二线水位传感器

作为世界上知名的水质和流速流量测量仪器的供货商，维赛仪器（YSI）致力于水资源和环境生态保护事业。在不断推出针对地表水测量的水质、水量和流速仪器的同时，YSI推出了针对地下水水位测量的仪器 —— Level Scout 水位跟踪者。进一步丰富了YSI的产品线，为水环境的测量、监测、研究等领域的用户提供了新的工具。Level Scout应用高精度的水位压力传感器技术，具有测量准确，坚固可靠等优点。其水位量程高达210米，误差仅为全量程的± 0.05%（水位高于3米时）。并具有两种大气压补偿装置可供选择：透气式补偿和非透气式配合气压记录仪（可选）。外壳可以选用钛合金或316号不锈钢，IP68防护等级。可储存多达600，000个数据记录，内置电池寿命可达三年。并可以线性、线性平均、事件触发、对数式多种方式进行采样。接口久经野外工作环境的考验，结实而耐用，可持续多年自动运行。YSI Level Scout 数据监控软件用于管理数据，可同时运行、监控传感器达16套，通过串行接口或多路网络接口实现数据通信。通过简单地设置，实时或预设采集和显示数据；同时显示数据表格和图形；测量数据易于导出，可转换成Excel等格式等。应用领域：地下水监测、水资源管理、研究、测井和含水层测量、土壤蒸气提取测试以及明渠、槽位等的测量。

如果问你监测水质意味着什么时，您会想到哪些参数？温度、电导率、pH值、溶解氧和浊度这“五大”参数吗？追踪有害藻华的叶绿素和藻蓝蛋白？以我作为水质仪器经理的经验来看，每当我问这个问题时，“水位”很少是我得到的第一个答案。实际上，在一些圈子中，水位根本不被认为是水质的衡量，而是水量的衡量，被当作一个完全独立的话题来对待。无论你是否相信水位是一个水质参数，水位可能是最重要的，当然也是最广泛的。今天测量的参数，准确的水位测量对于地下水监测、河流和河流测量、湖泊/池塘水位分析、洪水水位记录、灌溉渠道、波浪和潮汐分析都非常重要...不胜枚举。我最近写了气候变化教育的重要性，而水位也与之息息相关。伴随气候变化引发极端天气事件，各地区应对暴雨和洪水、干旱和缺水、海平面上升以及其他与气候相关的问题。此系列文章将重点介绍凭借 Xylem的水位测量实现重要应用的以下三个项目： 地下水监测暴雨监测洪水监测01地下水监测第一个例子来自于我的同事James Chen。James作为YSI的资深水质监测专家，提供从现场应用到销售和业务开发的全方位服务，并曾在世界上最迷人的地方开展工作。例如，James在西藏的拉萨开展过一个项目，监测地下水。出于多种原因，监测地下水水位非常重要，其中包括了解在静态条件和抽水条件下的蓄水层水位、确定水位与当地地表水源的相互作用以及了解地表开发对蓄水层的影响。拉萨被称为“亚洲水塔”，在这样的情况下，James将协助客户监测拉萨的自然资源- 尤其是水质。James用一台EXO1透气式水位主机来完成这项任务。这种仪器的选择至少说明了关于地下水监测的两个非常重要的原则。在传统意义上，水质监测也是一个优先事项。为什么客户要求测量诸如比电导、温度、pH/ ORP和浊度等水质参数，而不仅仅是测量地下水水位？主要原因就是，水量丰富并不代表水源适合饮用。雨水或地表水在渗入地下时会接触受污染的土壤，从那一刻起，雨水或地表水就可能会被污染，并将污染从土壤带到地下水蓄水层。而当液态有害物质通过土壤或岩石渗入地下水时，地下水也可能受到污染。还存在许多其他类型的地下水点源和非点源污染，而在这个项目中，客户需要监测这些威胁。连续监测标准水质参数的变化是一种很好的方法，同时也证明了相比于水位记录仪，使用窄小直径 EXO1进行地下水监测的关键优势。第二个原则，该项目揭示了在某些情况下使用透气式水位深度传感器的重要性。拉萨是世界上海拔最高的城市之一。海拔超过3650米，拉萨的气压比海平面的气压低约35%。正如以下James提供的数据所示，这对水位的测量产生了巨大影响，尤其是在不使用透气式水位传感器的情况下。所以...什么是透气式水位测量，它和深度传感器有哪些区别？02深度vs.透气式水位YSI EXO配备的传感器分为深度和透气式水位两种。深度由一个非透气式的应变传感器进行测量的，这里我们将其称为压力传感器（也称之为“深度传感器”）。压力传感器与电阻相连接，当传感器隔膜片上的压力变化时就会发出电信号。隔膜的一侧暴露在水中，另一侧暴露于真空中。在真空侧，压力恒定不变。在水侧，压力随水压(Pw)的变化而变化，水压与水深成正比。因此，水量越多意味着压力越大，信号被转换成工程单位（磅/平方英寸-PSI 或深度，单位为m、ft或bar）。据此，您就可以知道压力传感器上方的水深。有时，这些测量值被称为绝对深度。我不是特别喜欢“绝对”这个词。因为我始终认为有可能存在极低的测量误差。我认为“绝对”代表的含义是：所有对传感器隔膜施加的压力都会被转换成电信号，然后这些信号由仪器的固件转换成深度，但如果是这样，情况就变得复杂了...如您所见，Pw则不再仅代表水施加的压力。它也代表大气施加在水面的压力，甚至水的密度，受诸如盐等溶质以及诸如温等环境条件的影响。对于许多应用，这些其他因素可以忽略不计。但是在浅水应用中，有两个因素可能会产生严重影响：盐度（也可解释为水的比重ρ）和大气压。在室温1个大气压（即海平面）下，纯水的比重为1。海水的比重则要高 50%，甚至还取决于温度。因此，考虑温度的盐度测量可用于补偿水位测量。其中一个重要的例子是与海平面上升相关的气候变化研究，如在佛罗里达州Clam Bayou案例的经典文章关于海平面上升的YSI应用指南所描述的。Clam Bayou案例研究也描述了第二个关键变量–大气压。特别是在水深较浅的应用中（YSI认为10 m为浅水），大气压波动会影响水位测量的准确性。正因为如此，我们推荐您使用透气式水位主机。透气式水位主机中的压力传感器通过透气管与大气联通。当使用压差传感器时，这确保了整个测量中自动补偿了大气压力(Pair) 。有时气压会发生剧烈波动，例如在暴风雨期间。在生活中，您甚至可能认识一些可以感知这些变化的人，——也许他们会患上气压性头痛。海拔变化也会影响气压，这也是拉萨气压如此低的一个重要原因。因此，让我们从Clam Bayou向上爬升3,650米，看看大气压补偿有多重要。03高海拔水位的气压补偿 我的同事James在西藏拉萨的客户现场安装了一台 EXO1透气式水位主机。之后他的一位合作伙伴也访问了该地点，并在同一口井中安装了一台配有非透气式压力传感器的EXO2主机，他们也想在那里观察水质。这台非透气式主机的深度传感器只是在出厂前进行了校准。工厂校准可能仍然非常好(深度传感器相当稳定)。但是，俄亥俄州的金泉市海拔为260米，实际的传感器本身是在压力控制室中校准的。这也就是在部署之前深度传感器通常应该在室外现场进行校准的原因。在深水应用中，Pw远大于Pair，这可能无关紧要。但如果是在地表水应用，且使用我们的垂直剖面仪进行深度测量的情况下，则一定要进行现场校准。然而，James的合作伙伴起初并不想测量深度，因此他没有校准深度传感器。尽管如此，深度传感器仍在部署过程中进行了记录。10周后，James查看和分析数据时他注意到了一些显著的差异，如下图所示。James比较了他的EXO1主机和合作伙伴的EXO2主机的测量值。在下图中，左侧Y轴表示EXO1水位值，右侧Y轴表示EXO2深度值，两者均以米为单位：从另一个角度来看数据，James绘制了两条线之间的差值，且还是使用米作为Y轴上的度量单位。该图显示了两台主机所测得的水位值之间相差约6.5-6.85米，此外更重要的是它还显示了值在6.67至6.84 米之间的波动。这一点很有趣引起我们的注意，并还会在我们的最终分析中再次出现。我们已经暗示过，拉萨的低气压可能是引起两个探头测得的数据之间的波动和差值的一个原因，但是这一假设是否得到有力证据的支持？James在右侧Y轴上绘制了以百帕斯卡 (hPa) 为单位的气压测量值，并在左侧Y轴上绘制了两个探头所测的深度差 (m)。作为参考，海平面上的1个标准气压为1013.25hPa。除了这两条线看起来相互跟踪程度外，该图的右轴数据还显示出了气压非常之低，与拉萨的高海拔相对应。James继续评估了两个主机所测的深度差值（X轴、ΔDepth，以m为单位）与Y轴的气压之间的相关性。通过线性回归分析，大多数环境科学家认定它们之间存在非常强的相关性：这为在高海拔地区使用透气式水位测量进行地下水监测这一假设提供了有力的依据。04准确度规格当我看到这些数据时，我想到，如果想知道水是什么时候抽出或流入的，主要的深度测量可能不是最重要的，而是检测变化的能力。换句话说，假设EXO2主机测得的起点为9m实际上是错误的，但我仍然能够检测到几厘米的变化，就像我使用透气式水位主机一样。那么如果我有一台EXO2，又不想再买另一台主机，这样够用了吗？以下为来自EXO用户手册的规格信息：这项研究中使用的EXO2是中等深度 (100m) 主机，其准确度规格约为满量程的±0.04% ，即±4cm。相比之下，EXO1浅水透气式主机 (10m) 的准确度规格为满量程的±0.03% ，即±0.3cm。准确度足足提高了10倍以上！然而... 如果James的同事部署的并不是100m量程的主机，而是浅水不透气的EXO2主机，由于浅水非透气式主机（EXO1或EXO2）在10m量程范围内的准确度为±0.4cm，所以所得测量结果可能会与EXO1透气式水位主机的测量值更接近。当然，前提是已经在现场正确校准了EXO2。假设您打算进行校准，您可能会想，为什么还要这么费心使用透气呢？0.4cm我听着挺好的！请记住这些准确度规格是在受控的海平面条件下测得的。气压仍然是必须考虑的干扰因素。使用透气式水位主机，气压补偿将自动完成。但对于非透气式标准主机，必须从外部完成气压补偿，现在有另一个测量误差被引入总误差预估。这就意味着，在这个高度偏远的地区，气压的一些单独测量必须与探测器的水位测量同时进行，气压测量是可靠的，以最终进行大气压补偿，从而完成最终的水位测量。如果这听起来有点混乱，那是因为确实如此。当在拉萨James现场的百帕的变化相差2-4% (16hPa) 时，要做到这一点颇为困难：最后，相对于含水层的总体积，水位变化所代表的估计体积对于选择仪器时的理解也很要，这将提高应用所需的整体准确度。最终分析：这些有关系吗？所以在这个故事中，我们遇到了不同的状况。有两种不同类型的测量值：深度和透气水位。另一个现实是，EXO2主机没有进行现场校准，这进一步增加了深度测量的误差。但是，总体来说，如果James的客户选择信任这台EXO2主机的深度测量结果，而不是EXO1的透气水位测量结果，会发生什么？再看上图，气压变化在 648-632hPa之间波动，EXO1报告的水位变化约为6cm(3.045-2.985m)。但是EXO2报告的水“位”变化为20cm (9.98-9.68)。我们可以估计出，EXO2报告的约17cm的差异是由缺乏气压补偿导致（6.84-6.670m，来自上面的差异图）。如果未进行此补偿，操作人员怎么知道地表水流入、流出或其他因素正在发生呢？如需更多讨论和信息，请联系James.Chen@xylem.com 。05 Case Study此案例研究说明了为什么YSI建议您使用经过适当校准的透气式水位主机进行地下水水位测量。针对地下水监测的YSI标准建议如下：大多数地下水应用，需要使用高准确度的透气式水位传感器。无论是自动（通过透气）还是手动补偿，都建议在高海拔或气压易于出现明显波动的地方实施大气补偿。如果优先考虑其他水质参数，尤其是在可能需要盐度或比重补偿也是必要的，那么透气式水位的主机（而不是压力传感器）是最正确的解决方案。

在科技创新发展和复杂国际形势的驱动下，全球半导体产业竞争已日趋白热化。进入3月，又有多国发布重磅新政，纷纷加码半导体。半导体厂商罗姆计划扩充位于马来西亚吉兰丹厂的产能，总投资约为9.1亿林吉特（约13.8亿元人民币）；越南北宁省批准半导体材料、设备生产、组装和试验工厂项目，允准美国安靠（Amkor）公司投资16亿美元生产半导体材料及设备；富士康与印度企业Vedanta将在印度共同建立一家芯片合资企业，发展印度半导体制造业；加拿大宣布向半导体产业投资2.4亿加元（约12.19亿元人民币），支持芯片制造和研究。“二线”区域为半导体产业“开绿灯”马来西亚、越南等东南亚国家是电子制造重镇，印度则是第二大手机生产国。近期，这些国家均加大了对半导体产业的重视程度，对国外半导体企业来当地投资建厂和扩产行为大开政策“绿灯”，并给予资金支持。马来西亚的槟城素有“东方硅谷”之称，拥有50余年的电气和电子行业发展历史。在半导体封装领域，马来西亚占据市场份额高达13%，是世界七大芯片出口地之一。AMD、英飞凌、英特尔等50多家半导体巨头企业都曾在马来西亚投过资。近期，半导体厂商罗姆宣布扩充马来西亚吉兰丹厂的产能，总投资约为9.1亿林吉特，约合13.8亿元人民币。在这之前，英飞凌亦投资20亿欧元扩建其在马来西亚的第三代半导体产能。再来看越南。坐拥博通、日立、英特尔、恩智浦、高通、三星电子、SK海力士、意法半导体、德州仪器和东芝等半导体供应商，越南的半导体产业有望实现快速发展。不久前，越南北宁省批准半导体材料、设备生产、组装和试验工厂项目，允准美国安靠公司在越南北宁省投资16亿美元生产半导体材料及设备。市场调研公司Technavio的报告显示，得益于政策驱动及资金支持，2020年至2024年，越南半导体行业预计将以19%的复合年增长率增长，2024年产业规模将达61.6亿美元。印度的半导体设计广泛分布于网络、微处理器、模拟芯片和存储器子系统等领域。就半导体设计而言，全球几乎所有大型半导体公司都在印度设有办事处，半导体大厂高管也不乏印度籍员工的身影。3月，富士康宣布与印度大型跨国集团韦丹塔（Vedanta）签署合作备忘录，计划成立合资公司，在印度制造半导体。国外企业的投资建厂有助于形成产业集聚效应，提升马来西亚、越南和印度的半导体产业竞争力。赛迪顾问集成电路中心高级咨询顾问池宪念向《中国电子报》记者表示，目前马来西亚、越南和印度的半导体产业以封测和电子整机制造为主，国外企业来当地投资建厂会促进其产业链的不断完善，带动当地相关配套产业发展。“相关配套产业已有很多成果。”芯谋研究高级分析师张彬磊向记者表示，“晶圆制造耗材、基板材料等领域的国际头部企业已在马来西亚和越南有很多布局。富士康的组装产线已在印度落地多年，未来封装测试产业会随着当地政府的引导实现较快发展。”从代工生产转向技术研发困难重重半导体的研发和制造是资本高度密集的业务，更需要完整的产业链和附属支持。现阶段，马来西亚、越南和印度对国外企业的依赖程度非常高，发展半导体产业的途径也比较单一，主要从事封测等劳动密集型业务，处于产业链的底端位置。业内专家认为，这很可能是阻碍马来西亚、越南和印度半导体产业实现进一步发展的关键因素。“目前马来西亚等国家的代工和封测产业专注于第三方服务环节，体现的是规模效应和分工优势，未来确实受制于本区域内的电子信息产业发展水平。”创道投资咨询总经理步日欣向《中国电子报》记者表示，半导体产业中各个环节的技术差异较大，部分环节甚至属于跨行业跨领域，对于人才培养、技术积累和产业生态等方面要求很高，不是一朝一夕就能够完成的。张彬磊对《中国电子报》记者表示，“从下游往上游”和“从偏到全”是半导体产业转移发展的一般规律，尤其是对于资本、技术相对匮乏的东南亚国家和印度。“从目前全球半导体产业的发展趋势来看，半导体产业市场一直在不断地转换，产业转移依次从欧美到日韩，再到中国。”池宪念向《中国电子报》记者表示，在全球半导体产业链一体化的发展过程中，马来西亚、越南和印度这三个国家有机会实现从“代工国家”转为“技术研发重镇”，但是这需要一段较为漫长的时间。拥有较好的IT产业基础和广阔市场，印度似乎更有潜力成为全球半导体产业的重要力量。在池宪念看来，印度的人口数量更多，因此拥有规模更大的半导体市场。同时，印度的经济体量和国土规模更大，在经济和土地使用面积具有优势，能够吸引更多国外投资者来当地建厂、设立分支研发机构。半导体产业竞争将进一步加剧与此同时，加拿大也开始加码半导体产业。今年3月初，加拿大创新、科学与经济开发部长Champagne表示，加拿大将向半导体产业投资2.4亿加元（约12.19亿人民币），支持芯片制造和研究。其中，1.5亿加元的半导体基金将用于支持半导体研发和供应，另外9000万加元将分配给加拿大国家研究委员会下属的光子学制造中心（Canadian Photonics Fabrication Centre，CPFC）。Champagne表示，此次投资的目的是“加强加拿大在该行业的地位”。与马来西亚、越南和印度不同，加拿大拥有强大的工业基础和较为深厚的半导体底蕴，在半导体IP和半导体设备领域有一定企业基础。值得一提的是，加拿大在光子学方面处于世界领先地位。CPFC作为加拿大光子学领域的一项重要资产，是北美唯一一家公开运营并向所有人开放使用的化合物半导体代工厂，为研究和私营部门提供有影响力的光子器件制造服务，其客户包括电信、环境传感、汽车、国防和航空航天等行业的企业。由此可见，相比于马来西亚、越南和印度等国，加拿大在发展半导体产业方面具备一定差异化优势。当前的产业现状是，几乎所有的国家都在关注半导体产业，并且将其从商业层面上升为国家战略层面。但是目前美国、日韩等国家和地区，在全球半导体产业链各环节中拥有更大的垄断性优势。马来西亚、越南、印度，以至加拿大等国家虽然也在积极投资发展本国半导体产业，但是短期内的产业实力还不足以扰动全球半导体产业整体发展环境，在产业链各环节的完整性方面还有进一步完善的空间和需求。单单几个国家半导体产业的发展很难让全球半导体产业格局发生变化。“在这样的导向之下，未来半导体产业的竞争态势肯定会进一步加剧，逐渐打破原有的保守稳健的产业生态。”步日欣对记者表示，短期来看，半导体产业会呈现一种产业蓬勃发展的表象。但就长期发展而言，如果没有下游需求的强劲拉动，这种看似蓬勃发展的态势很容易造成产能过剩和产业资源浪费。多国入局，半导体对垒再度升级。能否在全球半导体竞赛中获胜，已经是一个拼技术、拼市场和拼财力的问题。未来全球半导体产业格局是否生变，或许也将由这几方面决定。