CN113375733A - 基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置及其测流方法 - Google Patents

基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置及其测流方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,包括主测流板,主测流板两端滑动连接有副测流板,主测流板上方两端安装有红外测距传感器,主测流板中间两侧壁上分别安装有水位探测装置和流速测量装置,红外测距传感器、水位探测装置和流速测量装置通过导线共同连接有控制器。本发明的基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,结构简单,安装之后能实现数据自动测量。本发明还公开了基于过流断面面积测量的明渠自动测流方法。

Description

基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置及其测流方法
技术领域
本发明属于明渠测流装置技术领域,涉及一种基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,本发明还涉及采用上述基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置进行测流的方法。
背景技术
水资源的短缺已经成为制约我国农业发展的一个重要因素,灌区节约用水是遏制水资源短缺发展速度的有效手段,明渠测流作为灌区节约用水、提高灌水质量和灌溉效率的有效措施,明渠断面测流方法或多或少都存在一些不足。
我国一贯沿用的流速面积法,需要人工操作将三角堰挡板安装在出水口断面处,测流时根据不同的流量需替换不同规格的三角堰挡板,且必须保证其与渠道的接触面不漏水,安装过程相对复杂,当流量超过一定限度时,三角堰将会失去它相应功能,尽管测量精度很高,但达不到自动化测要求。堰槽法,较准确也较易实现自动化测量,但是需要改造已有明渠,投资大,另外,这种方法的精度易受明渠冲於变化的影响。而依靠进口仪器(如多普勒法声学流量计、时差法声学流量计、电磁流量计等)自动化测量的方法,由于仪器价格昂贵,维护费用高,无法满足量多面广的明渠流量自动测量的需求。因此,对灌区用水进行实时监测和科学有效的管理是灌区的发展方向,也是推动灌区自动化、信息化发展的重要措施。如何研发出自动化程度高、测流精确、价格低廉、性能稳定、携带方便的测流装置对明渠进行测流至关重要,也是我国实行最严格水资源管理制度的重要基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,结构简单,安装之后能实现数据自动测量。
本发明所采用的技术方案是,基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,包括主测流板,主测流板两端滑动连接有副测流板,主测流板上方两端安装有红外测距传感器,主测流板中间两侧壁上分别安装有水位探测装置和流速测量装置,红外测距传感器、水位探测装置和流速测量装置通过导线共同连接有控制器。
本发明的特征还在于,
主测流板两端底面开设有凹槽,副测流板在凹槽内滑动连接,主测流板两端侧壁上还设置有限位螺栓,限位螺栓穿过主测流板伸入凹槽内。
副测流板远离主测流板的一端还安装有水平仪。
主测流板上开设有安装槽,安装槽两端分别安装有一个载物装置板,红外测距传感器安装在载物装置板上,且两个红外测距传感器的探头相对设置。
水位探测装置包括固定安装在主测流板侧壁上的探测装置壳体,探测装置壳体内放置有竖直设置的齿条,齿条的下端伸出探测装置壳体且连接有水位探针,齿条啮合有齿轮,还包括固定在探测装置壳体上的异步电机,齿轮固定在异步电机的输出轴上,异步电机带动齿轮转动时齿条在探测装置壳体内上下移动,异步电机和水位探针均与控制器通过导线电连接。
流速测量装置包括固定安装在主测流板侧壁上的流速测量壳体,流速测量壳体内放置有竖直设置的齿条a,齿条a的下端伸出流速测量壳体且连接有流速仪,齿条a啮合有齿轮a,还包括固定在流速测量壳体上的异步电机a,齿轮a固定在异步电机a的输出轴上,异步电机a带动齿轮转动时齿条a在流速测量壳体内上下移动,异步电机a和流速仪均通过导线连接控制器。
副测流板上表面还设置有限位槽,载物装置板安装在安装槽或者限位槽内。
控制器还通过无线通讯的方式连接有监控设备。
本发明采用的另一种技术方案是,基于过流断面面积测量的明渠自动测流方法,采用上述基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,具体过程为:
根据瞬间过水断面水面宽度确定两个红外测距传感器的位置,使得两个红外测距传感器分别位于瞬间过水断面水面宽度的两侧,根据渠道宽度,将两个副测流板从主测流板内滑出,并采用限位螺栓进行固定,将副测流板放置在渠道上方两侧,并使得主测流板和副测流板水平,然后根据确定好的两个红外测距传感器的位置将两个载物装置板安装在主测流板的安装槽或者限位槽内,将红外测距传感器安装在载物装置板内,然后接通电源,两个红外测距传感器测得的过水断面液面宽度L,在异步电机的控制下水位探测装置进行垂直运动,水位探针末端接触渠底时,探测得到渠底与主测流板距离H;水位探针末端接触瞬时过断面水面时,探测得到水面与主测流板距离H1,根据
Figure BDA0003106665070000031
计算流量Q:
Figure BDA0003106665070000032
Figure BDA0003106665070000033
其中,A为过水断面面积,(H-H1)为过水断面水位高度;0.2h为过水断面水面0.2(H-H1)位置,V0.2h为该位置对应的流速;0.6h为过水断面水面0.6(H-H1)位置,V0.6h为该位置对应的流速;0.8h为过水断面水面0.8(H-H1)位置,V0.8h为该位置对应的流速;
Figure BDA0003106665070000041
为0.2h、0.6h、0.8h三个测点流速加权平均值即为垂线平均流速;其中V0.2h、V0.6h、V0.8h分为通过异步电机a控制流速仪分别到达过水断面水面0.2(H-H1)、0.6(H-H1)、0.8(H-H1)位置时获得对应的速度。
本发明的有益效果是:
本发明采用两个红外测距传感器完成了渠道断面液面两端点间水平位置的准确检测;只要把测流装置正确安装到渠道上方,接通电源就可以实现流量的自动化检测;该装置结构简单,耗电量低,便于携带,安装成本低,安装之后能实现数据的自动测量,可以广泛的应用于现今灌区测流工作。
附图说明
图1是本发明基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置的结构示意图;
图2是本发明基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置中水位探测装置的结构示意图;
图3是本发明基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置中流速测量装置的结构示意图。
图中,1.水位探测装置,2.限位螺栓,3.主测流板,4.水平仪,5.红外测距传感器,6.流速测量装置,7.控制器,8.限位滑轨,9.载物装置板,10.副测流板,11.监控设备;
1-1.水位探针,1-2.齿条,1-3.异步电机,1-4.探测装置壳体,1-5.齿轮;
3-1.凹槽,3-2.安装槽;
6-1.流速仪,6-2.齿条a,6-3.异步电机a,6-4.流速测量壳体,6-5.齿轮a。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,其结构如图1所示,包括主测流板3,主测流板3两端滑动连接有副测流板10,主测流板3上方两端安装有红外测距传感器5,主测流板3中间两侧壁上分别安装有水位探测装置1和流速测量装置6,红外测距传感器5、水位探测装置1和流速测量装置6通过导线共同连接有控制器7。
主测流板3两端底面开设有凹槽3-1,副测流板10在凹槽3-1内滑动连接,主测流板3两端侧壁上还设置有限位螺栓2,限位螺栓2穿过主测流板3伸入凹槽3-1内。
副测流板10远离主测流板3的一端还安装有水平仪4。
主测流板3上开设有安装槽3-2,安装槽3-2两端分别安装有一个载物装置板9,红外测距传感器5安装在载物装置板9上,且两个红外测距传感器5的探头相对设置。
如图2所示,水位探测装置1包括固定安装在主测流板3侧壁上的探测装置壳体1-4,探测装置壳体1-4内放置有竖直设置的齿条1-2,齿条1-2的下端伸出探测装置壳体1-4且连接有水位探针1-1,齿条1-2啮合有齿轮1-5,还包括固定在探测装置壳体1-4上的异步电机1-3,齿轮1-5固定在异步电机1-3的输出轴上,异步电机1-3带动齿轮转动时齿条1-2在探测装置壳体1-4内上下移动,异步电机1-3和水位探针1-1均与控制器7通过导线电连接。
如图3所示,流速测量装置6包括固定安装在主测流板3侧壁上的流速测量壳体6-4,流速测量壳体6-4内放置有竖直设置的齿条a6-2,齿条a6-2的下端伸出流速测量壳体6-4且连接有流速仪6-1,齿条a6-2啮合有齿轮a6-5,还包括固定在流速测量壳体6-4上的异步电机a6-3,齿轮a6-5固定在异步电机a6-3的输出轴上,异步电机a6-3带动齿轮转动时齿条a6-2在流速测量壳体6-4内上下移动,异步电机a6-3和流速仪6-1均通过导线连接控制器7。
副测流板10上表面还设置有限位槽8,载物装置板9安装在安装槽3-2或者限位槽8内。
控制器7还通过无线通讯的方式连接有监控设备11。
本发明采用的另一种技术方案是,基于过流断面面积测量的明渠自动测流方法,采用上述基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,其特征在于,具体过程为:
根据瞬间过水断面水面宽度确定两个红外测距传感器5的位置,使得两个红外测距传感器5分别位于瞬间过水断面水面宽度的两侧,根据渠道宽度,将两个副测流板10从主测流板3内滑出,并采用限位螺栓2进行固定,将副测流板10放置在渠道上方两侧,并使得主测流板3和副测流板10水平,然后根据确定好的两个红外测距传感器5的位置将两个载物装置板9安装在主测流板3的安装槽3-2或者限位槽8内,将红外测距传感器5安装在载物装置板9内,然后接通电源,两个红外测距传感器5测得的过水断面液面宽度L,在异步电机1-3的控制下水位探测装置1进行垂直运动,水位探针1-1末端接触渠底时,探测得到渠底与主测流板距离H;水位探针1-1末端接触瞬时过断面水面时,探测得到水面与主测流板距离H1,根据Q=AV计算流量Q:
Figure BDA0003106665070000071
Figure BDA0003106665070000072
其中,A为过水断面面积,H-H1为过水断面水位高度;0.2h为过水断面水面0.2(H-H1)位置,V0.2h为该位置对应的流速;0.6h为过水断面水面0.6(H-H1)位置,V0.6h为该位置对应的流速;0.8h为过水断面水面0.8(H-H1)位置,V0.8h为该位置对应的流速;
Figure BDA0003106665070000073
为0.2h、0.6h、0.8h三个测点流速加权平均值即为垂线平均流速;其中V0.2h、V0.6h、V0.8h分为通过控制器7控制异步电机a6-3进而带动流速仪6-1分别到达过水断面水面0.2(H-H1)、0.6(H-H1)、0.8(H-H1)位置时获得对应的速度。
本发明与传统测流方式相比,其特点在于该装置结构简单,便携且容易安装。工作时,将本测流装置副测流板伸展开,架在渠道上方,然后调平、固定即可进行测量。测量工作完成后,收缩副测流板,拧紧主、副测流板的固定旋钮,缩小装置所占空间较小,方便测量人员携带。本装置架在渠道上即可测量,只需一套装置便可测量30cm—100cm不同规格T/U型渠道的断面流量,免去了携带不同规格三角堰的麻烦。与传统测流方式相比,本装置携带方便,安装过程简单易学,更宜推广。
本发明在具体实施方式中所述的测量板材质为不锈钢,主测流板长为60cm,宽为10cm,高为6cm、壁厚2cm,副测流板长为30cm,宽为8cm,高为4cm、壁厚2cm,两侧有两个长为6cm,宽为6cm,高为2cm的长方体的载物装置板9,中心开5cm的圆孔,用于放置两个红外线测距传感器。
本发明通过水位探测装置1和流速测量装置6以及红外测距传感器5测量数据,传递给控制器,在控制器7内进行计算后,发送给监控装置,实现安装之后自动测量,远程监控。
本发明结构简单,操作方便,成本较低,且测量精度高,能够在一定程度上解决目前灌区量水方法存在的弊端,并能实现流量的自动化测量和实时监测,因此具有广阔的应用前景。

Claims (9)

1.基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,其特征在于,包括主测流板(3),所述主测流板(3)两端滑动连接有副测流板(10),所述主测流板(3)上方两端安装有红外测距传感器(5),所述主测流板(3)中间两侧壁上分别安装有水位探测装置(1)和流速测量装置(6),所述红外测距传感器(5)、水位探测装置(1)和流速测量装置(6)通过导线共同连接有控制器(7)。
2.根据权利要求1所述的基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,其特征在于,所述主测流板(3)两端底面开设有凹槽(3-1),所述副测流板(10)在所述凹槽(3-1)内滑动连接,所述主测流板(3)两端侧壁上还设置有限位螺栓(2),所述限位螺栓(2)穿过所述主测流板(3)伸入所述凹槽(3-1)内。
3.根据权利要求1或2所述的基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,其特征在于,所述副测流板(10)远离主测流板(3)的一端还安装有水平仪(4)。
4.根据权利要求2所述的基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,其特征在于,所述主测流板(3)上开设有安装槽(3-2),所述安装槽(3-2)两端分别安装有一个载物装置板(9),所述红外测距传感器(5)安装在所述载物装置板(9)上,且两个所述红外测距传感器(5)的探头相对设置。
5.根据权利要求2所述的基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,其特征在于,所述水位探测装置(1)包括固定安装在主测流板(3)侧壁上的探测装置壳体(1-4),所述探测装置壳体(1-4)内放置有竖直设置的齿条(1-2),所述齿条(1-2)的下端伸出所述探测装置壳体(1-4)且连接有水位探针(1-1),所述齿条(1-2)啮合有齿轮(1-5),还包括固定在探测装置壳体(1-4)上的异步电机(1-3),所述齿轮(1-5)固定在所述异步电机(1-3)的输出轴上,所述异步电机(1-3)带动齿轮转动时齿条(1-2)在探测装置壳体(1-4)内上下移动,所述异步电机(1-3)和水位探针(1-1)均与所述控制器(7)通过导线电连接。
6.根据权利要求5所述的基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,其特征在于,所述流速测量装置(6)包括固定安装在主测流板(3)侧壁上的流速测量壳体(6-4),所述流速测量壳体(6-4)内放置有竖直设置的齿条a(6-2),所述齿条a(6-2)的下端伸出所述流速测量壳体(6-4)且连接有流速仪(6-1),所述齿条a(6-2)啮合有齿轮a(6-5),还包括固定在流速测量壳体(6-4)上的异步电机a(6-3),所述齿轮a(6-5)固定在所述异步电机a(6-3)的输出轴上,所述异步电机a(6-3)带动齿轮转动时齿条a(6-2)在流速测量壳体(6-4)内上下移动,所述异步电机a(6-3)和流速仪(6-1)均通过导线连接所述控制器(7)。
7.根据权利要求6所述的基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,其特征在于,所述副测流板(10)上表面还设置有限位槽(8),所述载物装置板(9)安装在安装槽(3-2)或者限位槽(8)内。
8.根据权利要求7所述的基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,其特征在于,所述控制器(7)还通过无线通讯的方式连接有监控设备(11)。
9.基于过流断面面积测量的明渠自动测流方法,其特征在于,采用如权利要求8所述的基于过流断面面积测量的明渠自动测流装置,其特征在于,具体过程为:
根据瞬间过水断面水面宽度确定两个红外测距传感器(5)的位置,使得两个红外测距传感器(5)分别位于瞬间过水断面水面宽度的两侧,根据渠道宽度,将两个副测流板(10)从主测流板(3)内滑出,并采用限位螺栓(2)进行固定,将副测流板(10)放置在渠道上方两侧,并使得主测流板(3)和副测流板(10)水平,然后根据确定好的两个红外测距传感器(5)的位置将两个载物装置板(9)安装在主测流板(3)的安装槽(3-2)或者限位槽(8)内,将红外测距传感器(5)安装在载物装置板(9)内,然后接通电源,两个红外测距传感器(5)测得的过水断面液面宽度L,在异步电机(1-3)的控制下水位探测装置(1)进行垂直运动,水位探针(1-1)末端接触渠底时,探测得到渠底与主测流板距离H;水位探针(1-1)末端接触瞬时过断面水面时,探测得到水面与主测流板距离H1,根据
Figure FDA0003106665060000031
计算流量Q:
Figure FDA0003106665060000032
Figure FDA0003106665060000033
其中,A为过水断面面积,(H-H1)为过水断面水位高度;0.2h为过水断面水面0.2(H-H1)位置,V0.2h为该位置对应的流速;0.6h为过水断面水面0.6(H-H1)位置,V0.6h为该位置对应的流速;0.8h为过水断面水面0.8(H-H1)位置,V0.8h为该位置对应的流速;
Figure FDA0003106665060000034
为0.2h、0.6h、0.8h三个测点流速加权平均值即为垂线平均流速;其中V0.2h、V0.6h、V0.8h分为通过异步电机a(6-3)控制流速仪(6-1)分别到达过水断面水面0.2(H-H1)、0.6(H-H1)、0.8(H-H1)位置时获得对应的速度。
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