正確計算GEOKON水壓計的方式

計算GEOKON 4500 類型水壓計有兩大方法: “簡易無修正” 跟 “精準扣除修正”。

GEOKON 振弦式水壓計在量測時所得到的僅是感測器的原始振頻或數位讀值，若要轉換為實際的水頭（水深），必須依照儀器校正報告與操作手冊進行一系列換算與修正程序，包括壓力換算、溫度修正以及大氣壓力修正等步驟，方能獲得準確且可使用的水位資訊。

4500S 的讀取方式有兩種：

  • Digits（如果你用 GK-404 / 406 / 8940/ Campbell CR6 標準 VW module）
  • Hz²（一些 datalogger 會直接輸出 Hz²/1000）

要計算水壓計取得的水位需先備妥下列項目:

  • 透過GEOKON GK-404 讀取器或是自動記錄器(如8940/8920等等)記錄下來的該 4500S 置放於水中的讀值。*需要測量日的讀值跟初始讀值(無水的讀值)
  • 該4500S 水壓計的原廠校正係數表 (每支序號水壓計都有它專屬的校正係數表)。

📌 在原廠校正係數表Calibration Sheet 中，GEOKON 會給你：

  • Gauge Factor（簡稱G）(線性Gauge Factor)
  • 溫度係數 K
  • 二階多項式係數 (如需高精準度）

*一般台灣工程正常使用，只需用線性 Gauge Factor 即可。

    簡易版線性

    *最快速上手

    (讀值 – 初始值1) x 係數2 = P壓力。(kPa 或 psi)

    又稱

    (R1-R0) X G = P

    優勢: 算法簡單,不需安裝獨立大氣壓力計。

    最適合: 使用空氣電纜的4500SV3(自動氣壓補償), 或溫差較小地表氣壓單純的區域。4

    簡易VW水壓計安裝方式

    *簡易版安裝無額外使用大氣壓力計,故仍要大氣補償功能需使用空氣電纜。

    精準版線性

    *GEOKON 官方最推薦!

    [(讀值-初始讀值5) X 係數6] + [(溫度讀值-初始讀值7) X 溫度係數] – [(大氣壓力讀值-初始大氣壓力讀值) X 大氣壓力單位轉換] = P壓力。(kPa 或 psi)

    又稱

    [(R1-R0) X G] + [(T1-T0) X K] – [(S1​−S0​) x F] = PCorrected

    優勢: 數據精準度最高。

    最適合: 溫差較大/地表氣壓較極端的區域。需要極高精準度與較低誤差容忍的數據。當簡易法算式得出無法理解的數據時。

    精準版VW水壓計安裝方式

    *置於水面上的感應器為大氣壓力計。(大氣壓力計不可置入水中)

    *水壓計不可當大氣壓力計使用。

    1. 初始值R0為現場下放水中前的初始讀值,非係數表上的Zero Reading。 ↩︎
    2. GEOKON 4500水壓計不同的單位係數不同,試算前須先確立要使用的是 kPa單位的係數還是psi單位的係數。 ↩︎
    3. GEOKON 水壓計分為 4500S 與4500SV, 4500S 是未通氣型 (unvented) 的 Vibrating Wire Piezometer，而4500SV為使用空氣電纜型(Vented)。 ↩︎
    4. GEOKON 4500SV型水壓計使用簡易法算式即可達到精準法的效果,但溫度係數算式的部分仍需要加入才能得到完整效果。 ↩︎
    5. 同1。 ↩︎
    6. 同2。 ↩︎
    7. 注意溫度的初始讀值是唯一需要使用校正係數表所提供的初始溫度而非現場初始溫度的(底端Temperature欄位)。 ↩︎

    *使用溫度修正(T1-T0) X K的原因 : 在溫差過大的情況下,可以考慮使用溫度修正來修正扣除4500S 受溫度的影響。

    *使用氣壓修正(S1​−S0​) x F的原因：氣壓變高 → 壓力表看起來變大 → 因此 要扣掉氣壓增量。

     *4500S 是未通氣（unvented）型，若想要得出更高精準度的水位值,可以考慮使用氣壓修正。4500SV則可直接省略此動作。

    若得出的結果為 kPa 壓力值, 乘上 0.10197 即為 公尺水深

    如 350 kPa = 35.6895 公尺水深

    若得出的結果為 PSI 壓力值, 乘上 0.70307 即為 公尺水深

    如 50.7623707454 psi = 35.6895 公尺水深

    GEOKON AGENT 軟體內可直接選擇要輸出的單位, 可省去壓力值轉換的步驟。

    *GEOKON AGENT 軟體可於GEOKON 官網直接下載。

    超精準算式

    二次多項式換算

    雖然使用精準法已可滿足90%台灣工地的需求, 仍然有某些案例需要更低的水位誤差值, 這種狀況可能發生在:

    • 水位極低(接近該水壓計最低水位/最高水位範圍的極限)
    • 極小的水位變化(已達到該水壓計的解析度極限值)
    • 有極高的水溫變化如溫泉專用水壓計(水面為大氣溫度但水底可達攝氏上百度)
    • 有多張校正係數表/多係數型 (高溫型水壓計會有多個不同溫度的校正係數)
    • 記錄器設定需求 (部分記錄器只接受二次多項式換算)

    這種情況下, 我們就會需要使用Polynomial Equation 二次多項式換算。

    Polynomial Equation 二次多項式換算法

    P壓力 = (AR1)2​ + (BR1)​ + C + K(T1​−T0​) − (S1​−S0​)

    透過此公式即可算出最高精度的P壓力值。

    圖為GEOKON 的原廠校正係數表範例。

    • GEOKON 係數表會提供 A與B值,請注意使用單位 kPa 與psi 值會不同。
    • R1就是4500於水中的測量值。
    • GEOKON 係數表C皆為空白,因為需自行帶入初始值來計算,請參考下列公式。
    • K是溫度係數(位於GEOKON提供的係數表)。
    • T1為4500水壓計讀到的溫度。
    • T0為 係數表上的Zero Reading 溫度 (底部Temperature欄位)。
    • S1水壓計管口上的大氣壓力計讀值。
    • S0水壓計管口上的大氣壓力計初始讀值。(安裝首日)

    C 的算法:

    C = − (AR0)2​ + BR0

    R0 為現場下放水中前的初始讀值,非係數表上的Zero Reading。

    所有算式中符號所代表的意義:

    符號意義
    R1現在的讀值（digits 或 Hz²/1000）
    R0初始零點讀值（安裝前 in air/無壓力時）
    G裝置校正係數 Gauge Factor（見校正係數表）
    符號意義
    (T1)現在量到的溫度（°C）
    (T0)校正係數表 Calibration Report 的零點溫度（通常 22°C）*非現場初始溫度。
    (K)Thermal Factor（kPa/°C，見原廠校正係數表 Calibration Report）
    符號意義
    (S1)現在的氣壓讀值（inHg / kPa / mbar）
    *需為獨立安裝於管口水面上方的其他氣壓計
    (S0)安裝當地位置當天的初始氣壓
    F轉換係數（如果你用 inHg → kPa，就是 3.386）(inHg → psi 是0.491)
    ＊公式來源 GEOKON 4500S 使用手冊第15頁。

    GEOKON 使用手冊上範例的原廠校正係數表

    請注意: 若使用kPa 單位計算, 使用的 Gauge Factor (G) 數值與 psi 的Gauge Factor (G)不同。
    如此係數表範例, 若用kPa單位進行計算, 則 G 值為 -0.1168; 若用 psi 單位進行計算則 G值為 -0.01694。
    溫度亦然, 若選擇kPA單位進行計算, 則溫度修正(K)值為 -0.1028, 若使用 psi 單位進行計算則溫度修正(K)值為 -0.01491。

    仍有問題? 歡迎來信 [email protected] 或來電 02-27399127 分機9詢問。

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