CN114001710B - 一种高精度渠道过流断面面积测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高精度渠道过流断面面积测量装置，包括水平测流板，水平测流板的中间固定有超声波传感器，超声波传感器与控制器连接，水平测流板的一面上还固定有水平仪，水平测流板一面与U型测流板卡接，U型测流板的两端卡接在水平测流板上，水平测流板上活动连接有第一水位探测仪和第二水位探测仪，第一水位探测仪和第二水位探测仪能够通过滑槽在水平测流板上移动。本发明还公开一种高精度渠道过流断面面积测量方法。本发明解决了现有技术中存在的渠道过流断面面积测量过程复杂，测量结果准确度不高的问题。

Description

一种高精度渠道过流断面面积测量装置及测量方法
技术领域
本发明属于断面面积测量技术领域，涉及一种高精度渠道过流断面面积测量装置，进一步的，涉及基于该装置的测量方法。
背景技术
水是人类生存不可替代的资源，是经济和社会可持续发展的基础。灌区的发展离不开对水资源的合理控制以及优化调度，水资源匮乏、输配水工程的老化和防渗率低，田间灌溉水平低，灌溉不合理，造成水资源浪费严重。节水灌溉势在必行，对水量的定量控制也是目前的关键性难题，我国目前拥有一大批水量测定装置，绝大部分装置都是基于流速面积法来对过水断面流量进行测定，基本上都是在断面流速测定上开展的大量研究，也有一些较为成熟的流速仪的诞生，加快了灌区节水灌溉的进程。但由于目前灌区灌溉设施建设标准较低，投入改造、维修资金不足，设施更新维护不及时，部分建筑物老化失修严重，对于渠道过流断面测定未能形成比较精准的装置和方法，使得测得的流量一直存在一定的误差，为进一步提高断面流量的监测准确度，加快节水灌溉有效推动。如何研发出自动化程度高、价格低廉、性能稳定、携带方便的渠道面积测定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。
传统的测流方法，一方面是在测得水位的情况下，根据三角堰的经验公式来计算出流量，费时费力而且精确度不高。需要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。另一方面是在测得流速的情况下，根据标准渠道的面积公式，进一步测定断面流量，但是渠道断面并非标准化，导致测流准确度有待提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种高精度渠道过流断面面积测量装置，解决了现有技术中存在的渠道过流断面面积测量过程复杂，测量结果准确度不高的问题。
本发明所采用的技术方案是：
一种高精度渠道过流断面面积测量装置，包括水平测流板，水平测流板的中间固定有超声波传感器，超声波传感器与控制器连接，水平测流板的一面上还固定有水平仪，水平测流板一面与U型测流板卡接，U型测流板的两端卡接在水平测流板上，水平测流板上活动连接有第一水位探测仪和第二水位探测仪，第一水位探测仪和第二水位探测仪能够通过滑槽在水平测流板上移动。
本发明的特点还在于：
水平仪的个数为两个，两个水平仪分别固定在水平测流板的两端，两个水平仪的方向相互垂直。
水平测流板的两端均开有方槽，U型测流板的两端分别卡接在方槽内。
超声波传感器固定在两个方槽的中间位置。
滑槽开在水平测流板侧面上，滑槽上设置有滑动件，第一水位探测仪和第二水位探测仪均设置在对应的滑动件上。
第一水位探测仪和第二水位探测仪均穿过对应的滑动件并通过固定部件固定。
本发明的另一种技术方案是：一种高精度渠道过流断面面积测量方法，具体步骤为：
首先，将U型测流板底部放置至于渠道断面边缘重合，之后根据两个水平仪，调平调节U型测流板在方槽内的位置，直至两个水平仪均气泡居中；将第一水位探测仪和第二水位探测仪分别调节至渠道断面两端；
之后，利用第一水位探测仪和第二水位探测仪算出瞬时水面左右两端点距水平测流板的距离H1、H2输入至控制器，以及超声波传感器测得U型测流板底端至水平测流板的距离H传入至控制器，则测流断面被分割成两个扇形，经控制器计算获得过水断面的面积，计算公式如下：
Figure BDA0003303616260000031
其中：A为过水断面面积，H为超声波传感器测量到的水平测流板下表面与U型测流板底端的垂直距离，H1为第一水位探测仪所测的过水断面液面最左侧点距水平测流板下板面的垂直距离，H2为第二水位探测仪所测的过水断面液面最右侧点距水平测流板下板面的垂直距离，L1为第一水位探测仪水平测流板中心轴的水平距离，L2为第二水位探测仪距水平测流板中心轴的水平距离。
本发明的有益效果是：
高精度渠道过流断面面积测量装置结构简单，操作方便，成本较低，且测量精度高，不受U型明渠渠底淤积、断面破坏等影响，能够较为精准的测量出过水断面的面积，配合流速仪，进一步可以得到断面流量，大大提高断面测流的精度，因此具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明一种高精度渠道过流断面面积测量装置的结构图。
图中：1.第一水位探测仪，2.第二水位探测仪，3.滑动件，4.固定部件，5.水平测流板，6.超声波传感器，7.控制器，8.水平仪，9.滑槽，10.U型测流板。
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。
本发明一种高精度渠道过流断面面积测量装置，如图1，包括水平测流板5，水平测流板5的中间固定有超声波传感器6，超声波传感器6与控制器7连接，水平测流板5的一面上还固定有水平仪8，水平测流板5一面与U型测流板10卡接，U型测流板10的两端卡接在水平测流板5上，水平测流板5上活动连接有第一水位探测仪1和第二水位探测仪2，第一水位探测仪1和第二水位探测仪2能够通过滑槽9在水平测流板5上移动。
水平仪8的个数为两个，两个水平仪8分别固定在水平测流板5的两端，两个水平仪8的方向相互垂直。
水平测流板5的两端均开有方槽，U型测流板10的两端分别卡接在方槽内。
超声波传感器6固定在两个方槽的中间位置。
滑槽9开在水平测流板5侧面上，滑槽9上设置有滑动件3，第一水位探测仪1和第二水位探测仪2均设置在对应的滑动件3上。
第一水位探测仪1和第二水位探测仪2均穿过对应的滑动件3并通过固定部件4固定。
本发明的另一种技术方案一种高精度渠道过流断面面积测量方法，具体步骤为：
首先，将U型测流板10底部放置至于渠道断面边缘重合，之后根据两个水平仪8，调平调节U型测流板10在方槽内的位置，直至两个水平仪8均气泡居中；将第一水位探测仪1和第二水位探测仪2分别调节至渠道断面两端；
之后，利用第一水位探测仪1和第二水位探测仪2算出瞬时水面左右两端点距水平测流板的距离H1、H2输入至控制器7，以及超声波传感器测得U型测流板底端至水平测流板的距离H传入至控制器7，则测流断面被分割成两个扇形，经控制器7计算获得过水断面的面积，计算公式如下：
Figure BDA0003303616260000051
其中：A为过水断面面积，H为超声波传感器6测量到的水平测流板5下表面与U型测流板10底端的垂直距离，H1为第一水位探测仪1所测的过水断面液面最左侧点距水平测流板5下板面的垂直距离，H2为第二水位探测仪2所测的过水断面液面最右侧点距水平测流板5下板面的垂直距离，L1为第一水位探测仪1水平测流板5中心轴的水平距离，L2为第二水位探测仪2距水平测流板5中心轴的水平距离。

Claims (7)

1.一种高精度渠道过流断面面积测量装置，其特征在于，包括水平测流板(5)，所述水平测流板(5)的中间固定有超声波传感器(6)，所述超声波传感器(6)与控制器(7)连接，所述水平测流板(5)的一面上还固定有水平仪(8)，所述水平测流板(5)一面与U型测流板(10)卡接，所述U型测流板(10)的两端卡接在水平测流板(5)上，所述水平测流板(5)上活动连接有第一水位探测仪(1)和第二水位探测仪(2)，所述第一水位探测仪(1)和第二水位探测仪(2)能够通过滑槽(9)在水平测流板(5)上移动，具体测量方法为：
首先，将U型测流板(10)底部放置至于渠道断面边缘重合，之后根据两个水平仪(8)，调平调节U型测流板(10)在方槽内的位置；将第一水位探测仪(1)和第二水位探测仪(2)分别调节至渠道断面两端；
之后，利用第一水位探测仪(1)和第二水位探测仪(2)算出瞬时水面左右两端点距水平测流板的距离H1、H2输入至控制器(7)，以及超声波传感器测得U型测流板底端至水平测流板的距离H传入至控制器(7)，则测流断面被分割成两个扇形，经控制器(7)计算获得过水断面的面积，计算公式如下：
Figure FDA0003556939590000011
其中：A为过水断面面积，H为超声波传感器(6)测量到的水平测流板(5)下表面与U型测流板(10)底端的垂直距离，H1为第一水位探测仪(1)所测的过水断面液面最左侧点距水平测流板(5)下板面的垂直距离，H2为第二水位探测仪(2)所测的过水断面液面最右侧点距水平测流板(5)下板面的垂直距离，L1为第一水位探测仪(1)距水平测流板(5)中心轴的水平距离，L2为第二水位探测仪(2)距水平测流板(5)中心轴的水平距离。
2.如权利要求1所述的一种高精度渠道过流断面面积测量装置，其特征在于，所述水平仪(8)的个数为两个，两个所述水平仪(8)分别固定在水平测流板(5)的两端，两个所述水平仪(8)的方向相互垂直。
3.如权利要求1所述的一种高精度渠道过流断面面积测量装置，其特征在于，所述水平测流板(5)的两端均开有方槽，所述U型测流板(10)的两端分别卡接在方槽内。
4.如权利要求3所述的一种高精度渠道过流断面面积测量装置，其特征在于，所述超声波传感器(6)固定在两个方槽的中间位置。
5.如权利要求1所述的一种高精度渠道过流断面面积测量装置，其特征在于，所述滑槽(9)开在水平测流板(5)侧面上，所述滑槽(9)上设置有滑动件(3)，所述第一水位探测仪(1)和第二水位探测仪(2)均设置在对应的滑动件(3)上。
6.如权利要求5所述的一种高精度渠道过流断面面积测量装置，其特征在于，所述第一水位探测仪(1)和第二水位探测仪(2)均穿过对应的滑动件(3)并通过固定部件(4)固定。
7.一种高精度渠道过流断面面积测量方法，其特征在于，采用如权利要求6所述的一种高精度渠道过流断面面积测量装置，具体步骤为：
首先，将U型测流板(10)底部放置至于渠道断面边缘重合，之后根据两个水平仪(8)，调平调节U型测流板(10)在方槽内的位置，直至两个水平仪(8)均气泡居中；将第一水位探测仪(1)和第二水位探测仪(2)分别调节至渠道断面两端；
之后，利用第一水位探测仪(1)和第二水位探测仪(2)算出瞬时水面左右两端点距水平测流板的距离H1、H2输入至控制器(7)，以及超声波传感器测得U型测流板底端至水平测流板的距离H传入至控制器(7)，则测流断面被分割成两个扇形，经控制器(7)计算获得过水断面的面积，计算公式如下：
Figure FDA0003556939590000031
其中：A为过水断面面积，H为超声波传感器(6)测量到的水平测流板(5)下表面与U型测流板(10)底端的垂直距离，H1为第一水位探测仪(1)所测的过水断面液面最左侧点距水平测流板(5)下板面的垂直距离，H2为第二水位探测仪(2)所测的过水断面液面最右侧点距水平测流板(5)下板面的垂直距离，L1为第一水位探测仪(1)距水平测流板(5)中心轴的水平距离，L2为第二水位探测仪(2)距水平测流板(5)中心轴的水平距离。
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