CN108955779A - 一种大流量明渠自动测流系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大流量明渠自动测流系统，在渠道断面上设置自动测流系统；该系统由设置于渠道断面两侧的柱体，安装于柱体的升降装置、布置有压力传感系统的测压挡板和采集及控制器构成，渠底两侧的柱体上均布置有升降电机，升降电机的升降杆与测压挡板两端固定；采集及控制器用于控制升降电机工作、收集压力传感系统数据并根据所收集的数据及设置的参数计算渠道流量并将该数据传输至数据终端。本发明有益效果：自动测流、操作方便、测量精准、无线传输、适应性强。

Description

一种大流量明渠自动测流系统
技术领域
本发明属于灌区量水技术领域，更具体地说是一种大流量明渠自动测流系统，适用于各种渠道尤其是大流量明渠的流量精确测量。
背景技术
渠道流量的测量对于渠道控制非常重要，是保证渠道正常工作的必要措施。渠道流量精确测量是灌区自动化控制和管理的前提，也是世界性难题。现有的渠道流量测量技术主要有雷达波流量计、超声波明渠流量计、声波多普勒明渠测量仪以及经典的包括量水堰(槽)等量水技术，这些测流方法有的不适于大流量明渠，特别是对于断面大、流速小的渠道流量测量精度较低；还有的含沙量较大的渠道，采用上述方法测流，由于渠底淤积造成渠道断面面积变化，影响渠道流量测量精度。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种大流量明渠自动测流方法及系统。
一种大流量明渠自动测流系统，其特征在于：包括：
测压挡板，垂直于渠道水流方向设置，其长度与渠底宽度b匹配；
升降装置，用于控制测压挡板从明渠渠底至明渠水面的范围内进行m次竖向移动；其中，测压挡板第1次竖向移动至距渠底高度为h1＝0.5*Δ处，Δ＝H/m，H为明渠水深，第2～m次每次竖向移动位移大小为Δ，即在第j次竖向移动后测压挡板距离渠底的高度为hj＝(j-0.5)*Δ，j＝1,2,3,4…m；
压力传感系统，包括沿水平方向均匀分布于测压挡板迎水面的n个压力测点A，用于测量压力测点A处的动水压强与静水压强之和pi,j，pi,j表示测压挡板在完成第j次竖向位移后第i个压力测点A测得的压强值，i＝1,2,3,4…,n，j＝1,2,3,4…,m；和布置于测压挡板的平行于水流方向的侧面的压力测点B，用于测量测压挡板所在高度处水体的静水压强p0,j，p0,j表示测压挡板在完成第j次竖向位移后压力测点B测得的压强值，j＝1,2,3,4…,m；
采集及控制器，用于控制升降装置的升降电机进而实现对测压挡板测流高度和测流间隔时间的控制；同时还用于收集数据pi,j和p0,j并根据所收集的数据计算明渠流量Q；
其中，采集及控制器包括：
控制部，用于控制测压挡板的测流高度和升降速率，以及用于控制采集及控制器的各个部件的工作；
数据接收部，用于收集并存储压力传感系统测得的压强值pi,j和p0,j；
参数设置部，用于输入并存储包括明渠水深H、渠底宽度b、水的密度ρ、测压挡板的总移动次数m、压力测点A的总个数n在内的参数；
计算部，用于将测得的实时压强值pi,j和p0,j以及水的密度ρ等参数代入i＝1,2,3,4…,n，j＝1,2,3,4…,m计算vi,j，vi,j为测压挡板在完成第j次竖向位移后第i个压力测点A处的流速；并将计算得到的vi,j以及参数H，b，m，n代入i＝1,2,3,4…,n，j＝1,2,3,4…,m计算明渠流量Q；
数据传输部，用于将计算得到的明渠流量数据传输至数据终端。
上述大流量明渠自动测流系统中，所述压力测点A上布设压力传感器，且该压力传感器测压孔正对水流方向；
所述压力测点B上布设压力传感器，且该压力传感器测压孔朝向与水流方向垂直。
上述大流量明渠自动测流系统中，所述压力测点B布置于测压挡板的平行于水流方向的侧面的中部，且压力测点B高度与压力测点A高度相等。
上述大流量明渠自动测流系统中，所述测压挡板为工字钢，包括前后两侧翼板以及位于两侧翼板之间的腹板，测压挡板以两侧翼板竖直朝向、腹板水平朝向的方式垂直于渠道水流方向设置；所述压力测点A布设于翼板的迎水面，压力测点B布置于腹板的中部，且压力测点B与压力测点A等高。
上述大流量明渠自动测流系统中，所述压力传感器为称重式压力传感器，适用于各种流量、特别是大流量明渠测流要求。上述大流量明渠自动测流系统中，所述测压挡板所在渠道断面的明渠渠底左右两侧均设有柱体；所述升降装置包括升降电机和与升降电机连接并由升降电机控制做竖向螺旋升降的升降杆；每个柱体上均安装升降装置；每个升降装置的升降杆分别与测压挡板左、右端部固定；两根柱体具有相对设置的竖直凹槽，测压挡板的两端分别嵌在竖直凹槽内，测压挡板在升降杆的带动下能够沿着竖直凹槽上下移动；所述明渠渠底左右两侧柱体分别与同侧渠道边坡之间设置阻水挡板，柱体与阻水挡板位于渠道同一断面上。
上述大流量明渠自动测流系统中，所述柱体的高度高于明渠水面，所述升降装置固定于柱体顶部；所述采集及控制器设置于其中一根柱体的顶端。
上述大流量明渠自动测流系统中，所述柱体为水泥柱。
上述大流量明渠自动测流系统中，所述系统设置于渠道的典型断面上。
本发明有益效果：
本发明提供一种通过测量明渠过水断面上的动、静水压强差从而间接测量渠道断面过水流量的方案，机理、结构简单，自动化程度高，实施过程简单，适用于各种渠道尤其是大流量明渠(流量为30-150m3/s)的流量精确测量。
附图说明
图1为本发明实施例测流系统总体布置示意图；
图2为图1中测流系统局部俯视示意图；
图3为本发明实施例测流系统柱体与测压挡板平面布置示意图；
图4为本发明实施例测流系统控制结构图。
图中：1-测压挡板；2-升降装置；201-升降电机；202-升降杆；203-升降杆控制器；204-升降装置底座安装板；3-采集及控制器；301-控制部；302-数据接收部；303-参数设置部；304-计算部；305-数据传输部；4-柱体；401-竖直凹槽；5-压力测点A；6-压力测点B；7-阻水挡板；8-明渠；9-渠底；10-渠道边坡；11-渠道水面；12-渠顶。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解的是，此处描述的实施实例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种大流量明渠自动测流系统，包括：测压挡板1、升降装置2、压力传感系统、采集及控制器3。
测压挡板1，垂直于渠道水流方向设置，其长度与渠底宽度b匹配。作为优选，测压挡板1设置于渠道的典型断面上。作为优选，所述测压挡板1为工字钢，以两侧翼板竖直朝向、腹板水平朝向的方式垂直于渠道水流方向设置。
升降装置2，用于控制测压挡板1从明渠渠底至明渠水面的范围内进行m次竖向移动；其中，测压挡板1第1次竖向移动至距渠底高度为h1＝0.5*Δ处，Δ＝H/m，H为明渠水深，第2～m次每次竖向移动位移大小为Δ，即在第j次竖向移动后测压挡板1上升至距离渠底高度hj＝(j-0.5)*Δ处，j＝1,2,3,4…m。作为优选，升降装置2为螺旋升降机。
压力传感系统，包括沿水平方向均匀分布于测压挡板1的迎水面的n个压力测点A5，用于测量压力测点A5处的动水压强与静水压强之和pi,j，pi,j表示测压挡板1在完成第j次竖向位移后第i个压力测点A5测得的压强值，i＝1,2,3,4…,n，j＝1,2,3,4…,m；和布置于测压挡板1的平行于水流方向的侧面的1个压力测点B6，用于测量测压挡板1所在高度处水体的静水压强p0,j，p0,j表示测压挡板1在完成第j次竖向位移后压力测点B6测得的压强值，j＝1,2,3,4…,m。其中，所述压力测点A5上布设压力传感器，且该压力传感器测压孔正对水流方向；所述压力测点B6上布设压力传感器，且该压力传感器测压孔朝向与水流方向垂直。所述压力测点B6布置于测压挡板1的平行于水流方向的侧面的中部，且压力测点B6高度与压力测点A5高度相等。作为一种实施方式，所述测压挡板1为工字钢时，所述压力测点A5布设于工字钢翼板的迎水面，压力测点B6布设于工字钢腹板上。作为优选，所述压力传感器为称重式压力传感器。
采集及控制器3，用于控制升降装置2的升降电机201进而实现对测压挡板1测流高度的控制；同时还用于收集数据pi,j和p0,j并根据所收集的数据计算明渠流量Q；
其中，采集及控制器3包括：
控制部301，用于控制测压挡板1的测流高度和升降速率；以及用于控制测流系统的各个部件的工作，包括控制数据接收部302接收并存储压力传感系统测得的压强值pi,j和p0,j，控制参数设置部303存储包括明渠水深H、渠底宽度b、水的密度ρ、测压挡板1的总移动次数m、压力测点A5的总个数n在内的参数；控制数据接收部302、参数设置部303将数据传输至计算部304，并控制计算部进行明渠流量计算并将该流量数据通过数据传输部305传输至数据终端。
数据接收部302，用于接收并存储压力传感系统测得的压强值pi,j和p0,j；
参数设置部303，用于输入并存储包括明渠水深H、渠底宽度b、水的密度ρ、测压挡板1的总移动次数m、压力测点A5的总个数n在内的参数；
计算部304，用于将测得的实时压强值pi,j和p0,j以及水的密度ρ等参数代入vi,j＝i＝1,2,3,4…,n，j＝1,2,3,4…,m计算vi,j，vi,j为测压挡板1在完成第j次竖向位移后第i个压力测点A5处的流速；并将计算得到的vi,j以及参数H，b，m，n代入i＝1,2,3,4…,n，j＝1,2,3,4…,m测得明渠流量Q；
数据传输部305，用于将计算得到的明渠流量数据传输至数据终端，所述数据终端为用户终端或客户端。
所述测压挡板1所在渠道断面的明渠渠底左右两侧均设有柱体4，所述柱体4为水泥柱，所述柱体4的高度高于明渠水面；所述升降装置2包括升降电机201和与升降电机201连接并由升降电机201控制做竖向螺旋升降的升降杆202；每个柱体4上均安装升降装置2，所述升降装置2固定于柱体4顶部；所述采集及控制器3设置于其中一根柱体4的顶端；每个升降装置2的升降杆202分别与测压挡板1左、右端部固定；两根柱体4具有相对设置的竖直凹槽401，测压挡板1的两端分别嵌在竖直凹槽401内，测压挡板1在升降杆202的带动下沿着竖直凹槽上下移动；所述明渠渠底左右两侧柱体4分别与同侧渠道边坡之间设置阻水挡板7，柱体4与阻水挡板7位于渠道同一断面上。作为优选，所述阻水挡板7为钢化玻璃挡板。作为优选，所述柱体4的高度与渠顶等高。
本发明测流系统还包括供电部，为包括升降装置2、采集及控制器3、压力传感系统在内的装置供电。所述供电部为供电电源。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种大流量明渠自动测流系统，其特征在于：包括：
测压挡板，垂直于渠道水流方向设置，其长度与渠底宽度b匹配；
升降装置，用于控制测压挡板从明渠渠底至明渠水面的范围内进行m次竖向移动；其中，测压挡板第1次竖向移动至距渠底高度为h1＝0.5*Δ处，Δ＝H/m，H为明渠水深，第2～m次每次竖向移动位移大小为Δ，即在第j次竖向移动后测压挡板距离渠底的高度为hj＝(j-0.5)*Δ，j＝1,2,3,4…m；
压力传感系统，包括沿水平方向均匀分布于测压挡板的迎水面的n个压力测点A，用于测量压力测点A处的动水压强与静水压强之和pi,j，pi,j表示测压挡板在完成第j次竖向位移后第i个压力测点A测得的压强值，i＝1,2,3,4…,n，j＝1,2,3,4…,m；和布置于测压挡板的平行于水流方向的侧面的压力测点B，用于测量测压挡板所在高度处水体的静水压强p0,j，p0,j表示测压挡板在完成第j次竖向位移后压力测点B测得的压强值，j＝1,2,3,4…,m；
采集及控制器，用于控制升降装置的升降电机进而实现对测压挡板测流高度的控制；同时还用于收集数据pi,j和p0,j并根据所收集的数据计算明渠所测断面的实时流量Q；
其中，采集及控制器包括：
控制部，用于控制测压挡板的测流高度和升降速率以及用于控制测流系统的各个部件的工作；
数据接收部，用于接收并存储压力传感系统测得的压强值pi,j和p0,j；
参数设置部，用于输入并存储包括明渠水深H、渠底宽度b、水的密度ρ、测压挡板的总移动次数m、压力测点A的总个数n在内的参数；
计算部，用于将测得的实时压强值pi,j和p0,j以及水的密度ρ等参数代入 计算vi,j，vi,j为测压挡板在完成第j次竖向位移后第i个压力测点A处的流速；并将计算得到的vi,j以及参数H，b，m，n代入 计算明渠流量Q；
数据传输部，用于将计算得到的明渠流量数据传输至数据终端。
2.根据权利要求1所述的大流量明渠自动测流系统，其特征在于：
所述压力测点A上布设压力传感器，且该压力传感器测压孔正对水流方向；
所述压力测点B上布设压力传感器，且该压力传感器测压孔朝向与水流方向垂直。
3.根据权利要求2所述的大流量明渠自动测流系统，其特征在于：
所述压力测点B布置于测压挡板的平行于水流方向的侧面的中部，且压力测点B高度与压力测点A高度相等。
4.根据权利要求2所述的大流量明渠自动测流系统，其特征在于：
所述测压挡板为工字钢，包括前后两侧翼板以及位于两侧翼板之间的腹板，测压挡板以两侧翼板竖直朝向、腹板水平朝向的方式垂直于渠道水流方向设置；所述压力测点A布设于翼板的迎水面，压力测点B布设于腹板中部，且压力测点B与压力测点A等高。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的大流量明渠自动测流系统，其特征在于：
所述压力传感器为称重式压力传感器。
6.根据权利要求1所述的大流量明渠自动测流系统，其特征在于：
所述测压挡板所在渠道断面的明渠渠底左右两侧均设有柱体；所述升降装置包括升降电机和与升降电机连接并由升降电机控制做竖向螺旋升降的升降杆；每个柱体上均安装升降装置；每个升降装置的升降杆分别与测压挡板左、右端部固定；两根柱体具有相对设置的竖直凹槽，测压挡板的两端分别嵌在竖直凹槽内，测压挡板在升降杆的带动下能够沿着竖直凹槽上下移动；所述明渠渠底左右两侧柱体分别与同侧渠道边坡之间设置阻水挡板，柱体与阻水挡板位于渠道同一断面上。
7.根据权利要求6所述的大流量明渠自动测流系统，其特征在于：
所述柱体的高度高于明渠水面，所述升降装置固定于柱体顶部；所述采集及控制器设置于其中一根柱体的顶端。
8.根据权利要求6或7所述的大流量明渠自动测流系统，其特征在于：
所述柱体为水泥柱。
9.根据权利要求1所述的大流量明渠自动测流系统，其特征在于：
所述系统设置于渠道的典型断面上。
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