CN112747807A - 一种翻斗式流量计的率定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种翻斗式流量计的率定方法及装置，属于水文、环境、生态监测技术领域。一种翻斗式流量计率定方法及装置，主要包括待率定的翻斗式流量计(1)、定流量蠕动泵(2)、计数器(3)、电子天平(4)、供水瓶(5)、控制器(6)、电子天平(7)、盛水瓶(8)、抽水针管(9)。控制器(6)与定流量蠕动泵(2)通过通讯线(10)进行连接，控制器(6)、计数器(3)与翻斗式流量计(1)通过导线(11)相连。本方法及装置可率定翻斗式流量计，解决以往翻斗式流量计使用中由于忽略率定程序而产生潜在误差和流量监测数据的可靠性有待提高等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种翻斗式流量计的率定方法及装置，属于水文技术领域。
背景技术
流量是水文、环境、生态研究中常规监测的关键要素。翻斗式流量计由于具有可移动、低成本和易于安装等优点，常被用作小流量监测，其在森林和农林生态系统的透过雨和树干径流测量、森林山坡中沟渠或土坑的出流量测量、生态小流量等方面应用广泛。目前市场上销售的翻斗式流量计只给出一个标识翻动体量，未给出不同流量条件下的计量误差。为了更精确地刻画翻斗式流量计的流量-误差特性，需要开展静态率定(即通过滴定的方式获取翻斗的静态翻动体积量)和动态率定(即不同流量下翻斗的实际翻动体积量)，进而获取翻斗式流量计的流量-计量误差关系，可对实测的流量过程进行订正，以获取高精度的流量数据。因此，目前很有必要寻求一种有效的率定方法及装置来完成翻斗式流量计的率定，这在水文、环境、生态等中具有很好的应用价值。
发明内容
本发明解决的技术问题是建立一套有效的率定方法和装置获取翻斗式流量计的流量-计量误差曲线，用于订正翻动流量计监测得到的流量过程，以获取高精度的流量数据。
本发明的目的在于针对上述情况提供一种针对翻斗式流量计的率定方法及装置，使出厂率定人员或使用人员能够率定和使用翻斗式流量计。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种翻斗式流量计的率定装置，主要包括待率定的翻斗式流量计(1)、定流量蠕动泵(2)、计数器(3)、电子天平(4)、供水瓶(5)、控制器(6)、电子天平(7)、盛水瓶(8)、抽水针管(9)。控制器(6)与定流量蠕动泵(2)通过通讯线(10)进行连接；控制器(6)、计数器(3)与翻斗式流量计(1)通过导线(11)相连。
所述的供水瓶(5)放在一个电子天平(4)上，电子天平(4)可记录供水瓶开始和结束的质量，计算得到一个率定过程向翻斗式流量计(1)内注入的总水量。
所述的盛水瓶(8)放在一个电子天平(7)上，电子天平(7)可记录盛水瓶开始和结束的质量，通过计算得到一定时间内盛水瓶中注入的总水量，用于蠕动泵实际输出流量的标定，进一步建立蠕动泵显示转速与实际输出流量之间的函数关系。
所述的蠕动泵(2)用来模拟恒定流量过程，可以设置不同的流量(如1、5、10、25、50、75、100、150、200mL/s等)，通过蠕动泵管(12)，将供水瓶(5)的水以固定的流量注入到翻斗式流量计(1)中。
所述的输出型计数器(3)可预设目标次数N＝10。计数器(3)与翻斗式流量计(1)之间通过通讯线(11)进行连接，并与控制器(6)通过通讯线(11)连接，这样控制器可以实时得到翻斗式流量计(1)的翻动次数，当翻动次数达到N时，立即控制定流量蠕动泵(2)停止向翻斗式流量计(1)供水，则一个模拟流量过程结束。
所述的抽水针管(9)用来抽取一个模拟流量结束后翻斗式流量计翻斗中残余水量。
本发明提出的一种翻斗式流量计的率定方法，包括如下步骤：
步骤一，手动将供水瓶(5)中的水注入翻斗式流量计(1)左侧翻斗，保持接近均匀零速度注水直到翻斗翻动，即停止注水，记录电子天平(4)的初始质量M1和结束质量M2，计算出翻斗式流量计左侧翻斗的静态翻动体积量
步骤二，将翻斗式流量计左侧翻斗的静态翻动体积量VL与翻斗式流量计的标识翻动体积量VB作比较，若VL>VB，将左侧翻斗底部螺母调高，若VL<VB，将左侧翻斗底部螺母调低，直到VL控制在VB的±2％范围内；
步骤三，重复步骤一至二n次(n取3～6)，取n次数据的中位值作为左侧翻斗的静态翻动体积量VL；
步骤四，采用步骤一至三的方法，向翻斗式流量计右侧翻斗注水，得到翻斗式流量计右侧翻斗的静态翻动体积量VR，计算出翻斗式流量计综合的静态翻动体积量
步骤五，根据模拟流量的要求，统一设置翻斗式流量计的翻动目标次数N为10次，设置计数器(3)的预设目标次数为10次；
步骤六，调节蠕动泵(2)的显示转速为5rpm，选定率定时间T＝100s，启动定流量蠕动泵(2)从供水瓶(5)向盛水瓶(8)注水，记录电子天平(7)的初始质量M3和结束质量M4，计算出5rpm对应的蠕动泵(2)的实际流量
步骤七，重复步骤六n次(n取3～6)，取n次数据的算数平均值，得到蠕动泵(2)在5rpm重复n次的实际流量；
步骤八，设置蠕动泵(2)的转速分别为30、60、120、180、300、550rpm，重复步骤五和六，得到不同显示转速下蠕动泵(2)的实际流量，建立转速与对应实际输出流量Q之间的函数关系；
步骤九，根据设置的模拟流量q＝1mL/s，结合步骤八中得到的函数关系，确定蠕动泵(2)的对应显示转速；设置定流量蠕动泵(2)的输出转速，启动定流量蠕动泵(2)向翻斗式流量计(1)供水；
步骤十，在率定过程中，当输出型计数器(3)达到预设目标次数，一次模拟流量结束；记录电子天平(4)的初始质量M5和结束质量M6；抽水针管(9)抽取翻斗式流量计翻斗中残余水量注入盛水瓶(8)，记录电子天平(7)的初始质量M7和结束质量M8；计算出翻斗式流量计(1)在1mL/s流量的计量误差
步骤十一，重复步骤九至十n次(n取3～6)，得到翻斗式流量计(1)在1mL/s流量重复n次的计量误差；
步骤十二，设置模拟流量q＝1、5、10、25、50、75、100、150、200mL/s，重复步骤九至十一，得到翻斗式流量计(1)在不同模拟流量下各重复n次的计量误差；
步骤十三，以模拟流量为x轴，以对应的计量误差作为y轴，做出翻斗式流量计(1)的流量计量误差曲线。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图中：1-翻斗式流量计；2-定流量蠕动泵；3-翻斗翻动计数器；4-电子天平；5-供水瓶；6-控制器；7-电子天平；8-盛水瓶；9-抽水针管；10-通讯线；11-通讯线；12-蠕动泵管。
图2是实施例的蠕动泵显示转速与实际输出流量的函数关系曲线。
图3是实施例的流量-计量误差曲线。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。本发明不局限于实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均属于本发明的保护范围。
实施例1：
图1，一种翻斗式流量计的率定方法及装置，主要包括待率定的翻斗式流量计(1)、定流量蠕动泵(2)、计数器(3)、电子天平(4)、供水瓶(5)、控制器(6)、电子天平(7)、盛水瓶(8)、抽水针管(9)。控制器(6)与定流量蠕动泵(2)通过通讯线(10)进行连接；控制器(6)、计数器(3)与翻斗式流量计(1)通过导线(11)相连。盛水瓶(8)放在一个电子天平(7)上，电子天平(7)可记录盛水瓶开始和结束的质量，通过计算得到一定时间内盛水瓶中注入的总水量，用于蠕动泵实际输出流量的标定，进一步建立蠕动泵显示转速与实际输出流量之间的函数关系，供水瓶(5)放在一个电子天平(4)上，电子天平(4)可记录供水瓶开始和结束的质量，通过计算得到一个率定过程向翻斗式流量计(1)内注入的总水量，蠕动泵(2)用来模拟恒定流量过程(如1、5、10、25、50、75、100、150、200mL/s)，通过蠕动泵管(12)，将供水瓶(5)的水以固定的流量注入到翻斗式流量计(1)中，输出型计数器(3)可预设目标次数N(均取10)，控制器(6)可以实时得到翻斗式流量计(1)的翻动次数，当翻动次数达到N时，立即控制定流量蠕动泵(2)停止向翻斗式流量计(1)供水，则一个模拟流量过程结束，抽水针管(9)用来抽取一个模拟流量结束后翻斗式流量计翻斗中残余水量。
电子天平(4)和电子天平(7)的量程为20～50kg，分辨率0.1g；电子天平(4)上的供水瓶(5)需要加带孔的盖，减少蒸发对率定的影响。
翻斗式流量计(1)需要加带孔的盖，减少蒸发对率定的影响。
控制器(6)可以控制定流量蠕动泵(2)的开关。
控制器(6)可以记录计数器(3)的数字变化，并据此控制蠕动泵(2)的开关。
蠕动泵型号为雷弗WG600S，对蠕动泵实际输出流量进行标定，得到蠕动泵显示转速与实际输出流量之间的函数关系为：y＝2.4838x+4.8123，R2＝0.9997，对应曲线如图2所示。
采用本方法及装置对VB为600mL的翻斗式流量计进行率定，模拟1、5、10、25、50、75、100、150、200mL/s的流量，每个流量测量三次，取中位值，进行回归分析，可得到流量-计量误差关系为：y＝-0.0732x-0.7998，R2＝0.9843，对应曲线如图3所示。由图3可知，当流量为100mL/s时，计量误差大于9％；当流量达到200mL/s时，计量误差约15％，这样的计量误差已相当可观。如果在翻斗式流量计在出厂时或应运行过一段时间后，采用本方法，可得流量-计量误差关系，对初步测量的流量过程进行订正，获得高精度的流量值。这样可以翻斗式流量计在森林和农林生态系统的透过雨和树干径流测量、森林山坡中沟渠或土坑的出流量测量、生态小流量等方面得更广泛的应用，推进水文、农业、林业、生态等方面的研究发展。
Claims (8)
1.一种翻斗式流量计的率定装置，包括待率定的翻斗式流量计(1)、定流量蠕动泵(2)、计数器(3)、电子天平(4)、供水瓶(5)、控制器(6)、电子天平(7)、盛水瓶(8)、抽水针管(9)；控制器(6)与定流量蠕动泵(2)通过通讯线(10)进行连接，控制器(6)、计数器(3)与翻斗式流量计(1)通过导线(11)相连；所述的盛水瓶(8)放在一个电子天平(7)上，电子天平(7)可记录盛水瓶开始和结束的质量，通过计算得到一定时间内盛水瓶中注入的总水量，用于蠕动泵实际输出流量的标定，建立蠕动泵显示转速与实际输出流量之间的函数关系，所述的供水瓶(5)放在一个电子天平(4)上，电子天平(4)可记录供水瓶开始和结束的质量，通过计算得到一个率定过程向翻斗式流量计(1)内注入的总水量，所述的蠕动泵(2)用来模拟恒定流量过程，通过蠕动泵管(12)，将供水瓶(5)的水以固定的流量注入到翻斗式流量计(1)中，所述的计数器(3)可预设目标次数N，翻斗式流量计(1)的翻斗每翻动一次，计数器(3)显示次数增加一次，并将计量次数通过导线(11)传递给控制器(6)，当翻动次数达到N时，计数器显示次数为N，控制器(6)立即通过通讯线(10)控制定流量蠕动泵(2)关闭，停止向翻斗式流量计(1)供水，则一个模拟流量过程结束，所述的抽水针管(9)用来抽取一个模拟流量结束后翻斗式流量计翻斗中残余水量。
2.根据权利要求1所述的翻斗式流量计的率定装置，其特征在于：所述的定流量蠕动泵(2)可以设置不同的流量：1、5、10、25、50、75、100、150、200mL/s。
3.根据权利要求1所述的翻斗式流量计的率定装置，其特征在于：对于标识翻动体积量VB分别为100、300、400、500、600或2000mL的翻斗式流量计，N均取10。
4.根据权利要求1所述的翻斗式流量计的率定装置，其特征在于：电子天平(4)和电子天平(7)的量程为20～50kg，分辨率0.1g；电子天平(4)上的供水瓶(5)需要加带孔的盖，减少蒸发对率定的影响。
5.根据权利要求1所述的翻斗式流量计的率定装置，其特征在于：翻斗式流量计(1)需要加带孔的盖，减少蒸发对率定的影响。
6.根据权利要求1所述的翻斗式流量计的率定装置，其特征在于：所述控制器(6)可以控制定流量蠕动泵(2)的开关。
7.根据权利要求1所述的翻斗式流量计的率定装置，其特征在于：所述控制器(6)可以记录计数器(3)的数字变化，并据此控制蠕动泵(2)的开关。
8.根据权利要求1-7任一所述的翻斗式流量计的率定方法，其特征在于：所述的翻斗式流量计率定装置的使用方法步骤如下：
步骤一，手动将供水瓶(5)中的水注入翻斗式流量计(1)左侧翻斗，保持滴状流量注水直到翻斗翻动，即停止注水，记录电子天平(4)的初始质量M1和结束质量M2，计算出翻斗式流量计左侧翻斗的静态翻动体积量
步骤二，将翻斗式流量计左侧翻斗的静态翻动体积量VL与翻斗式流量计的标识翻动体积量VB作比较，若VL>VB，将左侧翻斗底部螺母调高，若VL<VB，将左侧翻斗底部螺母调低，直到VL控制在VB的±2％范围内；
步骤三，重复步骤一至二n次(n取3～6)，取n次数据的中位值作为左侧翻斗的静态翻动体积量VL；
步骤四，采用步骤一至三的方法，向翻斗式流量计右侧翻斗注水，得到翻斗式流量计右侧翻斗的静态翻动体积量VR，计算出翻斗式流量计综合的静态翻动体积量
步骤五，根据模拟流量的要求，统一设置翻斗式流量计的翻动目标次数N为10次，设置计数器(3)的预设目标次数为10次；
步骤六，调节蠕动泵(2)的显示转速为5rpm，选定率定时间T＝100s，启动定流量蠕动泵(2)从供水瓶(5)向盛水瓶(8)注水，记录电子天平(7)的初始质量M3和结束质量M4，计算出5rpm对应的蠕动泵(2)的实际流量
步骤七，重复步骤六n次(n取3～6)，取n次数据的算数平均值，得到蠕动泵(2)在5rpm重复n次的实际流量；
步骤八，设置蠕动泵(2)的转速分别为30、60、120、180、300、550rpm，重复步骤五和六，得到不同显示转速下蠕动泵(2)的实际流量，建立转速与对应实际输出流量Q之间的函数关系；
步骤九，根据设置的模拟流量q＝1mL/s，结合步骤八中得到的函数关系，确定蠕动泵(2)的对应显示转速；设置定流量蠕动泵(2)的输出转速，启动定流量蠕动泵(2)向翻斗式流量计(1)供水；
步骤十，在率定过程中，当输出型计数器(3)达到预设目标次数，一次模拟流量结束；记录电子天平(4)的初始质量M5和结束质量M6；抽水针管(9)抽取翻斗式流量计翻斗中残余水量注入盛水瓶(8)，记录电子天平(7)的初始质量M7和结束质量M8；计算出翻斗式流量计(1)在1mL/s流量的计量误差
步骤十一，重复步骤九至十n次(n取3～6)，得到翻斗式流量计(1)在1mL/s流量重复n次的计量误差；
步骤十二，设置模拟流量q＝1、5、10、25、50、75、100、150、200mL/s，重复步骤九至十一，得到翻斗式流量计(1)在不同模拟流量下各重复n次的计量误差；
步骤十三，以模拟流量为x轴，以对应的计量误差作为y轴，做出翻斗式流量计(1)的流量计量误差曲线。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李薛刚等: "八种国内翻斗式雨量计翻斗计量误差测评分析", 《水电能源科学》, vol. 37, no. 6 * |
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|---|---|
| CN112747807B (zh) | 2024-03-19 |
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