CN109682434B - 一种小流量计量装置、水循环系统及计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小流量计量装置、水循环系统及计量方法，用于计量流量监测设备，如翻斗流量计、翻斗雨量计、三角堰、流量表等。本装置基于传统的称重法，实现以下功能：通过称重传感器实时（以秒为单位）获取当前水样的重量；通过PAC自动计算后一秒与前一秒的水样重量变化；分析水样密度以获得流量值。通过在称重储水箱的底部设置称重传感器，实时获取当前水样的累计重量，准确度高。

Description

一种小流量计量装置、水循环系统及计量方法

技术领域

本发明属于流量计量装置的技术领域，特别是涉及一种小流量计量装置、水循环系统及计量方法。

背景技术

液体流量标准装置用于液体流量仪表的检测和标定。液体流量标准装置按计量器具分类，分为质量法(称重法)、容积法、体积管法和标准表法四种。质量法具有精度高，操作方便等优点，在液体流量检定(如超声波水表、热能表等)时被广泛采用，而作为质量法标准计量器具的电子秤，其精度直接影响到液体流量标准装置的检定精度。在检定大流量时，要求电子秤有一定的精度及大量程；在检定小流量时，由于被测液体的总流量较小，要达到较高的相对精度，对秤的精度要求就更高，但超高精度的电子秤，成本也非常高。

同时，目前的流量计量装置无法做到实时测量，即无法准确的获取前一秒与后一秒的水样重量的变化。

发明内容

本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供一种更为简单方便的实时有效监测当前流量大小的小流量计量装置及水循环系统。

本发明通过以下技术方案来实现：一种小流量计量装置，包括：储水箱、直流自吸泵、整流缓冲箱、罂粟口出水装置和称重储水箱；

其中，所述储水箱通过水管连接于所述直流自吸泵的进水阀腔，直流自吸泵的出水阀腔通过水管连接于所述整流缓冲箱，所述整流缓冲箱与所述罂粟口出水装置之间通过水槽连接；所述水槽上的球阀通过水管与所述出水装置连接；所述称重储水箱的底部设置有称重传感器，实时获取当前水样的累计重量；

所述直流自吸泵包括泵体和底板，所述泵体与底板之间的连接处设有减震组件，所述减震组件包括：

压板，其下表面设置有压杆和两个连杆，所述压杆设置在所述压板的中心位置，所述两个连杆对称设置在所述连杆的两侧；所述压杆的底部设有向外的翻边；

稳定座，其上表面的中心位置设置有凸起，并位于所述压杆的正下方；所述凸起的两侧对称设置有柱体；

连接板，个数为两个，设置在压板与稳定座之间；所述连接板的顶部为弧形，最高点与所述压板相接触，底部铰接于所述柱体上；所述连接板靠近压杆的一侧设置有连接部，所述连接部与连接板之间形成卡槽；所述翻边与所述凸起的底部之间套接有压缩弹簧。

在进一步的实施例中，所述凸起上开设有限位槽。

在进一步的实施例中，所述罂粟口出水装置包括：进水端盖和出水端盖，所述出水端盖上设置有第一分流管、第二分流管和第三分流管，所述出水端盖与喷头连接，所述喷头为内部空心的球体，所述喷头的上半个球体开设有倾斜的圆形横截面，所述圆形横面的直径小于所述球体的内径。

在进一步的实施例中，所述进水端盖与所述出水端盖通过螺纹连接。

在进一步的实施例中，所述整流缓冲箱包括固定在整流缓冲箱内部的U型体和连接座；所述U型体的末端设置有向内弯曲的弯曲部；所述连接座的头部设置有两个凹槽；所述U型体的内部设置有水轮；

所述连接座的中间位置设有空腔，所述空腔的内部设有压缩组件；所述压缩组件与连接杆连接，连接杆穿过所述连接座并延伸至U型体的内部；所述连接杆的头部固定连接有连接座，所述连接座在压缩组件的驱动下，能够在所述U型体的内部移动；当压缩组件处于正常状态时，所述连接座与所述水轮相接触。

在进一步的实施例中，所述U型体上设置有一个进水孔，所述整流缓冲箱上设置有若干个出水孔。

在进一步的实施例中，所述称重储水箱上设置有出水管，所述出水管的末端设置有截止阀，并位于所述储水箱的上方。

在进一步的实施例中，所述罂粟口出水装置通过折叠臂安装在固定物上。

在进一步的实施例中，基于PAC（可编程自动化控制器）的一种循环系统，其循环流程具体包括以下步骤：

S1.打开电源，控制电机阀使阀门开合度达到最大，打开截止阀确保水流能回流至储水箱；打开自吸泵，确保从储水箱出水到水回流至储水箱的整个过程达到稳定状态；

S2.调整泵的转速V（粗调）和电机阀的行程S（微调），当水流达到稳定状态后，闭截止阀并打开A/D转换器的电源开关，对水样的重量累计值进行称重；假设t1时的水样重量为m1，t2时的水量重量为m2，那么单位时间为Δt=t2-t1，单位重量为：

Δm=m2-m1,则Q（流量）=v/t=（Δm/ρ）/Δt=(m2-m1)/[ρ*(t2-t1)]；

S3.关闭自吸泵，打开截止阀使水样回流至储水箱内；

S4.分析水样密度。

本发明的有益效果：首先通过在称重储水箱的底部设置称重传感器，实时获取当前水样的累计重量，准确度高。

在进一步的实施例中，一种小流量计量方法，包括如下步骤：

步骤1、设电机的转速为r，当称重的实时变化值Q达到稳定之后，建立Q与r的函数关系；

步骤2、以上述函数关系为基础，获取想要的流量梯度值；确定以下13个电机转速300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900所对应的流量值Q1-Q13；

对于每个流量值Q，运行前关闭阀门，开启自吸泵，让水流经过翻斗流量传感器后流入称重储水箱内，整个过程记录以下数据：电机转速r 、翻斗流量传感器内干簧管触发信号的时间点t 、干簧管触发信号的次数n，以及称重箱的数据；

步骤3、

步骤31、根据电机转速r和Q-r的函数关系式，计算当前流量值Qx；

步骤32、干簧管触发信号的时间点ti，记录在流量值Qx条件下翻斗翻动周期T；干簧管触发信号的次数n对应着翻斗感量的计量次数；i=1、2、3……n；

步骤33、对比实验前后称重箱的数据，确定整个实验过程中经过翻斗流量传感器的总水量G；

步骤4、通过触发信号的次数n、总水量G、翻斗瞬频率f=1/T的数据，建立f与G/n之间的关系，即f与翻斗感量g的关系g=f*0.2738+0.7023；

记录触发信号前后两次的时间点t1、t2，通过公式g=1/（t2-t1）*0.2738+0.7023可计算出此次感量g1，以此类推即可计算出g1+g2、g1+g2+g3、g1+g2+g3……+gn，当翻斗不再翻动时便得出总量G；

步骤5、通过翻斗瞬频率f=1/T、流量值Q的数据，建立Q与f之间的关系Q=f*69.1507-8.2684。

本发明中直流自吸泵的减震组件不同于现有的减震组件，现有的减震组件要么是达到了减震效果，但是会随之产生更大的摇动或摆动，大幅度的摇动或摆动直接影响泵体与电机之间的连接性；要么就是减震效果完全达不到。故该减震组件通过压板的晃动，迫使连杆下压，带动连接板的连接部与翻边下压，使得压板下移，且下移的高度受到弹簧的反弹的制约，因此压板下移的过程是稳定而缓慢的，翻边与凸起与同样起到控制下移空间的问题，保证不会产生过多的弹性空间。

采用罂粟口出水装置，因喷头采用内部空心的球体，所述喷头的上半个球体开设有倾斜的圆形横截面，首先球体的下半个球体给水流一个缓冲的作用，然后溢出来的水通过圆形横截面呈片状或者花瓣状溢出，增大了水流喷出的空间，从而达到了减小出水口的水流对称重储水箱的冲击。

并在整流缓冲箱中设置了缓流组件，当水流量过大了，水流将连接座推来，使得水流从连接座的两侧分散，起到整流缓冲的作用。

附图说明

图1为本发明一种小流量计量装置的连接关系图。

图2为本发明中直流自吸泵的结构示意图。

图3为图2中A处的结构示意图。

图4为减震组件的爆炸图。

图5为本发明中罂粟口出水装置的结构示意图。

图6为罂粟口出水装置中的喷头的结构示意图。

图7为本发明中整流缓冲箱的结构示意图。

图8为本实施例中翻斗感应特征曲线。

图9为本实施例中翻斗瞬频率-流量特征曲线。

图1至图7中的各标注为：储水箱1、直流自吸泵2、整流缓冲箱3、罂粟口出水装置4、称重储水箱5、水槽6、球阀7、称重传感器8、截止阀9、折叠臂10、泵体201、底板202、压板203、压杆204、连杆205、翻边206、稳定座207、凸起208、柱体209、连接板210、连接部211、卡槽212、压缩弹簧213、限位槽214、U型体301、连接座302、弯曲部303、凹槽304、水轮305、空腔306、压缩组件307、连接杆308、进水端盖401、出水端盖402、第一分流管403、第二分流管404、第三分流管405、喷头405、圆形横截面406。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种小流量计量装置，包括：储水箱1、直流自吸泵2、整流缓冲箱3、罂粟口出水装置4和称重储水箱5；其中，所述储水箱1通过水管连接于所述直流自吸泵2的进水阀腔，直流自吸泵2的出水阀腔通过水管连接于所述整流缓冲箱3，所述整流缓冲箱3与所述罂粟口出水装置4之间通过水槽6连接；所述水槽6上的球阀7通过水管与所述罂粟口出水装置4连接；所述称重储水箱5的底部设置有称重传感器8，实时获取当前水样的累计重量；，所述罂粟口出水装置4通过折叠臂10安装在固定物上。所述称重储水箱5上设置有出水管，所述出水管的末端设置有截止阀9，并位于所述储水箱1的上方。

本发明中直流自吸泵2的减震组件不同于现有的减震组件，现有的减震组件要么是达到了减震效果，但是会随之产生更大的摇动或摆动，大幅度的摇动或摆动直接影响泵体201与电机之间的连接性；要么就是减震效果完全达不到。为解决这个问题，如图2至图4所示，所述直流自吸泵2包括泵体201和底板202，所述泵体201与底板202之间的连接处设有减震组件，所述减震组件包括：压板203、稳定座207和连接板210。压板203的下表面设置有压杆204和两个连杆205，所述压杆204设置在所述压板203的中心位置，所述两个连杆205对称设置在所述连杆205的两侧；所述压杆204的底部设有向外的翻边206；稳定座207的上表面的中心位置设置有凸起208，并位于所述压杆204的正下方；所述凸起208的两侧对称设置有柱体209；连接板210的个数为两个，设置在压板203与稳定座207之间；所述连接板210的顶部为弧形，最高点与所述压板203相接触，底部铰接于所述柱体209上；所述连接板210靠近压杆204的一侧设置有连接部211，所述连接部211与连接板210之间形成卡槽212；所述翻边206与所述凸起208的底部之间套接有压缩弹簧213。所述凸起208上开设有限位槽214。

故该减震组件通过压板203的晃动，迫使连杆205下压，带动连接板210的连接部211与翻边206下压，使得压板203下移，且下移的高度受到弹簧的反弹的制约，因此压板203下移的过程是稳定而缓慢的，翻边206与凸起208与同样起到控制下移空间的问题，保证不会产生过多的弹性空间。

为了减小出水口的水流对称重储水箱5的冲击，如图5至图6所示，所述罂粟口出水装置4包括：进水端盖401和出水端盖402，所述出水端盖402上设置有第一分流管403、第二分流管404和第三分流管405，所述出水端盖402与喷头405连接，所述喷头405为内部空心的球体，所述喷头405的上半个球体开设有倾斜的圆形横截面406，所述圆形横面的直径小于所述球体的内径。所述进水端盖401与所述出水端盖402通过螺纹连接。

喷头405采用内部空心的球体，所述喷头405的上半个球体开设有倾斜的圆形横截面406，首先球体的下半个球体给水流一个缓冲的作用，然后溢出来的水通过圆形横截面406呈片状或者花瓣状溢出，增大了水流喷出的空间，从而达到了减小出水口的水流对称重储水箱5的冲击。

如图7所示，所述整流缓冲箱3包括固定在整流缓冲箱3内部的U型体301和连接座302；所述U型体301的末端设置有向内弯曲的弯曲部303，所述连接座302的头部设置有两个凹槽304，所述弯曲部303和凹槽304之间留有间隙；所述U型体301的内部设置有水轮305；所述连接座302的中间位置设有空腔 306，所述空腔 306的内部设有压缩组件307；所述压缩组件307与连接杆308连接，连接杆308穿过所述连接座302并延伸至U型体301的内部；所述连接杆308的头部固定连接有连接座302，所述连接座302在压缩组件307的驱动下，能够在所述U型体301的内部移动；当压缩组件307处于正常状态时，所述连接座302与所述水轮305相接触。所述U型体301上设置有一个进水孔，所述整流缓冲箱3上设置有若干个出水孔（图中未体现出来）。当水流正常时，水流从进水孔经过连接座302与所述U型体301之间的间距，并从弯曲部303和凹槽304之间的间隙溢出，当水流增大到一定程度后，水流对连接座302有个挤压的作用，迫使压缩组件307压缩，使的弯曲部303和凹槽304之间的间隙增大，很缓冲水流。

S1.打开电源，控制电机阀使阀门开合度达到最大，打开截止阀确保水流能回流至储水箱；打开自吸泵，确保从储水箱出水到水回流至储水箱的整个过程达到稳定状态；

S2.调整泵的转速V（粗调）和电机阀的行程S（微调），当水流达到稳定状态后，闭截止阀并打开A/D转换器的电源开关，对水样的重量累计值进行称重；假设t1时的水样重量为m1，t2时的水量重量为m2，那么单位时间为Δt=t2-t1，单位重量为：

Δm=m2-m1,则Q（流量）=v/t=（Δm/ρ）/Δt=(m2-m1)/[ρ*(t2-t1)]；

S3.关闭自吸泵，打开截止阀使水样回流至储水箱内；

S4.分析水样密度。

在此基础上进行测试：以纯净水为例，密度为1kg/L，故Q=0.03L/s=1.8L/min。

基于以上原理，便可以测量非满管状态下的流量。

其中，上述S2中的流量还可以通过翻斗流量传感器感应，所述翻斗流量传感器安装在所述直流自吸泵的出水阀上。

上述翻斗流量传感器的翻斗感量（kg）=翻斗瞬频率（Hz）×0.2738+0.7023；基于以时间为单位的翻斗流量传感器的感量特征曲线拟合，获得上述公式。

上述翻斗流量传感器的瞬频率与流量之间存在以下关系：

翻斗流量（kg/min）=翻斗瞬频率（Hz）×69.1507+（-8.2684）。

基于以时间为单位的翻斗流量传感器的流量频率特征曲线拟合，获得上述公式。

以下具体阐述流量、翻斗流量传感器的感量与翻斗瞬频率之间关系。

1.设电机的转速为r，当称重的实时变化值Q达到稳定之后，建立Q与r的函数关系；

2.以上述函数关系为基础，获取想要的流量梯度值；确定以下13个电机转速300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900所对应的流量值Q1-Q13；

对于每个流量值Q，运行前关闭阀门，开启自吸泵，让水流经过翻斗流量传感器后流入称重储水箱内，整个过程记录以下数据：电机转速r 、翻斗流量传感器内干簧管触发信号的时间点t 、干簧管触发信号的次数n，以及称重箱的数据；

3.

步骤31、根据电机转速r和Q-r的函数关系式，计算当前流量值Qx；

步骤32、干簧管触发信号的时间点ti，记录在流量值Qx条件下翻斗翻动周期T；干簧管触发信号的次数n对应着翻斗感量的计量次数；i=1、2、3……n；

步骤33、对比实验前后称重箱的数据，确定整个实验过程中经过翻斗流量传感器的总水量G；

步骤4、通过触发信号的次数n、总水量G、翻斗瞬频率f=1/T的数据，建立f与G/n之间的关系，即f与翻斗感量g的关系g=f*0.2738+0.7023；

记录触发信号前后两次的时间点t1、t2，通过公式g=1/（t2-t1）*0.2738+0.7023可计算出此次感量g1，以此类推即可计算出g1+g2、g1+g2+g3、g1+g2+g3……+gn，当翻斗不再翻动时便得出总量G；

步骤5、通过翻斗瞬频率f=1/T、流量值Q的数据，建立Q与f之间的关系Q=f*69.1507-8.2684，图9所示。

故用翻斗流量传感器以S为单位实时记录用于面源污染和水土保持的试验小区的明渠流量大小及总量。而小流量计量装置及水循环系统作为计量设备，为翻斗流量传感器提供了数据支撑与精度保障。

本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种小流量计量装置，其特征在于，包括：储水箱、直流自吸泵、整流缓冲箱、罂粟口出水装置和称重储水箱；

其中，所述储水箱通过水管连接于所述直流自吸泵的进水阀腔，直流自吸泵的出水阀腔通过水管连接于所述整流缓冲箱，所述整流缓冲箱与所述罂粟口出水装置之间通过水槽连接；所述水槽上的球阀通过水管与所述罂粟口出水装置连接；所述称重储水箱的底部设置有称重传感器，实时获取当前水样的累计重量；

所述直流自吸泵包括泵体和底板，所述泵体与底板之间的连接处设有减震组件，所述减震组件包括：

压板，其下表面设置有压杆和两个连杆，所述压杆设置在所述压板的中心位置，所述两个连杆对称设置在所述连杆的两侧；所述压杆的底部设有向外的翻边；

稳定座，其上表面的中心位置设置有凸起，并位于所述压杆的正下方；所述凸起的两侧对称设置有柱体；

连接板，个数为两个，设置在压板与稳定座之间；所述连接板的顶部为弧形，最高点与所述压板相接触，底部铰接于所述柱体上；所述连接板靠近压杆的一侧设置有连接部，所述连接部与连接板之间形成卡槽；所述翻边与所述凸起的底部之间套接有压缩弹簧；

所述小流量计量装置的计量方法，具体包括以下步骤：步骤1、设电机的转速为r，当称重的实时变化值Q达到稳定之后，建立Q与r的函数关系；

步骤2、以上述函数关系为基础，获取想要的流量梯度值；确定以下13个电机转速300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900所对应的流量值Q1-Q13；

对于每个流量值Q，运行前关闭阀门，开启自吸泵，让水流经过翻斗流量传感器后流入称重储水箱内，整个过程记录以下数据：电机转速r 、翻斗流量传感器内干簧管触发信号的时间点t 、干簧管触发信号的次数n，以及称重箱的数据；

步骤3、

步骤31、根据电机转速r和Q-r的函数关系式，计算当前流量值Qx；

步骤32、干簧管触发信号的时间点ti，记录在流量值Qx条件下翻斗翻动周期T；干簧管触发信号的次数n对应着翻斗感量的计量次数；i=1、2、3……n；

步骤33、对比实验前后称重箱的数据，确定整个实验过程中经过翻斗流量传感器的总水量G；

步骤4、通过触发信号的次数n、总水量G、翻斗瞬频率f=1/T的数据，建立f与G/n之间的关系，即f与翻斗感量g的关系g=f*0.2738+0.7023；

记录触发信号前后两次的时间点t1、t2，通过公式g=1/（t2-t1）*0.2738+0.7023计算出此次感量g1，以此类推即计算出g1+g2、g1+g2+g3、g1+g2+g3……+gn，当翻斗不再翻动时便得出总量G；

步骤5、通过翻斗瞬频率f=1/T、流量值Q的数据，建立Q与f之间的关系Q=f*69.1507-8.2684。

2.根据权利要求1所述的一种小流量计量装置，其特征在于，所述凸起上开设有限位槽。

3.根据权利要求1所述的一种小流量计量装置，其特征在于，所述罂粟口出水装置包括：进水端盖和出水端盖，所述出水端盖上设置有第一分流管、第二分流管和第三分流管，所述出水端盖与喷头连接，所述喷头为内部空心的球体，所述喷头的上半个球体开设有倾斜的圆形横截面，所述圆形横面的直径小于所述球体的内径。

4.根据权利要求3所述的一种小流量计量装置，其特征在于，所述进水端盖与所述出水端盖通过螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的一种小流量计量装置，其特征在于，所述整流缓冲箱包括固定在整流缓冲箱内部的U型体和连接座；所述U型体的末端设置有向内弯曲的弯曲部，所述连接座的头部设置有两个凹槽，所述弯曲部和凹槽之间留有间隙；所述U型体的内部设置有水轮；

所述连接座的中间位置设有空腔，所述空腔的内部设有压缩组件；所述压缩组件与连接杆连接，连接杆穿过所述连接座并延伸至U型体的内部；所述连接杆的头部固定连接有连接座，所述连接座在压缩组件的驱动下，能够在所述U型体的内部移动，且所述连接座与所述U型体留有间距；当压缩组件处于正常状态时，所述连接座与所述水轮相接触。

6.根据权利要求5所述的一种小流量计量装置，其特征在于，所述U型体上设置有一个进水孔，所述整流缓冲箱上设置有若干个出水孔。

7.根据权利要求1所述的一种小流量计量装置，其特征在于，所述称重储水箱上设置有出水管，所述出水管的末端设置有截止阀，并位于所述储水箱的上方。

8.根据权利要求1所述的一种小流量计量装置，其特征在于，所述罂粟口出水装置通过折叠臂安装在固定物上。

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