水測量與監(jiān)控技術(shù)試題及答案

水測量與監(jiān)控技術(shù)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.壓力式水位計(jì)的核心測量原理是基于（）A.聲波反射時間差B.靜水壓力與水深的線性關(guān)系C.浮子位移轉(zhuǎn)換電信號D.激光測距答案：B2.電磁流量計(jì)測量流速時，輸出信號與（）成正比A.流體電導(dǎo)率B.磁感應(yīng)強(qiáng)度C.流速與管徑乘積D.流速與磁感應(yīng)強(qiáng)度乘積答案：D3.超聲波水位計(jì)測量誤差的主要來源是（）A.水面波動B.傳感器老化C.空氣溫度變化D.太陽輻射答案：C（溫度影響聲速，需溫度補(bǔ)償）4.溶解氧（DO）傳感器中，極譜式傳感器的工作原理是（）A.光學(xué)熒光淬滅B.電化學(xué)還原反應(yīng)C.離子選擇性電極D.熱導(dǎo)法答案：B5.浮子式水位計(jì)的機(jī)械傳動誤差主要由（）引起A.浮子密度變化B.鋼絲繩摩擦C.水位突變D.溫度膨脹答案：B6.水質(zhì)濁度測量中，常用的散射光檢測角度是（）A.0°B.90°C.180°D.45°答案：B（90°散射符合ISO標(biāo)準(zhǔn)）7.雷達(dá)水位計(jì)適用于（）場景A.高粉塵環(huán)境B.結(jié)冰水面C.強(qiáng)電磁干擾D.低介電常數(shù)液體答案：A（雷達(dá)不受粉塵、蒸汽影響）8.流速儀法測流時，一點(diǎn)法（0.6倍水深）適用于（）A.水深＜0.5mB.水深0.51.0mC.水深1.03.0mD.水深＞3.0m答案：B9.pH傳感器的斜率校準(zhǔn)通常使用（）標(biāo)準(zhǔn)溶液A.pH4.01和pH6.86B.pH7.00和pH9.18C.pH2.00和pH12.00D.任意兩種已知pH值答案：A10.水流量監(jiān)控系統(tǒng)中，無線傳輸方式選擇LoRa的主要優(yōu)勢是（）A.高速率B.低功耗長距離C.高安全性D.實(shí)時性強(qiáng)答案：B二、填空題（每題2分，共20分）1.標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的密度為____kg/m3（取整數(shù)）。答案：10002.電磁流量計(jì)要求被測液體電導(dǎo)率不低于____μS/cm。答案：53.超聲波水位計(jì)的分辨率通?？蛇_(dá)____mm。答案：134.浮子式水位計(jì)的量程主要受限于____的長度。答案：鋼絲繩（或測井）5.溶解氧傳感器的響應(yīng)時間一般需____分鐘（穩(wěn)定至90%讀數(shù)）。答案：256.水質(zhì)濁度的標(biāo)準(zhǔn)單位是____（符號）。答案：NTU（nephelometricturbidityunit）7.流速儀的檢定周期通常為____年。答案：128.pH傳感器的理論斜率（25℃）為____mV/pH。答案：59.169.雷達(dá)水位計(jì)的測量精度一般為量程的____%。答案：0.10.310.水流量監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集模塊的核心部件是____。答案：微控制器（或ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器）三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述多普勒超聲波流速儀（ADCP）的工作原理。答案：ADCP向水中發(fā)射高頻超聲波脈沖，接收水中懸浮顆粒（散射體）反射的回波。由于顆粒隨水流運(yùn)動，回波與發(fā)射波存在多普勒頻移Δf=2vcosθ/λ（v為流速，θ為波束角，λ為波長）。通過測量Δf可計(jì)算流速，多波束組合可獲取斷面流速分布。2.比較壓力式水位計(jì)與雷達(dá)水位計(jì)的適用場景。答案：壓力式水位計(jì)：適用于靜水（如水庫、湖泊），需定期清淤防堵塞，受溫度影響需補(bǔ)償；雷達(dá)水位計(jì)：適用于動水（河道、明渠）、高粉塵/蒸汽環(huán)境，非接觸測量，不受水質(zhì)影響，但需避免水面強(qiáng)波動（如暴雨時）。3.水質(zhì)電導(dǎo)率測量時，為何需要溫度補(bǔ)償？答案：電導(dǎo)率與溫度呈正相關(guān)（溫度每升1℃，電導(dǎo)率約增25%）。實(shí)際水樣溫度常偏離25℃標(biāo)準(zhǔn)溫度，需通過溫度傳感器實(shí)時測量，按公式K=Kt/[1+α(t25)]（α為溫度系數(shù)，一般取0.02）換算為25℃時的電導(dǎo)率，確保數(shù)據(jù)可比性。4.簡述浮子式水位計(jì)的機(jī)械傳動誤差來源及減小措施。答案：誤差來源：鋼絲繩與滑輪的摩擦阻力、滑輪軸承磨損、浮子吃水深度變化（因水位變化導(dǎo)致浮子浸入體積改變）。減小措施：采用低摩擦材質(zhì)（如聚四氟乙烯滑輪）、定期潤滑軸承、設(shè)計(jì)浮子直徑遠(yuǎn)大于水位變幅（減小吃水變化影響）。5.水流量監(jiān)控系統(tǒng)中，如何通過冗余設(shè)計(jì)提高數(shù)據(jù)可靠性？答案：（1）傳感器冗余：同一參數(shù)安裝2臺同類型傳感器（如雙超聲波水位計(jì)），取均值或剔除異常值；（2）傳輸冗余：同時采用有線（RS485）和無線（GPRS）傳輸，優(yōu)先使用有線，故障時切換無線；（3）存儲冗余：本地SD卡存儲+云端數(shù)據(jù)庫同步，防止單端數(shù)據(jù)丟失。四、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.某水庫使用壓力式水位計(jì)，傳感器量程0100m，輸出信號420mA。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa，傳感器安裝于庫底（海拔100.0m），某時刻輸出電流為12mA，求此時庫水位（水密度取1000kg/m3，g=9.8m/s2）。答案：（1）電流與壓力的關(guān)系：12mA對應(yīng)量程的50%（(124)/(204)=0.5），故表壓P=0.5×100m×1000×9.8=490000Pa=490kPa。（2）絕對壓力=表壓+大氣壓=490+101.3=591.3kPa。（3）水位H=絕對壓力/(ρg)=591300/(1000×9.8)=60.34m（相對于庫底）。（4）庫水位海拔=庫底海拔+H=100.0+60.34=160.34m。2.某明渠采用矩形斷面（寬b=2.5m），使用超聲波時差法測流。已知超聲波發(fā)射頻率f=1MHz，聲速v=1500m/s，兩換能器間距L=3.0m（與水流方向夾角θ=45°），順流時間t1=1998μs，逆流時間t2=2002μs，求斷面平均流速v_avg及流量Q。答案：（1）時差Δt=t2t1=20021998=4μs=4×10??s。（2）流速v_w=(L2Δt)/(2t1t2cosθ)。因t1≈t2≈t=2000μs，簡化為v_w=(LΔt)/(2t2cosθ)×t1t2≈(LΔt)/(2tcosθ)。代入數(shù)據(jù)：v_w=(3.0×4×10??)/(2×2000×10??×cos45°)=(12×10??)/(2×2000×10??×0.7071)=12/(2×2000×0.7071)≈0.00424m/s？（此處可能簡化錯誤，正確公式應(yīng)為v_w=(L/(2cosθ))(1/t11/t2)）正確計(jì)算：1/t11/t2=(t2t1)/(t1t2)=4×10??/(1998×2002×10?12)≈4×10?/(1998×2002)≈4×10?/4×10?≈1s?1（近似）。v_w=(L/(2cosθ))(1/t11/t2)=3.0/(2×0.7071)×1≈2.12m/s。（3）流量Q=v_avg×b×h（假設(shè)水深h=1.2m，題目未給，需補(bǔ)充條件？若題目默認(rèn)h=平均水深，可能需調(diào)整。若假設(shè)h=1.0m，則Q=2.12×2.5×1.0=5.3m3/s。）注：因題目未提供水深，實(shí)際應(yīng)補(bǔ)充條件。假設(shè)水深h=1.5m，則Q=2.12×2.5×1.5=7.95m3/s。3.某水質(zhì)監(jiān)測站測量pH值，使用pH計(jì)校準(zhǔn)后斜率為58mV/pH（25℃）。測量時，傳感器輸出電位為150mV，參比電極電位為+250mV，求水樣pH值（已知標(biāo)準(zhǔn)氫電極電位為0mV）。答案：（1）電池電動勢E=參比電位測量電位=250mV(150mV)=400mV。（2）pH=(EE0)/(S)，其中E0為pH=7時的電動勢（理論值為0mV，實(shí)際校準(zhǔn)后為0mV）。（3）pH=400mV/58mV/pH≈6.90（若E0=0）。五、綜合分析題（每題10分，共20分）1.設(shè)計(jì)一個小型水庫的水位流量監(jiān)控系統(tǒng)，需實(shí)現(xiàn)實(shí)時水位、入庫流量、出庫流量監(jiān)測。要求：（1）列出主要傳感器及選型依據(jù)；（2）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸與存儲方案；（3）分析可能的誤差來源及校準(zhǔn)方法。答案：（1）傳感器選型：水位：雷達(dá)水位計(jì)（非接觸，抗漂浮物干擾，量程050m，精度±3mm）。入庫流量：超聲波多普勒流量計(jì)（ADCP，適用于河道斷面，量程0.0210m/s，精度±1%）。出庫流量：電磁流量計(jì)（安裝于放水管道，口徑匹配，電導(dǎo)率＞5μS/cm，精度±0.5%）。（2）數(shù)據(jù)傳輸與存儲：采集模塊：STM32微控制器+RS485轉(zhuǎn)4G模塊，將傳感器信號（雷達(dá)420mA、ADCPRS485、電磁RS485）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。傳輸：4G無線傳輸至云平臺（如阿里云），同時本地SD卡存儲（1分鐘間隔）。存儲：云平臺數(shù)據(jù)庫（MySQL）存儲時間序列數(shù)據(jù)，支持歷史查詢與報警閾值設(shè)置。（3）誤差來源及校準(zhǔn)：水位：雷達(dá)波受水面泡沫反射（定期清理水面漂浮物）、溫度對聲速影響（內(nèi)置溫度傳感器補(bǔ)償）；校準(zhǔn)方法：人工水準(zhǔn)測量對比，每月1次。入庫流量：ADCP波束角偏差（出廠校準(zhǔn)）、懸浮物濃度變化（定期清洗換能器）；校準(zhǔn)方法：流速儀法比對，每季度1次。出庫流量：電磁流量計(jì)電極污染（定期酸洗）、管道非滿管（加裝壓力傳感器監(jiān)測滿管狀態(tài)）；校準(zhǔn)方法：體積法（放水至已知容量水池）校準(zhǔn)，每年1次。2.某城市供水管網(wǎng)需新增余氯在線監(jiān)測點(diǎn)，分析：（1）余氯傳感器的選型及工作原理；（2）安裝位置的選擇依據(jù)；（3）數(shù)據(jù)異常（如讀數(shù)驟降）的可能原因及排查方法。答案：（1）傳感器選型：選擇恒電壓式電化學(xué)傳感器（三電極系統(tǒng)：工作電極、參比電極、對電極）。工作原理：在工作電極施加恒定電壓（約0.6VvsAg/AgCl），余氯（ClO?）在電極表面發(fā)生還原反應(yīng)（ClO?+2H?+2e?→Cl?+H?O），產(chǎn)生與余氯濃度成正比的電流信號，經(jīng)放大后輸出420mA。（2）安裝位置：優(yōu)先選擇管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（如加壓泵站出口、小區(qū)入口），反映用戶端實(shí)際水質(zhì)；避開管道彎頭、閥門（避免流速突變導(dǎo)致混合不均）；安裝于直管段（前10D后5D，D為管徑），確保流體穩(wěn)定；加裝旁路采樣（避免主管道壓力過高損壞傳感器）。（3）數(shù)據(jù)