CN105010095A - 一种比流量式灌溉水量计量控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种比流量式灌溉水量计量控制装置，包括过水箱、入水闸门、消波板<b>、</b>电磁锁和控制器；其中过水箱安装于沟渠护坡中，入水侧安装入水闸门，出水侧安装挡水板，过水箱内部安装有消波板，挡水板底部安装有细出水管和粗出水管，渗流板固定于过水箱中并将过水箱后段分隔为两个等体积流量池；两个直线位移传感器安装于过水箱出水侧的顶部，过水箱出水侧的下部与浮标连接，过水箱上方安装有电磁锁，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。本发明具有结构简单、计量精确、易实现远程控制等优点，尤其适合对田间灌溉用水量的精确计量及控制。

Description

一种比流量式灌溉水量计量控制装置

技术领域

本发明涉及的是一种适用于田间灌溉的比流量式灌溉水量计量控制装置，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，农业用水是水资源消耗大户，近年来各地农业节水工程建设取得了一定成效。然而目前农业灌溉还是普遍采用粗放低效的利用形式，这在一定程度上加剧了水资源短缺程度。加之农业用水浪费严重，节约水资源和建立严格的水资源管理体制已成为当务之急。实践证明，建设农业用水计量设施、对农业用水进行计量收费与控制是农业可持续发展的有效措施和节水型社会建设的重要一环。作为灌区量水的重要组成部分，田间灌溉量水既是节约水资源、增加灌溉效率的有力措施，也是实行计划用水和准确配水、灌水的重要手段。

农业灌溉用水的计量是成本核订和计收水费的主要依据，但我国田间灌溉很少设置水量计量装置，一些已有的灌溉工程老化失修也造成了计量设施的损坏，灌溉结束后往往根据户数平摊水费；同时，由于历史原因，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，造成了农民节水意识不强、大力漫灌、水资源浪费现象严重。因此，只有解决田间灌溉用水的计量问题，才能促使用水者节约用水，进而为灌溉用水定额管理、累进加价创造条件。

基于我国农业发展规模和现状，目前大多数水量计量装置安装在干、支渠上，如安装巴歇尔量水槽或U型量水槽等装置，可实现地表水灌区明渠输水量的粗略计量，但计量精度不高，且大多属于开环式计量装置，无法实现对农田单元的灌溉用水量的精确计量及控制。因此，目前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还能实现自动控制，且管理和维护方便，从而最大限度的节约水资源，从而实现水资源的高效利用及灌溉水量智能化控制。

发明内容

本发明提出了一种比流量式灌溉水量计量控制装置，其目的是将通过测量小流量池19和大流量池18的水位差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。实现对田间灌溉用水量的准确计量及自动控制，具有结构简单、计量精确、维护方便。

本发明的技术解决方案：一种比流量式灌溉水量计量控制装置，其结构包括过水箱6、入水闸门3、消波板12、电磁锁2和控制器4；其中过水箱6安装于沟渠护坡中，入水侧安装入水闸门3，出水侧安装挡水板13，过水箱6内部安装有消波板12，挡水板底部安装有细出水管8和粗出水管10，渗流板9固定于过水箱6中并将过水箱后段分隔为两个等体积流量池；两个直线位移传感器5安装于过水箱6出水侧的顶部，过水箱6出水侧的下部与浮标7连接，过水箱6上方安装有电磁锁，控制器4固定在过水箱6的顶部并与直线位移传感器5和电磁锁2连接，控制器4接收直线位移传感器5的信号，还能控制电磁锁2的开启和关闭。

其结构包括过水箱、入水闸门、消波板、流量控制装置、水位测量装置、电磁锁和控制器。

本发明所达到的有益效果：

1) 通过连续测量大、小流量池内的水位差值来计量过水量，原理简单、计量准确、动态响应时间短；

2) 由入水闸门、消波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；

3) 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；

4) 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；

5) 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；

6) 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；

附图2是附图1的A-A向视图；

附图3是附图1的B-B向视图；

附图4是渗流板的示意图。

图中的1是沟渠护坡、2是电磁锁、3是入水闸门、4是控制器、5是直线位移传感器、6是过水箱、7是浮标、8是细出水管、9是渗流板、10是粗出水管、11是渗流缝、12是消波板、13是挡水板、14是中段水位、15是后段水位、16是沟渠水位、17是农田、18是大流量池、19是小流量池。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明技术方案作进一步详细描述，

如图1、图2、图3和图4所示，一种比流量式灌溉水量计量控制装置，其结构包括过水箱6、入水闸门3、消波板12、电磁锁2和控制器4；其中过水箱6安装于沟渠护坡中，入水侧安装入水闸门3，出水侧安装挡水板13，过水箱6内部安装有消波板12，挡水板底部安装有细出水管8和粗出水管10，渗流板9固定于过水箱6中并将过水箱后段分隔为两个等体积流量池；两个直线位移传感器5安装于过水箱6出水侧的顶部，过水箱6出水侧的下部与浮标7连接，过水箱6上方安装有电磁锁，控制器4固定在过水箱6的顶部并与直线位移传感器5和电磁锁2连接，控制器4接收直线位移传感器5的信号，还能控制电磁锁2的开启和关闭。

所述过水箱6为一长方体中空箱体，其左侧开口，右侧安装有挡水板13。箱体壁厚3cm~5cm，采用工程塑料整体成形；过水箱6安装于灌溉渠道靠近农田17一侧的沟渠护坡1中，过水箱6底部内边缘与渠道底部齐平，渠内的水可流入过水箱6内。

所述入水闸门3安装于过水箱6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3的宽度与过水箱6的内宽相同，高度等于过水箱6的外部高度，入水闸门3可在卡槽内垂直上升或下降，用于开启和关闭过水箱6。

所述消波板12垂直安装于过水箱6的中部，消波板12的宽度与过水箱6内部宽度相同，其高度低于沟渠内的水面16高度5cm~10cm，用于稳定过水箱6的中段水位14，从而减小水波浪对后段水位15的影响，以提高测量精度。

所述渗流板9、挡水板13、细出水管8和粗出水管10组成流量控制装置；

其中渗流板9固定于过水箱6出水侧的中部，垂直于挡水板13并将过水箱6后段分隔为体积相同的大流量池18和小流量池19。渗流板9上开设有两条尺寸相同的纵向渗流缝11，渗流缝11高度小于渗流板9高度2~4cm，宽度为1cm，水可通过渗流缝11在大流量池18和小流量池19之间流动。

所述细出水管8和粗出水管10材质均为PVC管，细出水管8的管径为5cm，粗出水管10的管径为10cm。两根出水管分别安装于挡水板13底部，细出水管8与小流量池19连通，粗出水管与大流量池18连通，安装位置与渗流板9对称。过水箱内的水可以通过细出水管8和粗出水管10流出到农田17中进行灌溉。

所述两个直线位移传感器5和球形浮标7组成水位检测装置；其中两个直线位移传感器5分别安装于大流量池18和小流量池19的顶部，均采用LWH型接触式电阻位移传感器，分辨率为0.01mm。球形浮标7固定于直线位移传感器5伸缩杆的底部，浮标7可漂浮于水面并带动直线位移传感器5的伸缩杆产生垂向位移，从而测量后段水位15的变化量。

所述电磁锁2有两个，两个电磁锁2水平安装于过水箱6进水侧顶部，电磁锁2处于开启状态时锁芯伸出，锁芯可插入入水闸门3上对应的锁孔内，使得入水闸门3保持提升状态，渠内的水可进入到过水箱6中；当电磁锁2处于关闭状态时锁芯从入水闸门3的锁孔内抽出，使得入水闸门3落下从而关闭过水箱6。

所述控制器4由SP/V型双路信号变送放大器、单片机程控模块、电磁锁驱动器及相关电路组成，其中双路信号变送放大器可将两个直线位移传感器5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，单片机程控模块可计算两个水位差值并转换为瞬时过水量进行累计；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2进行开启和关闭动作。

由于细出水管8和粗出水管10的过流面积不同，对水流的阻力也不一样，因此在过水箱6后段的小流量池19内的水位雍高大于大流量池18中的水位。小流量池19和大流量池18的水位雍高高度差与过流量存在一定的对应关系，雍高高度差值会随着过流量的增加而升高。本发明就是通过测量小流量池19和大流量池18的水位差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。

工作过程：

当实际灌溉用水量未达到设定用水量时，电磁锁2处于开启状态，电磁锁2的锁芯插入入水闸门3的锁孔中，使得入水闸门3处于开启状态。沟渠中的水可通过入水闸门3底部流入过水箱6中，入水闸门3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6的中段时会受到消波板12的阻碍而改变流向，并以溢流的方式通过消波板12的顶部平稳的进入过水箱6的后段的小流量池19和大流量池18中，由于小流量池19和大流量池18的宽度相同，所有单位时间内流入小流量池19和大流量池18的水量是一致的。同时由于细出水管8和粗出水管10对出水阻力不一致，造成小流量池19的水位高于大流量池18，渗流板11可适当降低两个流量池之间的水位差，避免水流量较大时小流量池19中的水位过高。由浮标7和直线位移传感器5组成的水位采集装置可分别实时测量小流量池19和大流量池18的水位，并将采集到的水位信号输入到控制器4中，控制器4可将水位差值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4驱动电磁锁2关闭，电磁锁2的锁芯从入水闸门3的锁孔中抽出，入水闸门3在重力的作用下落下，从而关闭过水箱6，沟渠中的水将不能通过过水箱6流入农田17中，灌溉过程停止。在入水闸门3落下后，控制器4再次驱动电磁锁2处于开启状态，电磁锁2的锁芯伸出，从而限制入水闸门3被非法开启。本发明在实施过程中控制器4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，本发明在使用前需进行标定，建立小流量池19和大流量池18水位差值与实时水流量值的对应关系表，并输入到控制器4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. 一种比流量式灌溉水量计量控制装置，其特征是包括过水箱、入水闸门、消波板、电磁锁和控制器；其中过水箱安装于沟渠护坡中，入水侧安装入水闸门，出水侧安装挡水板，过水箱内部安装有消波板，挡水板底部安装有细出水管和粗出水管，渗流板固定于过水箱中并将过水箱后段分隔为两个等体积流量池；两个直线位移传感器安装于过水箱出水侧的顶部，过水箱出水侧的下部与浮标连接，过水箱上方安装有电磁锁，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所述的一种比流量式灌溉水量计量控制装置，其特征是所述过水箱为一长方体中空箱体，其左侧开口，右侧安装有挡水板，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农田一侧的沟渠护坡中，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。

3. 根据权利要求1所述的一种比流量式灌溉水量计量控制装置，其特征是所述入水闸门安装于过水箱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。

4. 根据权利要求1所述的一种比流量式灌溉水量计量控制装置，其特征是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，从而减小水波浪对后段水位的影响，以提高测量精度。

5. 根据权利要求1所述的一种比流量式灌溉水量计量控制装置，其特征是所述渗流板、挡水板、细出水管和粗出水管组成流量控制装置；所述渗流板固定于过水箱出水侧的中部，垂直于挡水板并将过水箱后段分隔为体积相同的大流量池和小流量池；渗流板上开设有两条尺寸相同的纵向渗流缝，渗流缝高度小于渗流板高度2~4cm，宽度为1cm，水可通过渗流缝在大流量池和小流量池之间流动。

6. 根据权利要求1所述的一种比流量式灌溉水量计量控制装置，其特征是所述细出水管和粗出水管材质均为PVC管，细出水管的管径为5cm，粗出水管的管径为10cm；两根出水管分别安装于挡水板底部，细出水管与小流量池连通，粗出水管与大流量池连通，安装位置与渗流板对称；过水箱内的水通过细出水管和粗出水管流出到农田中进行灌溉。

7. 根据权利要求1所述的一种比流量式灌溉水量计量控制装置，其特征是所述两个直线位移传感器和球形浮标组成水位检测装置；所述两个直线位移传感器分别安装于大流量池和小流量池的顶部，均采用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所述的一种比流量式灌溉水量计量控制装置，其特征是所述电磁锁有两个，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所述的一种比流量式灌溉水量计量控制装置，其特征是所述控制器由SP/V型双路信号变送放大器、单片机程控模块、电磁锁驱动器及相关电路组成，其中SP/V型双路信号变送放大器可将两个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，单片机程控模块可计算两个水位差值并转换为瞬时过水量进行累计；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. 如权利要求的一种比流量式灌溉水量计量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平稳的进入过水箱的后段的小流量池和大流量池中，由于小流量池和大流量池的宽度相同，所有单位时间内流入小流量池和大流量池的水量是一致的；同时由于细出水管和粗出水管对出水阻力不一致，造成小流量池的水位高于大流量池，渗流板可适当降低两个流量池之间的水位差，避免水流量较大时小流量池中的水位过高；由浮标和直线位移传感器组成的水位采集装置可分别实时测量小流量池和大流量池的水位，并将采集到的水位信号输入到控制器中，控制器可将水位差值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农田中，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；在实施过程中控制器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。