CN109099984B - 一种液体计量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体计量装置及方法，属于水处理相关技术领域，本发明先测量出所述水量计量装置由高液位至低液位虹吸出水的时间T₀；然后将水量计量装置置于进水管的出口下，接收所需测量的水；当水位到达工作低水位时开始计时，并记录计数器初始值N₀；设定所测量的时间为T，记录下计数器的数值N₁；然后计算出平均流量Q_a，最后计算出总体积Va。本发明通过一种低成本的虹吸式自动式排水及计数的水量计量结构，使测量装置的体积相比既有方法大幅减小，进行排水测量时不影响排水与后续过程衔接。

Description

一种液体计量装置及方法

技术领域

本发明属于水处理相关技术领域，特别是涉及一种液体计量装置及方法。

背景技术

在水处理等一些领域，需要对间歇非满管排水状态下的水量进行测量，并尽可能地降低成本，稳定可靠。比如，居民日常的生活排水是一个间歇、波动的过程。为了掌握居民的排水特征，需要进行间歇非满管排水状态下的水量测量。目前对于间歇非满管排水状态下的水量无法采用常规测量满管流或恒定流动的仪器仪表(如电磁流量计、涡轮流量计、转子流量计等)，可行的方法是通过排水的体积进行间接测量，即采用容器接收排出的水量，再通过测量容器内的水的体积间接获得该测量时间段内的水量及平均流量。

现有技术不足包括：

1.需要将测量时间段内的水全部存积，所需装置空间大，不利于形成标准化的测量装置。比如，对于一户5人的家庭，按每人每天用水不大于200L计，若需测量其排水水量的具体数值，需要准备容积1000L的测量容器。

2.排出的水需要在测量时间内存积，无法立即进入后续过程。不能适用于测量过程需要在线完成或完成测量后尽快进入后续测量过程的场合，比如居民排出的污水经过水量测量之后，需要尽快进入后续处理过程，或者经过一次处理的水经过水量测量之后，需要尽快进入下一步处理过程。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供用于间歇非满管排水状态下的液体计量装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种液体计量装置，包括：计量容器，出水管，浮体，计数器；

所述计量容器容纳待测液体，所述出水管的进液口位于所述计量容器的低液位处，所述浮体漂浮在所述待测液体的液面，所述计数器位于所述高液位处；

所述待测液体进入所述计量容器中后，所述浮体随所述待测液体的液面升高，当所述待测液体的液面达到所述高液位处时，所述浮体触碰所述计数器进行周期性的计数，此时，所述出水管将所述计量容器中容纳的待测液体排出至所述低液位处。

所述出水管还包括虹吸管，位于所述高液位处，当所述待测液体到达所述高液位处时，所述出水管的虹吸管由于虹吸作用，将所述计量容器中容纳的待测液体排出至所述低液位处。

所述出水管还包括U型管，所述出水管的虹吸管延伸至所述计量容器外低于所述低液位，连接所述U型管。

本方案还包括导向筒，固定于所述计量容器的内侧壁，所述导向筒的一端内部容纳所述计数器，另一端容纳所述浮体，所述浮体随着待测液体液面在所述导向筒中上下浮动。

所述出水管包括一支或者多支管道。

所述计量容器的工作容积小于所述待测液体在预定时间内流入的总量。

所述计量容器的工作容积介于所述待测液体在预定时间内流入总量的1/100～1/20。

本发明还提供了一种液体计量装置的液体计量方法，包括：

采集计量容器中待测液体从高液位处排出至低液位处的时间T₀；

获取预定时间T内计数器周期性计数结果N；

根据所述计量容器体积V、时间T₀、预定时间T以及计数结果N计算在所述预定时间T内注入所述计量容器的所述待测液体的总体积。

采集计量容器中待测液体从高液位处排出至低液位处的时间T₀进一步包括，当所述待测液体达到所述计量容器的高液位处时，停止向所述计量容器中注入所述待测液体，并开始计时，当所述待测液体液面由高液位降至所述低液位时，停止所述计时，得到时间T₀。

所述待测液体由高液位降至所述低液位进一步包括，采用虹吸方式将所述待测液体排出，使得所述待测液体液面由高液位降至所述低液位。

获取预定时间T内计数器周期性计数结果N进一步包括，

当待测液体由低液位处上升至高液位处时，漂浮在所述待测液体液面的浮体触碰计数器，所述计数器计数；此时，出水管由虹吸作用将所述待测液体排出所述计量容器，将所述待测液体液面由高液位降至所述低液位；在预定时间T内所述待测液体的液面在所述计量容器的低液位与高液位之间运动，所述浮体周期性的触碰所述计数器，实现周期性计数。

根据所述计量容器体积V、时间T₀、预定时间T以及计数结果N计算在所述预定时间T内所述计量容器的所述待测液体的总体积进一步包括：

根据所述计量容器体积V、时间T₀、预定时间T以及计数结果N计算在所述预定时间T内注入所述计量容器的平均流量Qa，

其中，中N₁为预定时间T时计数器的数值，N₀为所述计数器的初始值，N＝(N₁-N₀)；

所述在所述预定时间T内注入所述计量容器中所述待测液体的总体积Va＝(N₁-N₀)*Q_a。

本发明的有益效果是：本发明通过一种低成本的虹吸式自动式排水及计数的水量计量结构，使测量装置的体积相比既有方法大幅减小，进行排水测量时不影响排水与后续过程衔接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明实施例一种液体计量装置的结构示意图；

图2所示为本发明实施例一种液体计量方法的流程图；

图3所示为本发明实施例一种液体计量装置的具体示意图；

图4所示为本发明实施例液体计量装置注水示意图；

图5所示为本发明实施例液体计量装置高液位状态示意图；

图6所示为本发明实施例液体计量装置排水示意图；

图7所示为本发明实施例排水后的状态示意图。

图中标号释义：计量容器1、出水管2、计数器3、浮体4、导向筒5、进水管6、出水管进水口2-1、出水管虹吸管2-2、出水管U型管2-3、出水管出水口2-4、计数器感应体3-1。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示为本发明实施例一种液体计量装置的结构示意图，该装置体积小于待测液体总量，通过将待测液体计次计量的方式实现了对于非满管排水的准确测量，该装置安装于待测液体流出方向，例如对家庭用水量测量的场景下，本发明实施例的装置安装于家庭的排水管处；对于工业应用领域中，本发明实施例的装置可以安装于排水管处，该装置具体包括：

计量容器1，出水管2，浮体4以及计数器3；

所述计量容器1容纳待测液体，所述出水管2的进液口位于所述计量容器1的低液位处，所述浮体4漂浮在所述待测液体的液面，所述计数器3位于高液位处；

所述待测液体进入所述计量容器1中后，所述浮体4随所述待测液体的液面升高，当所述待测液体的液面达到所述高液位处时，所述浮体4触碰所述计数器3进行周期性的计数，此时，所述出水管2将所述计量容器1中容纳的待测液体排出至所述低液位处。

根据本发明的实施例，所述计量容器位于待测液体来源处的排水管下方。

根据本发明的实施例，所述出水管还包括虹吸管2-2，位于所述高液位处，当所述待测液体到达所述高液位处时，所述出水管的虹吸管2-2由于虹吸作用，将所述计量容器1中容纳的待测液体排出至所述低液位处。

其中，出水管的进液口位于低液位处，该低液位处位于所述计量容器的底部，在该底部具有一凹槽对应于所述进水管的进液口，出水管2与虹吸管的连接部分沿着计量容器1的内侧壁设置，所述虹吸管2-2的下侧外壁对应于高液位处，所述出水管2的排液口2-4位于所述计量容器外侧，并低于所述低液位处，在所述排液口2-4与虹吸管2-2之间的连接管设置于所述计量容器1的外侧壁。当所述待测液体不断排入所述计量容器1后，液位不断上升，当达到高液位处时，所述出水管2在计量容器1内管中充满待测液体，当所述待测液体超过高液位处时，所述虹吸管2-2中也充满待测液体，由于待测液体的重力，所述待测液体将沿着计量容器1外侧的连接管流出至所述出水管的排液口2-4，由于排液口2-4比低液位处低，所以计量容器1中的待测液体由于虹吸作用不断的排出计量容器1，直至计量容器1中的待测液体液面下降至低液位处，虹吸作用停止，待测液体不再流出计量容器1。

在其他实施例中，还可以通过其他手段将到达高液位处的待测液体排出所述计量容器，例如采用泵的方式，当通过传感器的方式采集到待测液体达到高液位，则启动泵，将待测液体泵出所述计量容器，此时出水管2只需要从计量容器侧壁开孔，穿过所述计量容器侧壁连接泵。

根据本发明的实施例，所述出水管还包括U型管，所述出水管的虹吸管2-2延伸至所述计量容器1外低于所述低液位，连接所述U型管。

其中，U型管连接于出水管2的排出口2-4处，设置于低于所述低液位处，可以进一步增强出水管2的虹吸作用，并且能够起到水封作用。

根据本发明的实施例，还包括导向筒5，固定于所述计量容器1的内侧壁，所述导向筒5的一端内部容纳所述计数器3，另一端容纳所述浮体4，所述浮体4随着待测液体液面在所述导向筒5中上下浮动。

其中，当所述浮体4随着液面上升至高液位处时，触碰所述计数器3，所述计数器3进行计数，每一次计数代表着待测液体的液面由低液位处上升至高液位处。

根据本发明的实施例，所述出水管包括一支或者多支管道。

其中，所述出水管2可能有一支或者多支管道，也就是说，出水管可能有很多，每一支都按照上述连接结构连接，从而可以更快速的将待测液体从计量容器1中排出。

根据本发明的实施例，所述计量容器的工作容积小于所述待测液体在预定时间内流入的总量。

其中，例如一家5口的待测液体在预定的时间内将会有1000L的排出量，计量容器1工作容积可以为20L，计量容器1所需要的空间体积可以远小于真实排出量，较佳的所述计量容器1的工作容积介于所述待测液体在预定时间内流入总量的1/100～1/20，大幅度的节省了测量需要的空间成本，并且节省了安装成本以及材料成本。

通过本发明实施例的装置，对间歇非满管排水状态下的水量测量更加简便，通过一种低成本的虹吸式自动式排水及计数的水量计量结构，使测量装置的体积相比既有方法大幅减小，进行排水测量时不影响排水与后续过程衔接，也就是说计量用水量的同时不影响用户用水。

如图2所示为本发明实施例一种液体计量方法的流程图，在该图中描述了一种使用上述装置的液体计量方法，通过小型的计量容器对非满管排水进行计量，通过特殊的计量装置以及相应的计量方法可以得到准确的计量结果，并且降低对计量设备的要求，该方法具体包括：

步骤201，采集计量容器中待测液体从高液位处排出至低液位处的时间T₀；

步骤202，获取预定时间T内计数器周期性计数结果N；

步骤203，根据所述计量容器体积V、时间T₀、预定时间T以及计数结果N计算在所述预定时间T内注入所述计量容器的所述待测液体的总体积。

根据本发明的实施例，在步骤201中还进一步包括，当所述待测液体达到所述计量容器的高液位处时，停止向所述计量容器中注入所述待测液体，并开始计时，当所述待测液体液面由高液位降至所述低液位时，停止所述计时，得到时间T₀。

其中，在本步骤中计算得到的是计量容器中的待测液体由高液位到低液位的排出时间，其中不考虑在计时的同时排水管还在继续向计量容器中注入待测液体的情况。

根据本发明的实施例，在步骤201中还进一步包括，采用虹吸方式将所述待测液体排出，使得所述待测液体液面由高液位降至所述低液位。在其他的实施例中，还可以采用类似泵等方式排出所述待测液体。

根据本发明的实施例，在步骤202中还进一步包括，当待测液体由低液位处上升至高液位处时，漂浮在所述待测液体液面的浮体触碰计数器，所述计数器计数；此时，出水管由虹吸作用将所述待测液体排出所述计量容器，将所述待测液体液面由高液位降至所述低液位；在预定时间T内所述待测液体的液面在所述计量容器的低液位与高液位之间运动，所述浮体周期性的触碰所述计数器，实现周期性计数。

其中，计数器可以由机械式计数器构成，也可以由电子式计数器构成。

根据本发明的实施例，在步骤203中还进一步包括，所述待测液体注入所述计量容器的平均流量

其中N₁为预定时间T时计数器的数值，N₀为所述计数器的初始值，N＝(N₁-N₀)；

所述在所述预定时间T内注入所述计量容器中所述待测液体的总体积Va＝(N₁-N₀)*Q_a。

其中，所述计量容器的工作体积V是指计量容器从低液位处至高液位处的体积，在考虑了每次注入待测液体、排出待测液体过程中待测液体间歇性注入的情况，在根据待测液体注入的平均流量后，能够更加准确的计算出预设时间内待测液体的总体积。

通过本发明实施例的方法，可以通过特殊的装置按次计量待测液体的液面由低液位至高液位的变化次数，更加准确的得到在预设时间内待测液体的总体积。

如图3所示为本发明实施例一种液体计量装置的具体示意图，待测液体可以为污水、或者处理后的污水等，具体包括：

计量容器1，用于暂存由进水管6注入的水；

出水管2，其中包括了进水口2-1、虹吸管2-2、U型管2-3以及出水口2-4，该出水管2用于产生虹吸和排出所述计量容器1中的水；

计数器3，用于对浮体4触碰进行计数和显示，其中包括计数器感应体3-1，可以是受按压向上收缩形变的按键，当浮体4触碰到该计数器感应体3-1时，计数器的机械部分对本次碰撞进行计数；

浮体4，可以为聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯或酚醛泡沫塑料构成，漂浮在水面上，当液面到达高液位时，触碰计数器感应体3-1，完成一次计数；

导向筒5，固定于所述计量容器1的内侧壁，用于限制所述浮体4沿着导向筒移动，并在液面上升到高液位时浮体能够触碰到所述计数器感应体3-1。

所述计量容器1的高液位与低液位之间的容积为工作容积(记为V)。工作容积可小于所需测量时间内的注入水量总量，但不小于进水管6短时间内一次性排出的水量。优选地，工作容积为测量时间内的总水量的1/100～1/20(即装置体积约为现有计量装置体积的1/100～1/20)，可使因计数产生的测量误差控制在1％～5％的范围内。计量容器1在高液位之上具有不少于50mm的超高，以及工作容积V之外至少10％V的缓冲容积，使高峰排水时不至溢出。

所述出水管2安装于所述计量容器1之上，从计量容器1内至计量容器1外依次包括出水管进水口2-1、出水管虹吸管2-2、出水管U型管2-3、出水管出水口2-4。所述出水管进水口2-1设置在容器体1内较低位置，出水管进水口2-1的高度为所述容器体1的低液位处。所述出水管虹吸管2-2设置在高于出水管进水口2-1的位置，其底部位于所述计量容器1的高液位处，当注入水位达到高液位时刚好可以发生虹吸现象。所述出水管U型管2-3设置出水管2的最低位置，起到形成水封，促进形成虹吸的作用。所述出水管出水口2-4设置在低于出水管进水口2-1且高于出水管U型管2-3的位置。优选地，根据需测量的水的性质和水量，所述出水管2为管径20～100mm的一支或多支管道并列布置，使出水管2易于产生虹吸、排水速度较快，且不因水中杂质发生堵塞。

所述计数器3设置在高液位以上，为机械式结构，能够显示当前次数，通过其计数器感应体3-1的按压进行计数，每按压一次使计数器的次数增加1。

所述浮体4位于所述计量容器内的所述导向筒5内。当所述计量容器1内有水时，所述浮体4漂浮在水面上。当所述计量容器1内的水位升高至高液位时，所述浮体4刚好能够按压触发所述计数器3。

所述导向筒5设置于所述计量容器1内。所述导向筒5底部及侧壁具有开孔，使导向筒5内的水位与所述计量容器1内的水位一致。所述导向筒5的内径略大于浮体4的外径，使所述浮体4在导向筒5的约束下沿固定路径移动。

如图4所示为本发明实施例液体计量装置注水示意图，水由进水管6进入所述计量容器1，水位逐步上升，浮体随着液面的上升，在所述导向筒5内向计数器3移动，出水管2内的水位也随着液面的上升逐步上升。如图5所示为本发明实施例液体计量装置高液位状态示意图，当水位上升达到工作高水位时，诱导所述出水管2发生虹吸，同时所述浮体4上浮触发所述计数器3计数增加1次。如图6所示为本发明实施例液体计量装置排水示意图，虹吸发生后，所述计量容器1内的水由出水管2排出，水位下降直至低液位(如图7所示为本发明实施例排水后的状态示意图)，此时浮体4也随液面降低，离开所述计数器3。随着进水管6中的水不断进入计量容器1，所述出水管2周期发生虹吸现象，计数器3累计计数。

首次使用前，先测量出计量容器1中的水由高液位至低液位虹吸出水的时间T₀。测量T₀的具体方法是：缓慢向计量容器1注水，注水到达高液位时，刚好发生虹吸现象排出计量容器1中的水，立即停止注水并开始计时；当水位降低至低液位，虹吸排水完成时，计时停止。

在对进水管6注入的水量进行计量时，将所述计量容器1置于进水管6的出口下方，接收所需测量的水(或污水、处理后的污水)。当水位到达低液位时开始计时，并记录计数器3的初始值N₀。经过所需测量的时间(记为T)，记录下计数器的数值N₁，则所测的进水管6流出的平均流量

其中N₁为预定时间T时计数器的数值，N₀为所述计数器的初始值，N＝(N₁-N₀)；进水管6流出的水的总体积Va＝(N₁-N₀)*Q_a。

实施例1：采用工作容积V为25L的液体计量装置。经测量，该装置由高液位至低液位虹吸出水的时间T₀为16s。将该装置置于污水处理设备排水口下，使排出的水能够进入该装置的计量容器。取水的预设时间T为从第一日早上8:00开始，至次日8:00结束，即测量时间T为2-4h(即86400s)。开始测量时计数器初始值N₀为00100，结束时计数器数值N₁为00135。按上述计算方法，测得的该污水处理设备一天排出的水的平均流量Qa为0.0102L/s(即36.7L/h)，排出的水的体积为881L。

与之对比的是，若采用现有方法，至少需准备容积不少于881L的容器。而本发明实施例所需的容积约为常规方法的1/35。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种液体计量方法，用于家庭排水测量，包括：计量容器，出水管，浮体，计数器；

所述计量容器容纳待测液体，所述出水管的进液口位于所述计量容器的低液位处，所述浮体漂浮在所述待测液体的液面，所述计数器位于高液位处；

所述待测液体进入所述计量容器中后，所述浮体随所述待测液体的液面升高，当所述待测液体的液面达到所述高液位处时，所述浮体触碰所述计数器进行周期性的计数，此时，所述出水管将所述计量容器中容纳的待测液体排出至所述低液位处；

所述出水管还包括虹吸管，位于所述高液位处，当所述待测液体到达所述高液位处时，所述出水管的虹吸管由于虹吸作用，将所述计量容器中容纳的待测液体排出至所述低液位处；

其特征在于包括：

采集计量容器中待测液体从高液位处排出至低液位处的时间T₀，其中，采用虹吸方式将所述待测液体排出，使得所述待测液体液面由高液位降至所述低液位；

获取预定时间T内计数器周期性计数结果N；

根据所述计量容器的工作体积V、时间T₀、预定时间T以及计数结果N计算在所述预定时间T内注入所述计量容器的所述待测液体的总体积，其中，所述待测液体注入所述计量容器的平均流量

其中N₁为预定时间T时计数器的数值，N₀为所述计数器的初始值，N＝(N₁-N₀)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述出水管还包括U型管，所述出水管的虹吸管延伸至所述计量容器外低于所述低液位，连接所述U型管。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括导向筒，固定于所述计量容器的内侧壁，所述导向筒的一端内部容纳所述计数器，另一端容纳所述浮体，所述浮体随着待测液体液面在所述导向筒中上下浮动。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述出水管包括一支或者多支管道。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计量容器的工作容积小于所述待测液体在预定时间内流入的总量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计量容器的工作容积介于所述待测液体在预定时间内流入总量的1/100～1/20。

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