CN104897216A - 一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置，其特征在于：包括过水箱3、入水闸门4、透水栅板8、电磁锁5、控制器6、直线位移传感器7；其中过水箱3安装于沟渠护坡1中，入水的一侧安装有入水闸门4，出水的一侧安装有透水栅板8，直线位移传感器7安装于过水箱3出水一侧的顶部，控制器6固定在过水箱3的顶部并与直线位移传感器7和电磁锁5连接，控制器6接收直线位移传感器7的信号，还能控制电磁锁5的开启和关闭。本发明具有结构简单、计量精确、量程覆盖范围大、易实现远程自动控制等优点，尤其适合实现对田间灌溉用水量的精确计量及控制。

Description

一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置

技术领域

本发明涉及一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置，属于农田水利技术领域。

背景技术

水资源是人们日益关注的重大问题，我国农业用水占全国总用水量的近70%，其中的90%消耗于农田灌溉，灌溉农业对粮食生产的支撑作用无可取代。然而，随着我国社会经济的快速发展，灌区灌溉中存在的问题也越来越突出，如灌区工程老化导致输配水功能衰竭，我国北方水资源较少但浪费水的现象严重、用水效率和生产率较低等等。目前，灌区内各个用水户及用水机构间的矛盾严重，日益短缺的水资源已成为影响灌区进一步发展的重要问题。因此大力配置合理且高效的量水设施，实行有效节水、定额供水和按量收费已成为迫切任务；由于历史原因，我国相当一部分灌区水费的收取是按面积或按亩收费，而不是按用水量收费；同时，一些地区的农田灌溉用水基本是福利水，农民灌溉不交水费或水费很低、多灌少灌一个样；这些问题给农业水资源的利用控制管理带来困难，造成了灌溉用户节水意识不强、大力漫灌、水资源浪费现象严重。

灌区节水是指采用先进的管理技术措施，以较少的水量满足农作物正常生长的用水需求，其实施的先决条件是田间灌溉用水的准确计量。灌区量水虽然不是直接的节水措施，但它却是农业用水合理分配及采取高新节水措施的基础性工作；实践证明，灌区量水是提高灌区管理水平和用水效率的有力措施，也是核订和按方计征水费的可靠依据；然而，多年来我国除了少数设有研究项目的灌区外，绝大多数只是在输水渠道设置一些简陋的量水设施，计量方法也大多采用传统人工模式，精度较低。

近年来，随着我国现代农业建设水平的逐步提高，机械自动化和电子技术已经越来越多地应用到灌区的量水中，因而也产生了一大批新型的量水设备；但是这些量水设施往往存在着使用范围有限、造价较高、后期维护困难等缺点，如现有大型量水设备在保证量测精度的同时会造成水头损失，它们的投资较大、设备较复杂；高精度仪表量程较小且易受损坏、维护较难；过水堰和计量槽易受水流冲击损坏且精度较低；与此同时，现有的计量装置往往只设定在干、支渠中，只能对这些主干渠道的过水量进行计量，但是对单个灌溉用户的用水量无法准确计量；因此，目前我国灌区亟需一种适用于末级渠道的农田灌溉用水计量和节水控制装置，在精确计量灌溉用水的同时能节约成本、便于维护，做到灌区水量的节约和灌溉效率的提高。

发明内容

本发明提出了一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置，其目的在于对田间灌溉用水量的准确计量及自动控制，从而实现水资源的利用效率及灌溉水量智能化控制。

本发明的技术解决方案：一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置，其特征在于：包括过水箱、入水闸门、透水栅板、电磁锁、控制器、直线位移传感器；其中过水箱安装于沟渠护坡中，入水的一侧安装有入水闸门，出水的一侧安装有透水栅板，直线位移传感器安装于过水箱出水一侧的顶部，控制器固定在过水箱的顶部并与直线位移传感器和电磁锁连接，控制器接收直线位移传感器的信号，还能控制电磁锁的开启和关闭。

本发明所达到的有益效果：

1) 通过连续测量透水栅板对水流的阻滞高度来计量过水量，原理简单、计量准确、计量范围宽；

2) 通过更换具有不同透水率的栅板，可使本发明适用于各种水流量的场合，适应性强；

3) 由入水闸门、消波板和稳流板共同构成过水稳流结构，可以最大程度地减小沟渠内流速波动对出水流量的影响，提高水量监测精度；

4) 对具有一定的过水阻力，在沟渠中大量安装条件下，有利于保持沟渠网络内的水头稳定，从而有效的避免上游和下游田块灌溉水量分配不均衡的问题；

5) 采用水量计量和闸门控制一体化结构，当实际过水量超过预置过水总量时，通过触发电磁锁关闭入水闸门，从而自动停止灌溉，有效的避免了水资源的浪费；

6) 易于实现远程网络自动控制，从而对灌溉用水进行合理配置，大幅度提高水资源的使用效率；

7) 本发明装置结构简单，便于安装，非灌溉期可以方便取走。

附图说明

附图1是本发明的主视图（入水闸门处于开启位置）；

附图2是本发明的主视图（入水闸门处于关闭位置）；

附图3是本发明的右视图。

图中的1是沟渠护坡、2是水面、3是过水箱、4是入水闸门、5是电磁锁、6是控制器、7是直线位移传感器、8是透水栅板、9是田块、10是浮标、11是后段水位、12是消波板、13是中段水位。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置，其结构在于：包括过水箱3、入水闸门4、透水栅板8、电磁锁5、控制器6、直线位移传感器7；其中过水箱3安装于沟渠护坡1中，入水的一侧安装有入水闸门4，出水的一侧安装有透水栅板8，直线位移传感器7安装于过水箱3出水一侧的顶部，控制器6固定在过水箱3的顶部并与直线位移传感器7和电磁锁5连接，控制器6接收直线位移传感器7的信号，还能控制电磁锁5的开启和关闭。

所述过水箱3为一长方体中空箱体，其左侧开口，右侧固定有透水栅板8，箱体壁厚3cm~5cm，采用工程塑料整体成形；过水箱3安装于灌溉渠道靠近田块9一侧的沟渠护坡1中，过水箱3底部内边缘与渠道底部齐平，渠内的水可流入过水箱3内。

所述过水箱3内部安装有消波板12。

所述入水闸门4安装于过水箱3入水侧顶部的卡槽内，闸门厚度为1cm，材质为不锈钢；入水闸门4的宽度与过水箱3的内宽相同，高度等于过水箱3的外部高度，入水闸门4可在卡槽内垂直上升或下降，用于开启和关闭过水箱3。

所述透水栅板8宽度和高度均与过水箱3的外部宽度和高度相同。

所述透水栅板8均匀开设有若干条尺寸相同的纵向透空缝隙，缝隙高度小于透水栅板8高度2~4cm，过水箱3内的水可通过这些缝隙流出。

所述消波板12垂直安装于过水箱3的中部，消波板12的宽度与过水箱3内部宽度相同，其高度低于沟渠内的水面2高度5cm~10cm，用于稳定过水箱3的中段水位13，从而减小水波浪对过水箱3的后段水位11的影响，提高测量精度。

所述直线位移传感器7的下部与浮标10连接。

所述水位检测装置包括直线位移传感器7和球形浮标10；直线位移传感器7采用LWH型接触式电阻位移传感器，分辨率为0.01mm。球形浮标10固定于直线位移传感器7伸缩杆的底部，浮标10可漂浮于水面并带动直线位移传感器7的伸缩杆产生垂向位移，从而测量后段水位11的变化量。

所述电磁锁5有两个，两个电磁锁5水平安装于过水箱进水侧顶部，电磁锁5处于开启状态时锁芯伸出，锁芯可插入入水闸门4上对应的锁孔内，使得入水闸门4保持提升状态，渠内的水可进入到过水箱4中；当电磁锁5处于关闭状态时锁芯从入水闸门4的锁孔内抽出，使得入水闸门4落下从而关闭过水箱3。

所述控制器6由SP/V型信号变送放大器、单片机程控模块、电磁锁驱动器及相关电路组成，其中信号变送放大器可将直线位移传感器7采集的水位信号放大并转换为数字信号传递给单片机程控模块，单片机程控模块可将水位转换为瞬时过水量并进行累计；当累计过水量值达到预设过水量时，单片机程控模块向电磁锁驱动器发出触发信号，从而驱动电磁锁5进行开启和关闭动作。

本发明的工作原理：

由于透水栅板8对水流具有一定的阻滞作用，在过水箱3后段会产生一定的水位雍高，水位雍高高度与过流量存在一定的对应关系，雍高高度值会随着过流量的增加而升高。本发明就是通过测量过水箱3后段的水位雍高值来间接计量实时过流量，并对实时过流量进行累计，从而获得设定时间内的总过流量。

本发明的工作过程：

当实际灌溉用水量未达到设定用水量时，电磁锁5处于开启状态，电磁锁5的锁芯插入入水闸门4的锁孔中，使得入水闸门4处于开启状态。沟渠中的水可通过入水闸门4底部流入过水箱3中，入水闸门4对沟渠表层的波浪具有一定的过滤作用。当水进入到过水箱3的中段时会受到消波板14的阻碍而改变流向，并以溢流的方式通过消波板14的顶部进入过水箱3的后段，从而进一步滤除了水流中的波动，使得进入到过水箱后段的水流平稳，减小了后段水位11的波动。由浮标10和直线位移传感器7组成的水位采集装置可实时测量后段水位11，并将采集到的水位信号输入到控制器6中，控制器6可将水位转换为实时水流量值并进行总过水量的累计。

当实际灌溉用水量已达到设定用水量时，控制器6驱动电磁锁5关闭，电磁锁5的锁芯从入水闸门4的锁孔中抽出，入水闸门4在重力的作用下落下，从而关闭过水箱3，沟渠中的水将不能通过过水箱3流入田块9中，灌溉过程停止。在入水闸门4落下后，控制器6再次驱动电磁锁5处于开启状态，电磁锁5的锁芯伸出，从而限制入水闸门4被非法开启。本发明在实施过程中控制器5可实现远程网络化控制和管理，从而实现灌溉过程的水量监控及自动控制。

为了获得较高的流量计量精度，本发明在使用前或更换透水栅板8后需进行标定，建立后段水位11与实时水流量值的对应关系表，并输入到控制器6中的单片机程控模块中。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置，其特征在于：包括过水箱、入水闸门、透水栅板、电磁锁、控制器、直线位移传感器；其中过水箱安装于沟渠护坡中，入水的一侧安装有入水闸门，出水的一侧安装有透水栅板，直线位移传感器安装于过水箱出水一侧的顶部，控制器固定在过水箱的顶部并与直线位移传感器和电磁锁连接，控制器接收直线位移传感器的信号，还能控制电磁锁的开启和关闭。

2.根据权利要求1 所述的一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置，其特征在于：所述过水箱内部安装有消波板。

3.根据权利要求1 所述的一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置，其特征在于：所述过水箱为一长方体中空箱体，其左侧开口，右侧固定有透水栅板，箱体壁厚3cm~5cm，采用工程塑料整体成形；过水箱安装于灌溉渠道靠近田块一侧的沟渠护坡中，过水箱底部内边缘与渠道底部齐平，渠内的水可流入过水箱内。

4.根据权利要求1 所述的一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置，其特征在于：所述入水闸门安装于过水箱入水侧顶部的卡槽内，入水闸门闸门厚度为1cm，材质为不锈钢；入水闸门的宽度与过水箱的内宽相同，高度等于过水箱的外部高度，入水闸门可在卡槽内垂直上升或下降，用于开启和关闭过水箱。

5.根据权利要求1 所述的一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置，其特征在于：所述透水栅板宽度和高度均与过水箱的外部宽度和高度相同，透水栅板均匀开设有若干条尺寸相同的纵向透空缝隙，缝隙高度小于透水栅板高度2~4cm，过水箱内的水可通过这些缝隙流出。

6.根据权利要求2 所述的一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置，其特征在于：所述消波板垂直安装于过水箱的中部，消波板的宽度与过水箱内部宽度相同，其高度低于沟渠内的水面高度5cm~10cm，用于稳定过水箱的中段水位，从而减小水波浪对过水箱的后段水位的影响，提高测量精度。

7.根据权利要求1 所述的一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置，其特征在于：所述直线位移传感器的下部与浮标连接，直线位移传感器和球形浮标组成水位检测装置，其中直线位移传感器采用LWH型接触式电阻位移传感器，分辨率为0.01mm；球形浮标固定于直线位移传感器伸缩杆的底部，浮标可漂浮于水面并带动直线位移传感器的伸缩杆产生垂向位移，从而测量后段水位的变化量。

8.根据权利要求1 所述的一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置，其特征在于：所述电磁锁有两个，两个电磁锁水平安装于过水箱进水侧顶部，电磁锁处于开启状态时锁芯伸出，锁芯可插入入水闸门上对应的锁孔内，使得入水闸门保持提升状态，渠内的水可进入到过水箱中；当电磁锁处于关闭状态时锁芯从入水闸门的锁孔内抽出，使得入水闸门落下从而关闭过水箱。

9.根据权利要求1 所述的一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置，其特征在于：所述控制器由SP/V型信号变送放大器、单片机程控模块、电磁锁驱动器及相关电路组成，其中信号变送放大器可将直线位移传感器采集的水位信号放大并转换为数字信号传递给单片机程控模块，单片机程控模块可将水位转换为瞬时过水量并进行累计；当累计过水量值达到预设过水量时，单片机程控模块向电磁锁驱动器发出触发信号，从而驱动电磁锁进行开启和关闭动作。

10.如权利要求1 所述的一种适用于田间灌溉的栅板式水量计量及控制装置的工作过程：其特征是当实际灌溉用水量未达到设定用水量时，电磁锁处于开启状态，电磁锁的锁芯插入入水闸门的锁孔中，使得入水闸门处于开启状态；沟渠中的水可通过入水闸门底部流入过水箱中，入水闸门对沟渠表层的波浪具有一定的过滤作用；当水进入到过水箱的中段时会受到消波板的阻碍而改变流向，并以溢流的方式通过消波板的顶部进入过水箱的后段，从而进一步滤除了水流中的波动，使得进入到过水箱后段的水流平稳，减小了后段水位的波动；由球形浮标和直线位移传感器组成的水位采集装置可实时测量后段水位，并将采集到的水位信号输入到控制器中，控制器可将水位转换为实时水流量值并进行总过水量的累计；

当实际灌溉用水量已达到设定用水量时，控制器驱动电磁锁关闭，电磁锁的锁芯从入水闸门的锁孔中抽出，入水闸门在重力的作用下落下，从而关闭过水箱，沟渠中的水将不能通过过水箱流入田块中，灌溉过程停止；在入水闸门落下后，控制器再次驱动电磁锁处于开启状态，电磁锁的锁芯伸出，从而限制入水闸门被非法开启；

为了获得较高的流量计量精度，在使用前或更换透水栅板后需进行标定，建立后段水位与实时水流量值的对应关系表，并输入到控制器中的单片机程控模块中。