器所处的深度计算地下井中的水位的步骤包括：用井口至压力传感器之间的高度减去压力传感器所处的深度，得到井口至液体介质的液面之间的高度，作为所述水位值。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的水位监测方法监测地下井水位的水位监测装置，包括：多个压力传感器；

导线，所述多个压力传感器相互以固定间隔顺序连接在所述导线的一端，并且与所述导线电连接以通过所述导线传输压力信号；以及水位计，所述水位计连接至导线的另一端，用于接收来自各压力传感器的压力信号，并将压力信号转换成水位信号进行输出。

8.根据权利要求7所述的水位监测装置，其中，压力传感器的数量为三个。

9.根据权利要求7所述的水位监测装置，其中，所述水位计包括数据处理装置，所述数据处理装置用于根据多个压力传感器测量的压强值计算地下井中的水位。

10.根据权利要求7所述的水位监测装置，其中，所述水位计包括：液晶显示装置、数据存储装置、AD转换装置、键盘装置、电压转换装置、可充电电源。

11.根据权利要求7所述的水位监测装置，其中，所述水位计包括：USB接口装置。

12.根据权利要求7所述的水位监测装置，其中，所述水位监测装置包括密封装置，所述密封装置用于在水位监测装置和井之间形成密封，以适应要求密封的井环境。

说明书

水位监测装置和水位监测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种水位监测装置及其水位监测方法，尤其涉及一种用于煤炭地下气化工业的水位监测装置和水位监测方法。

背景技术

[0002] 煤炭地下气化是将处于地下的煤炭直接进行有控制地燃烧以产生可燃气体的过程。由于煤炭地下气化是在一个开放的地下水文环境中进行，因此，在煤炭地下气化过程中，需要随时了解气化区周围的地下水的情况，特别是地下水水位的变化，以从一个侧面了解气化的进行情况。例如，气化区周围水位的下降可能意味着气化区被水淹没；另外，在煤炭地下气化过程中，需在气化区周围设置抽水井进行抽水，以防气化区被水淹没，在抽水过程中，需要对水位进行连续的观测，以了解水位变化；在其它需要抽水的情况中，例如，在气化初期，需要将水排出进气孔，以便充入气化剂，也需要了解进气孔中的水位变化情况。

[0003] 已知一种适用于煤炭地下气化工业的传统的深水井水位测量方法，是将双芯导线沿井壁伸到井内，当线头和水面接触后利用水的导电性将导线接通，将电流传到回流计上，测量导线进入井内的长度，从而得出水位。此方法对测量人员的安全有威胁，浪费导线，测量水位与实际水位误差比较大，且不能在高温下操作。

[0004] 另外，已知的利用放置于水中的压力传感计测量水位的方法没有考虑到地下水密度分布的不均匀性。而在煤炭地下气化工业中，由于气化的影响，气化区周围的水质混浊，水层成份复杂，密度分布极为不均匀，因此采用标准水密度根据压强计算的水位存在很大误差。

发明内容

[0005] 考虑到上述问题，发明人提出了一种新型的监测地下井水位的方法和装置。根据本发明的方法和装置，考虑到不同深度的水层密度不同，设置了多个压力传感器，分别用于测量不同深度处的液体介质(含有杂质的水)的压强，并根据多个压力传感器测量的压强值计算地下井中的水位。因而，与采用单个压力传感器相比，本发明的方法和装置测量的水位值更准确。

[0006] 根据本发明的一个方面，提出一种监测地下井水位的水位监测方法，包括以下步骤：

[0007] 将多个压力传感器间隔固定距离依次放置于地下井中的液体介质的不同深度处，以测量不同深度处的液体介质的压强；

[0008] 根据各个压力传感器测量的压强值计算各个压力传感器所处的深度；以及[0009] 根据各个压力传感器所处的深度计算地下井中的水位。

[0010] 根据第一方面的方法，其中，所述根据各个压力传感器测量的压强值计算各个压力传感器所处的深度的步骤包括：

[0011] a)对于每两个压力传感器，建立方程组I：

[0012] ρ1h1＝P1/g (1)

[0013] ρ2(h1+d)＝P2/g (2)

[0014] ρ12×d＝(P2-P1)/g (3)

[0015] 其中，h1是两个压力传感器中的第一压力传感器所处的深度，ρ1是第一压力传感器以上的液体介质的密度，P1是第一压力传感器测量的压强值，g是重力加速度；d是位于第一压力传感器下方的第二压力传感器与第一压力传感器之间的距离，ρ2是两个压力传感器中的第二压力传感器以上的液体介质的密度，P2是第二压力传感器测量的压强值；ρ12是第一压力传感器与第二压力传感器之间的液体介质的密度，

[0016] b)对于每两个压力传感器，根据方程组I，通过累积配比计算求解h1，得到一组h1的值；

[0017] c)将多个方程组I求解的各组h1的值相互比较，找到各组间h1的值相等或接近的值，作为h1的最终值。

[0018] 其中，在步骤b)中，通过累积配比计算求解h1的步骤可包括：

[0019] b1)初步估计液体介质的密度a，令ρ1＝ρ2＝a，根据公式(1)和(2)分别求解h1，如果根据公式(1)求解的h1的值大于根据公式(2)求解的h1的值，认为ρ1＜ρ2；

[0020] b2)确定液体介质的密度范围ρ低和ρ高，并根据公式(3)计算ρ12；

[0021] b3)令ρ低作为ρ1取值的初值，并令ρ1的取值依次加1，根据公式(1)重复计算h1，直到ρ1的取值等于ρ12，从而得到h1的多个第一计算值；

[0022] b4)令ρ12作为ρ2取值的初值，并令ρ2的取值依次加1，根据公式(2)重复计算h1，直到ρ2的取值等于ρ高，从而得到h1的多个第二计算值；

[0023] b5)比较h1的多个第一计算值和多个第二计算值，找到第一计算值与第二计算值一致的一组数值，作为根据方程组I求解的h1的值。

[0024] 其中，在步骤b)中，通过累积配比计算求解h1的步骤可包括：

[0025] b1)初步估计液体介质的密度a，令ρ1＝ρ2＝a，根据公式(1)和(2)分别求解h1，如果根据公式(1)求解的h1的值小于根据公式(2)求解的h1的值，认为ρ2＜ρ1，则进行以下计算，

[0026] b2)确定液体介质的密度范围ρ低和ρ高，并根据公式(3)计算ρ12；

[0027] b3)令ρ低作为ρ2取值的初值，并令ρ2的取值依次加1，根据公式(2)重复计算h1，直到ρ2的取值等于ρ12，从而得到h1的多个第一计算值；

[0028] b4)令ρ12作为ρ1取值的初值，并令ρ1的取值依次加1，根据公式(1)重复计算h1，直到ρ1的取值等于ρ高，从而得到h1的多个第二计算值；

[0029] b5)比较h1的多个第一计算值和多个第二计算值，找到第一计算值与第二计算值一致的一组数值，作为根据方程组I求解的h1的值。

[0030] 根据本发明的一个实施例，所述压力传感器的数量为三个。

[0031] 根据本发明的一个实施例，根据各个压力传感器所处的深度计算地下井中的水位的步骤包括：用井口至压力传感器之间的高度减去压力传感器所处的深度，得到井口至液体介质的液面之间的高度，作为所述水位值。

[0032] 根据本发明的另一个方面，提出一种采用根据本发明第一方面所述的方法监测地下井水位的水位监测装置，包括：多个压力传感器；导线，所述多个压力传感器相互以固定间隔顺序连接在所述导线的一端，并且与所述导线电连接以通过所述导线传输压力信号；以及水位计，所述水位计连接至导线的另一端，用于接收来自各压力传感器的压力信号，并将压力信号转换成水位信号进行输出。

[0033] 根据本发明的一个实施例，压力传感器的数量为三个。

[0034] 根据本发明的一个实施例，所述水位计包括数据处理装置，所述数据处理装置用于根据多个压力传感器测量的压强值计算地下井中的水位。

[0035] 根据本发明的一个实施例，所述水位计包括：液晶显示装置、数据存储装置、AD转换装置、键盘装置、电压转换装置、可充电电源。

[0036] 根据本发明的一个实施例，所述水位计包括：USB接口装置。

[0037] 根据本发明的一个实施例，所述水位监测装置包括密封装置，所述密封装置用于在水位监测装置和井之间形成密封，以适应要求密封的井环境。

[0038] 应当理解，在本发明中，术语“地下井”可以指任何需要进行水位监测的地下钻孔。各个压力传感器所处的深度是指压力传感器放置于地下井液体介质中，在液体介质液面下的深度。

附图说明

[0039] 图1是根据本发明的一个实施例的水位监测装置的系统安装图；

[0040] 图2是示出地下井中的液体介质的密度分层的示意图；以及

[0041] 图3a-3f是显示水位监测装置与地下井之间的密封装置的示意图。

具体实施方式

[0042] 以下仅通过例子说明本发明的具体实施方式。附图仅以示意方式说明本发明的基本构想，而非用于限制本发明。

[0043] 图1是根据本发明的一个实施例的水位监测装置的系统安装图。如图1所示，水位监测装置包括三个压力传感器1，分别以固定间隔顺序连接在导线2的一端，并且与导线2电连接以通过导线2传输压力信号。水位监测装置还包括水位计3，水位计3连接至导线
2的一端，用于接收来自各压力传感器1的压力信号，并将压力信号转换成水位信号进行输出。

[0044] 如图1所示，在使用中，三个传感器1分别放置于地下井4中的液体介质5的不同深度处，相互之间的间距可设定为10米，以测量不同深度处的液体介质5的压强。在水位计3中包括数据处理装置，所述数据处理装置用于根据三个压力传感器1测量的压强值计算地下井中的水位。

[0045] 根据本发明的一个实施例，水位监测装置采用24VDC供电，输出信号为0～5VDC，测量范围选定为2MPa。

[0046] 由于煤炭地下气化的特殊工况，压力传感器经常需要工作在气化区附近的较高温度环境中，而目前常见的压力传感器工作温度一般不超过125℃，不适用于煤炭地下气化的特殊工况。因此，本发明的压力传感器1可采用西安微安电子科技有限公司生产的WAY-7A蓝宝石高温压力变送器。该变送器能够长期稳定工作在高湿严寒地区，不受环境温度影响，最大压力可达200MPa，介质温度可达200℃，满足煤炭地下气化水位测试的要求。

[0047] 导线2可采用PVDF氟塑料绝缘电线电缆，其强度高、耐高温、耐腐蚀。线缆上印有米数。导线一端具有金属密封卡套，长度可为30cm，用于井口密封。导线内有屏蔽层，用于隔离电压信号。

[0048] 水位计3设置于地面，其包括：数据处理装置，用于对来自压力传感器的压强数据进行处理，最终在仪表上输出水位值；液晶显示装置，用于显示水位及各种其它信息；数据存储装置，用于存储计算过程中的各种数据；AD转换装置，用于将输入的模拟信号转换为数值信息；键盘装置，用于输入各种控制指令，实现人机互动，数据下载操作，仪表复位操作，清除E2PROM的手动操作，调整LCD显示屏等；电压转换装置，用于进行电压转换；可充电电源；报警装置等。特别是，根据本发明的水位计包括USB接口装置，因此，与传统的水位计不同，本发明的水位监测装置可长时间工作在离线状态，节省了监测现场线缆敷设的成本。在使用中只需定期充电与数据下载，可工作在无人值守状态。

[0049] 具体而言，本发明的水位计3可采用AT89S52作为主控芯片，外扩16k的E2ROM，8位AD转换，16×2的SMC1602A lcd显示屏，I2C的快速USB接口，24VDC转5VDC芯片，芯片均采用PQFP封装，整体电路板大小约为5×5cm；供电系统采用24VDC、10AH锂电池供电；仪表外壳采用标准圆形外壳。软件主要是由单片机驱动程序与累积配比算法组成。单片机驱动程序是指驱动AT89S52单片机及外围芯片工作，如AD转化，USB的读写操作，小键盘的直驱等。累积配比算法在后面说明。

[0050] 另外，如图1所示，本发明的水位监测装置还可以包括密封装置6，所述密封装置6用于在水位监测装置和井之间形成密封，以适应要求密封的井环境。具体而言，如图1所示，在井壁上设置有例如钢制的侧管7，导线2连同其上的压力传感器1穿过井壁上设置的侧管7进入井4中。为适应井密封的要求，在导线2与侧管7之间设置所述密封装置6，从而各压力传感器工作于密封的井环境中。

[0051] 图3a-3f示出了密封装置6的各个部件。如图3a-3f所示，密封装置6包括井口法兰8、井口密封盲板9、井口密封固定板10、金属卡套11、开孔螺丝12以及固定螺丝13、14。井口法兰8、井口密封盲板9、井口密封固定板10均具有中心开孔，供导线2穿过。井口法兰8焊接至下放导线2用的侧管7。井口密封盲板9通过固定螺丝13安装至井口法兰
8。井口密封固定板10通过固定螺丝14安装至井口密封盲板9。井口密封固定板10的中间开孔为楔形。金属卡套11固定在导线2上。开孔螺丝12中间开孔，可穿过导线，并用于将金属卡套11压紧至井口密封固定板10的楔形开孔中，起到密封作用，如图3f所示。

[0052] 以下说明利用本发明的水位监测装置检测地下井水位的方法。

[0053] 总的来说，本发明的监测地下井水位的水位监测方法，包括以下步骤：

[0054] 将多个压力传感器间隔固定距离依次放置于地下井中的液体介质的不同深度处，以测量不同深度处的液体介质的压强；

[0055] 根据各个压力传感器测量的压强值计算各个压力传感器所处的深度；以及[0056] 根据各个压力传感器所处的深度计算地下井中的水位。

[0057] 其中，所述根据各个压力传感器测量的压强值计算各个压力传感器所处的深度的步骤包括：

[0058] a)对于每两个压力传感器，建立方程组I：

[0059] ρ1h1＝P1/g (1)

[0060] ρ2(h1+d)＝P2/g (2)

[0061] ρ12×d＝(P2-P1)/g (3)

[0062] 其中，h1是两个压力传感器中的第一压力传感器所处的深度，ρ1是第一压力传感器以上的液体介质的平均密度，P1是第一压力传感器测量的压强值，g是重力加速度；d是位于第一压力传感器下方的第二压力传感器与第一压力传感器之间的距离，ρ2是两个压力传感器中的第二压力传感器以上的液体介质的平均密度，P2是第二压力传感器测量的压强值；ρ12是第一压力传感器与第二压力传感器之间的液体介质的平均密度，[0063] b)对于每两个压力传感器，根据方程组I，通过累积配比计算求解h1，得到一组h1的值；

[0064] c)将多个方程组I求解的各组h1的值相互比较，找到各组间h1的值相等或接近的值，作为h1的最终值。

[0065] 其中，在步骤b)中，通过累积配比计算求解h1的步骤包括：

[0066] b1)初步估计液体介质的密度a，令ρ1＝ρ2＝a，根据公式(1)和(2)分别求解h1，如果根据公式(1)求解的h1的值大于根据公式(2)求解的h1的值，认为ρ1＜ρ2；

[0067] b2)确定液体介质的密度范围ρ低和ρ高，并根据公式(3)计算ρ12；

[0068] b3)令ρ低作为ρ1取值的初值，并令ρ1的取值依次加1，根据公式(1)重复计算h1，直到ρ1的取值等于ρ12，从而得到h1的多个第一计算值；

[0069] b4)令ρ12作为ρ2取值的初值，并令ρ2的取值依次加1，根据公式(2)重复计算h1，直到ρ2的取值等于ρ高，从而得到h1的多个第二计算值；

[0070] b5)比较h1的多个第一计算值和多个第二计算值，找到第一计算值与第二计算值一致的一组数值，作为根据方程组I求解的h1的值。

[0071] 或者，在步骤b)中，通过累积配比计算求解h1的步骤包括：

[0072] b1)初步估计液体介质的密度a，令ρ1＝ρ2＝a，根据公式(1)和(2)分别求解h1，如果根据公式(1)求解的h1的值小于根据公式(2)求解的h1的值，认为ρ2＜ρ1，则进行以下计算，

[0073] b2)确定液体介质的密度范围ρ低和ρ高，并根据公式(3)计算ρ12；

[0074] b3)令ρ低作为ρ2取值的初值，并令ρ2的取值依次加1，根据公式(2)重复计算h1，直到ρ2的取值等于ρ12，从而得到h1的多个第一计算值；

[0075] b4)令ρ12作为ρ1取值的初值，并令ρ1的取值依次加1，根据公式(1)重复计算h1，直到ρ1的取值等于ρ高，从而得到h1的多个第二计算值；

[0076] b5)比较h1的多个第一计算值和多个第二计算值，找到第一计算值与第二计算值一致的一组数值，作为根据方程组I求解的h1的值。

[0077] 根据各个压力传感器所处的深度计算地下井中的水位的步骤包括：用井口至压力传感器之间的高度减去压力传感器所处的深度，得到井口至液体介质的液面之间的高度，作为水位值输出。

[0078] 以下参照图2说明根据本发明的水位监测方法的一个例子。图2示出地下井中的液体介质的密度分布的示意图。如图2所示，三个压力传感器1分别放置于地下井中的不同深度处，相互间隔距离d。如图所示，距离d选择为10米。第一压力传感器所处的深度为h1，第二压力传感器所处的深度为h1+d，第三压力传感器所处的深度为h1+2d。将第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器测量的压强值分别定义为P1、P2和P3，将第一压力传感器以上的液体介质的平均密度定义为ρ1，将第二压力传感器以上的液体介质的平均密度定义为ρ2，将第三压力传感器以上的液体介质的平均密度定义为ρ3，将第一压力传感器与第二压力传感器之间的液体介质的平均密度定义为ρ12，将第二压力传感器与第三压力传感器之间的液体介质的平均密度定义为ρ23，将第一压力传感器与第三压力传感器之间的液体介质的平均密度定义为ρ13。

[0079] 根据压强公式，存在以下方程：

[0080] ρ1h1＝P1/g (1)

[0081] ρ2(h1+d)＝P2/g (2)

[0082] ρ12×d＝(P2-P1)/g (3)

[0083] ρ3(h1+2d)＝P3/g (4)

[0084] ρ23×d＝(P3-P2)/g (5)

[0085] ρ13×2d＝(P3-P1)/g (6)

[0086] 计算深度h1的过程如下：

[0087] 首先，对于第一压力传感器和第二压力传感器，建立方程组I，并根据方程组I通过累积配比计算求解h1、ρ1、ρ2，

[0088] 方程组I：

[0089] ρ1h1＝P1/g (1)

[0090] ρ2(h1+d)＝P2/g (2)

[0091] ρ12×d＝(P2-P1)/g (3)

[0092] 求解过程如下：

[0093] 首先，初步估计液体介质的密度，令ρ1＝ρ2＝1000(水的密度为1000kg/m3)，d＝10m，根据公式(1)和(2)分别求解h1，如果根据公式(1)求解的h1的值大于根据公式(2)求解的h1的值，认为ρ1＜ρ2；

[0094] 接着，确定液体介质的密度范围ρ低和ρ高，根据经验值，令ρ低＝1000kg/m3，ρ3
高＝1600kg/m，d＝10m，根据公式(3)可计算出ρ12，存在ρ1＜ρ12＜ρ2；

[0095] 令ρ低＝1000作为ρ1取值的初值，并令ρ1的取值依次加1，根据公式(1)重复计算h1，直到ρ1的取值等于ρ12，从而得到h1的多个第一计算值；

[0096] 令ρ12作为ρ2取值的初值，并令ρ2的取值依次加1，根据公式(2)重复计算h1，直到ρ2的取值等于ρ高＝1600，从而得到h1的多个第二计算值；

[0097] 比较h1的多个第一计算值和多个第二计算值，找到第一计算值与第二计算值一致的一组数值，作为根据方程组I求解的h1的值，并记录相应的ρ1、ρ2值。

[0098] 在上述计算过程中，如果根据公式(1)求解的h1的值小于根据公式(2)求解的h1的值，认为ρ2＜ρ1，则进行以下计算过程：

[0099] 确定液体介质的密度范围ρ低和ρ高，根据经验值，令ρ低＝1000kg/m3，ρ高＝3
1600kg/m，d＝10m，根据公式(3)可计算出ρ12，存在ρ2＜ρ12＜ρ1；

[0100] 令ρ低＝1000作为ρ2取值的初值，并令ρ2的取值依次加1，根据公式(2)重复计算h1，直到ρ2的取值等于ρ12，从而得到h1的多个第一计算值；

[0101] 令ρ12作为ρ1取值的初值，并令ρ1的取值依次加1，根据公式(1)重复计算h1，直到ρ1的取值等于ρ高＝1600，从而得到h1的多个第二计算值；

[0102] 比较h1的多个第一计算值和多个第二计算值，找到第一计算值与第二计算值一致的一组数值，作为根据方程组I求解的h1的值，并记录相应的ρ1、ρ2值。

[0103] 接着，对于第二压力传感器和第三压力传感器，建立方程组II，并根据方程组II，通过累积配比计算求解h1、ρ2和ρ3

[0104] 方程组II：

[0105] ρ2(h1+d)＝P2/g (2)

[0106] ρ3(h1+2d)＝P3/g (4)

[0107] ρ23×d＝(P3-P2)/g (5)

[0108] 求解过程如下：

[0109] 首先，初步估计液体介质的密度，令ρ2＝ρ3＝1000(水的密度为1000kg/m3)，d＝10m，根据公式(2)和(4)分别求解h1，如果根据公式(2)求解的h1的值大于根据公式(4)求解的h1的值，认为ρ2＜ρ3；

[0110] 接着，确定液体介质的密度范围ρ低和ρ高，根据经验值，令ρ低＝1000kg/m3，ρ3
高＝1600kg/m，d＝10m，根据公式(5)可计算出ρ23，存在ρ2＜ρ23＜ρ3；

[0111] 令ρ低＝1000作为ρ2取值的初值，并令ρ2的取值依次加1，根据公式(2)重复计算h1，直到ρ2的取值等于ρ23，从而得到h1的多个第三计算值；

[0112] 令ρ23作为ρ3取值的初值，并令ρ3的取值依次加1，根据公式(4)重复计算h1，直到ρ3的取值等于ρ高＝1600，从而得到h1的多个第四计算值；

[0113] 比较h1的多个第三计算值和多个第四计算值，找到第三计算值与第四计算值一致的一组数值，作为根据方程组II求解的h1的值，并记录相应的ρ2、ρ3值。

[0114] 在上述计算过程中，如果根据公式(2)求解的h1的值小于根据公式(4)求解的h1的值，认为ρ3＜ρ2，则进行以下计算过程：

[0115] 确定液体介质的密度范围ρ低和ρ高，根据经验值，令ρ低＝1000kg/m3，ρ高＝3
1600kg/m，d＝10m，根据公式(5)可计算出ρ23，存在ρ3＜ρ23＜ρ2；

[0116] 令ρ低＝1000作为ρ3取值的初值，并令ρ3的取值依次加1，根据公式(4)重复计算h1，直到ρ3的取值等于ρ23，从而得到h1的多个第三计算值；

[0117] 令ρ23作为ρ2取值的初值，并令ρ2的取值依次加1，根据公式(2)重复计算h1，直到ρ2的取值等于ρ高＝1600，从而得到h1的多个第四计算值；

[0118] 比较h1的多个第三计算值和多个第四计算值，找到第三计算值与第四计算值一致的一组数值，作为根据方程组II求解的h1的值，并记录相应的ρ2、ρ3值。

[0119] 类似地，对于第一压力传感器和第三压力传感器，建立方程组III，并根据方程组III通过累积配比计算求解h1、ρ1、ρ3，

[0120] 方程组III：

[0121] ρ1h1＝P1/g (1)

[0122] ρ3(h1+2d)＝P3/g (4)

[0123] ρ13×2d＝(P3-P1)/g (6)

[0124] 求解过程如下：

[0125] 首先，初步估计液体介质的密度，令ρ1＝ρ3＝1000(水的密度为1000kg/m3)，d＝10m，根据公式(1)和(4)分别求解h1，如果根据公式(1)求解的h1的值大于根据公式(4)求解的h1的值，认为ρ1＜ρ3；

[0126] 接着，确定液体介质的密度范围ρ低和ρ高，根据经验值，令ρ低＝1000kg/m3，ρ3
高＝1600kg/m，d＝10m，根据公式(6)可计算出ρ13，存在ρ1＜ρ13＜ρ3；

[0127] 令ρ低＝1000作为ρ1取值的初值，并令ρ1的取值依次加1，根据公式(1)重复计算h1，直到ρ1的取值等于ρ13，从而得到h1的多个第五计算值；

[0128] 令ρ13作为ρ3取值的初值，并令ρ3的取值依次加1，根据公式(4)重复计算h1，直到ρ3的取值等于ρ高＝1600，从而得到h1的多个第六计算值；

[0129] 比较h1的多个第五计算值和多个第六计算值，找到第五计算值与第六计算值一致的一组数值，作为根据方程组III求解的h1的值，并记录相应的ρ1、ρ3值。

[0130] 在上述计算过程中，如果根据公式(1)求解的h1的值小于根据公式(4)求解的h1的值，认为ρ3＜ρ1，则进行以下计算过程：

[0131] 确定液体介质的密度范围ρ低和ρ高，根据经验值，令ρ低＝1000kg/m3，ρ高＝3
1600kg/m，d＝10m，根据公式(6)可计算出ρ13，存在ρ3＜ρ13＜ρ1；

[0132] 令ρ低＝1000作为ρ3取值的初值，并令ρ3的取值依次加1，根据公式(4)重复计算h1，直到ρ3的取值等于ρ13，从而得到h1的多个第五计算值；

[0133] 令ρ13作为ρ1取值的初值，并令ρ1的取值依次加1，根据公式(1)重复计算h1，直到ρ1的取值等于ρ高＝1600，从而得到h1的多个第六计算值；

[0134] 比较h1的多个第五计算值和多个第六计算值，找到第五计算值与第六计算值一致的一组数值，作为根据方程组III求解的h1的值，并记录相应的ρ1、ρ3值。

[0135] 在求解出方程组I、II、和III的值后，将方程组I、II、和III求解的各组数据进行比较，找到h1的值相等或接近的值，作为最终计算值，并将相应的ρ1、ρ2、ρ3的值作为ρ1、ρ2、ρ3的最终值。

[0136] 然后，根据各个压力传感器所处的深度计算地下井中的水位。计算方法为：用井口至压力传感器之间的高度减去压力传感器所处的深度，得到井口至液体介质的液面之间的高度，作为所述水位值。

[0137] 根据本发明的实施例，采用标注了米数的导线2，因此，计算水位即液体介质的液面距井口的高度L的公式为：L＝导线总长度-h1-2d-液面以上水平部分的导线长度，将计算的L值存入E2PROM，送液晶显示器显示。

[0138] 以下说明根据本发明的水位监测装置的应用实例。

[0139] 例子1：

[0140] 将本发明的水位监测装置用于一水文观测井。该井以前为气化井，达到使用寿命后，改为水文观测井，该井的作用为水位观测、抽排水、环保监测等。由于以前是气化井，因此井底存在大量的灰渣、焦油和杂质等，造成水质极其浑浊，因此采用传统压力监测装置无法得到准确的测量结果。该井深度为290米。由于每天进行水文观测，因此该井不需要密封，将本发明的水位监测装置的最底部的压力传感器下放至280米进行测量，经过仪表计算最后得到水位为161.54米。利用传统电容式水位计下探，最后测量结果为161.5米，验证了本发明的水位监测装置在水质浑浊条件下能够获得准确的测量结果。

[0141] 例子2：

[0142] 将本发明的水位监测装置用于为煤炭地下气化输送气化剂的进气孔。对于该进气孔，在气化初期需要通过加压的方式将水排出孔底，因此要求在全密封条件下进行水位观测。该井深度为300米，按照图1下放压力传感器，将底端传感器下放至298米，并按照图3进行密封，进气井压力保持在15公斤。通过外部测量，密封口不存在任何漏气现象，表明密封状态良好。在加压过程中观察到水位不断下降，直至显示液位为零。验证了本发明的水位观测装置在密封条件下工作的可靠性。

[0143] 本发明的水位监测装置和水位监测方法，具有以下优点：由于采用多个压力传感器及合理的累积配比算法，解决了传统压力传感器无法在水质浑浊且不确定密度分布的条件下正确测量的问题；另外，根据需要，本发明的水位测量装置可以在密封条件下工作。并且，传统水位计一般工作于在线状态，如果水位观测点距离控制室较远，需要长距离的线缆敷设，成本较高。本发明的水位监测装置设置有USB接口，数据可以直接下载至U盘，可长时间工作在离线状态，节省了地面线缆的敷设成本。

[0144] 以上描述仅示例性地说明了本发明的实施例，而非用于限制本发明，熟知本领域的技术人员应明白，在不偏离本发明的实质的情况下，对本发明所作的任何变形都在本发明的范围内。并且，本发明以煤炭地下气化工业为例说明了本发明。但显然本发明也可以用于其它类似的需要监测地下水位地应用场合。另外，本发明以水作为液体介质的例子，但液体介质可以为油或其它液体。