CN103245385A - 流速自校正明渠流量测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种流速自校正明渠流量测量装置，包括：底座，其上设置有驱动电机、流速变送器和下端穿出底座的竖直筒架，竖直筒架上设置有由驱动电机驱动的升降机构；液位传感器Ⅰ，设置在底座上；连杆，套在竖直筒架内，其上端与升降机构连接，下端延伸出竖直筒架；流速传感器，连接在连杆的下端，并与流速变送器电连接；液位传感器Ⅱ，设置在流速传感器上，用于检测流速传感器在液面下的深度；以及测控系统。本发明的有益效果是：结构简单，安装方便，可以在任何宽度的明渠上使用，适用范围广；制造成本低，容易推广；采用闭环自动控制调节，测量精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种流速自校正明渠流量测量装置。
背景技术
目前，常用的明渠流量测量装置有二种。一种是巴歇尔槽明渠流量测量装置，需要在明渠渠道中建造一段标准结构的巴歇尔堰槽，水槽上部设置一台超声波液位传感器，利用巴歇尔槽中下落水头的水位高度与水流量之间的对应函数关系，折算出明渠的水流量。还有一种是多声道超声波明渠流量测量装置，在明渠中建造一段标准渠段，在该渠段的二个侧壁上安装多对超声波探头，将各液位段的水流速信号同时送给一台配套的明渠流量测量装置，由该装置计算出明渠的平均水流速。这样，有了明渠的物理宽度，明渠的水位高度，再计算出明渠中水的平均流速，即可求出明渠中水的瞬时流量。
现在常用的这二种明渠流量测量装置有以下缺陷：1）巴歇尔槽明渠流量测量装置需构建一段较复杂的标准渠段，该渠段的上下游需有一定的高位差，明渠流量的测量精度较低。2）多声道超声波明渠流量测量装置的流速传感器探头安装在明渠的二侧渠壁上，容易受到渠水中泥沙的冲刷磨损，尤其是渠底部二侧的传感器经常会被泥沙掩埋。
鉴于明渠内的水流流速与管道内的水流流速特征有根本差异，管道内水流流量测量方法不能适用于明渠。明渠中水流的流速随着水位的变化而变化，不同的水位层面有不同的流速，呈指数特性。但是对于一个特定的明渠，在任一液位下，水流中都有一个平均流速点，只要在这个平均流速点测出水流的流速，再根据检测的明渠水位高度值和被测明渠的几何尺寸，即可计算出明渠流量值。
发明内容
为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种结构简单，安装方便，测量准确的流速自校正明渠流量测量装置。
本发明是通过以下措施实现的：
本发明的一种流速自校正明渠流量测量装置，包括：
底座，其上设置有驱动电机、流速变送器和下端穿出底座的竖直筒架，
竖直筒架上设置有由驱动电机驱动的升降机构；
液位传感器Ⅰ，设置在底座上，用于检测明渠内的水位高度；
连杆，套在竖直筒架内，其上端与升降机构连接，下端延伸出竖直筒架；
流速传感器，连接在连杆的下端，并与流速变送器电连接，用于检测明
渠内水流流速；
液位传感器Ⅱ，设置在流速传感器上，用于检测流速传感器在液面下的深度；以及
测控系统，信号连接液位传感器Ⅰ、液位传感器Ⅱ、流速变送器和驱动
电机；用于根据明渠内的水位高度信号，通过升降机构调整流速传感器在液面下的深度，并根据液位传感器Ⅱ反馈的深度信号将流速传感器校正至断面的平均流速点，最终根据检测的水位高度值和流速值以及被测明渠尺寸参数计算出流量值。
上述流速传感器包括带有电磁线圈的圆柱形管体，所述管体设置有圆弧形导流端面，电磁线圈连接流速变送器。
上述连杆为中空结构，连杆底部嵌入到流速传感器的管体顶部内，所述液位传感器Ⅱ位于连杆内的底部。
上述升降机构包括设置在竖直筒架顶部的从动滑轮和与驱动电机的转轴连接的主动滑轮，所述从动滑轮上绕有钢丝绳，所述钢丝绳一端连接在连杆的上端，另一端绕在主动滑轮上。
上述竖直筒架顶部还设置有辅助滑轮，竖直筒架内设置有绕过辅助滑轮的弹簧管电缆，弹簧管电缆内有两股电缆，其中一股电缆一端连接流速传感器的电磁线圈，另一端连接流速变送器；另外一股电缆一端连接液位传感器Ⅱ，另一端连接测控系统。
上述液位传感器Ⅰ为超声波液位传感器，所述液位传感器Ⅱ为静压投入式液位传感器。
上述管体的管径为150mm~200mm，管体长度是管径的3~4倍。
上述驱动电机为伺服电机。
本发明的有益效果是：
本发明结构简单，安装方便，可以在任何宽度的明渠上使用，适用范围广；制造成本低，容易推广；采用闭环自动控制调节，测量精度高。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图。
图2为本发明下部的局部放大图。
图3为图2的左视图。
其中：1流速传感器，2液位传感器Ⅱ，3驱动电机，4钢丝绳，5从动滑轮，6流速变送器，7液位传感器Ⅰ，8弹簧管电缆，9外罩，10竖直筒架，11连杆，12底座，13测控系统，14主动滑轮。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种流速自校正明渠流量测量装置，包括底座12、液位传感器Ⅰ7、连杆11、流速传感器1、液位传感器Ⅱ2和测控系统13。整个装置可以悬挂在明渠上方的建筑物上，例如桥底。也可以在较宽的明渠内修筑固定的支撑结构，将本发明的装置固定在支撑结构上。因此一般可以在所有宽度的明渠内安装使用，适用范围广。
底座12上设置有驱动电机3、流速变送器6和下端穿出底座12的竖直筒架10，竖直筒架上设置有由驱动电机3驱动的升降机构；升降机构采用滑轮和钢丝绳4的组合，包括设置在竖直筒架10顶部的从动滑轮5和与驱动电机3的转轴连接的主动滑轮14，从动滑轮5上绕有钢丝绳4，钢丝绳4一端连接在连杆11的上端，另一端绕在主动滑轮14上。当然也可以采用例如丝杠传动等其它方式实现升降。顶部设置外罩9，起到保护作用。驱动电机3采用伺服电机，伺服电机自带信号反馈控制装置，提高了控制精度高，可以使伺服电机精确到位。 底座12上还设置有液位传感器Ⅰ7，液位传感器Ⅰ7采用超声波液位传感器，用于检测明渠内的水位高度。
竖直筒架10内套有连杆11，连杆11上端与升降机构的钢丝绳4连接，下端延伸出竖直筒架10，升降机构带动连杆11升降，竖直筒架10作为连杆11上下滑动的轨道。连杆11的下端连接流速传感器1，流速传感器1与流速变送器6电连接，用于检测明渠内水流流速。流速传感器1上设置有液位传感器Ⅱ2，液位传感器Ⅱ2采用静压投入式液位传感器，用于检测流速传感器1在液面下的深度。
流速传感器1的结构也是特别设计的，如图2、3所示，包括带有电磁线圈的圆柱形管体，电磁线圈连接流速变送器6。因为流速传感器1整体置于水中，所以水流从管体的内部和外部流过，为了降低管体对水流的阻挡作用，管体设置了圆弧形导流端面，类似于飞机机翼端面的流线型设计，减小对水流的阻力，使水流顺畅的流过，提高测量精度。管体的管径为150mm~200mm，管体长度是管径的3~4倍。连杆11采用中空结构，连杆11底部嵌入到流速传感器1的管体顶部内，液位传感器Ⅱ2位于连杆11内的底部。因此液位传感器Ⅱ2检测的液位深度经过修正以后就可以算作流速传感器1的液位深度。
测控系统13，信号连接液位传感器Ⅰ7、液位传感器Ⅱ2、流速变送器6和驱动电机；用于根据明渠内的水位高度信号，通过升降机构调整流速传感器1在液面下的深度，并根据液位传感器Ⅱ2反馈的深度信号将流速传感器1校正至断面的平均流速点，最终根据检测的水位高度值和流速值以及被测明渠尺寸参数计算出流量值。
竖直筒架10顶部还设置有辅助滑轮，竖直筒架10内设置有绕过辅助滑轮的弹簧管电缆，弹簧管电缆8内有两股电缆，其中一股电缆一端连接流速传感器1的电磁线圈，另一端连接流速变送器6；另外一股电缆一端连接液位传感器Ⅱ2，另一端连接测控系统13。
其工作原理为：液位传感器Ⅰ7检测到明渠内的水位高度信号并发送给
测控系统，测控系统13经过计算得出此时的断面的平均流速点应该在何位置，然后根据液位传感器Ⅱ2反馈的流速传感器1的深度信号，控制驱动电机3动作，驱动电机3正反转带动主动滑轮14正反转，从而钢丝绳4带动连杆11升降，也就带动流速传感器1升降。经过液位传感器Ⅱ2反馈，测控系统13将流速传感器1精确校正至断面的平均流速点，最终根据检测的水位高度值和流速值以及被测明渠尺寸参数计算出流量值。其中明渠的物理宽度是已知固定不变的。可以计算出明渠的瞬时流量和累积流量。
以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。
Claims (8)
1.一种流速自校正明渠流量测量装置，其特征在于，包括：
底座，其上设置有驱动电机、流速变送器和下端穿出底座的竖直筒架，竖直筒架上设置有由驱动电机驱动的升降机构；
液位传感器Ⅰ，设置在底座上，用于检测明渠内的水位高度；
连杆，套在竖直筒架内，其上端与升降机构连接，下端延伸出竖直筒架；
流速传感器，连接在连杆的下端，并与流速变送器电连接，用于检测明渠内水流流速；
液位传感器Ⅱ，设置在流速传感器上，用于检测流速传感器在液面下的深度；以及
测控系统，信号连接液位传感器Ⅰ、液位传感器Ⅱ、流速变送器和驱动电机；用于根据明渠内的水位高度信号，通过升降机构调整流速传感器在液面下的深度，并根据液位传感器Ⅱ反馈的深度信号将流速传感器校正至断面的平均流速点，最终根据检测的水位高度值和流速值以及被测明渠尺寸参数计算出流量值。
2.根据权利要求1所述流速自校正明渠流量测量装置，其特征在于：所述流速传感器包括带有电磁线圈的圆柱形管体，所述管体设置有圆弧形导流端面，电磁线圈连接流速变送器。
3.根据权利要求1所述流速自校正明渠流量测量装置，其特征在于：所述连杆为中空结构，连杆底部嵌入到流速传感器的管体顶部内，所述液位传感器Ⅱ位于连杆内的底部。
4.根据权利要求1所述流速自校正明渠流量测量装置，其特征在于：所述升降机构包括设置在竖直筒架顶部的从动滑轮和与驱动电机的转轴连接的主动滑轮，所述从动滑轮上绕有钢丝绳，所述钢丝绳一端连接在连杆的上端，另一端绕在主动滑轮上。
5.根据权利要求1所述流速自校正明渠流量测量装置，其特征在于：竖直筒架顶部还设置有辅助滑轮，竖直筒架内设置有绕过辅助滑轮的弹簧管电缆，弹簧管电缆内有两股电缆，其中一股电缆一端连接流速传感器的电磁线圈，另一端连接流速变送器；另外一股电缆一端连接液位传感器Ⅱ，另一端连接测控系统。
6.根据权利要求1所述流速自校正明渠流量测量装置，其特征在于：所述液位传感器Ⅰ为超声波液位传感器，所述液位传感器Ⅱ为静压投入式液位传感器。
7.根据权利要求2所述流速自校正明渠流量测量装置，其特征在于：所述管体的管径为150mm~200mm，管体长度是管径的3~4倍。
8. 根据权利要求1所述流速自校正明渠流量测量装置，其特征在于：所述驱动电机为伺服电机。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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