CN116818053A - 测控闸门测流精度的测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种测控闸门测流精度的测试系统及其测试方法，属于测控闸门测流精度测试技术领域。该测试系统的河渠模拟通道包括相连的第一段和第二段；测控闸门包括控制闸门和流量测箱，控制闸门和流量测箱均设置于第一段；注水机构设置于第二段；第一水位传感器，第一水位传感器设置于第二段，第一水位传感器用于测量第二段的水位；扰流设备设置于第二段，扰流设备朝向流量测箱，扰流设备用于对河渠模拟通道中的水流进行扰动；测控闸门、注水机构、第一水位传感器和扰流设备均与控制机构电连接，控制机构可根据第一水位传感器测得的值控制注水机构的注水量。上述方案能够解决在灌溉渠道上安装测控闸门之后无法得到准确的测量数据的问题。

Description

测控闸门测流精度的测试系统及其测试方法

技术领域

本申请属于测控闸门测流精度测试技术领域，具体涉及一种测控闸门测流精度的测试系统及其测试方法。

背景技术

箱涵式测控一体化闸门是一种新型测控设备，与常规量测水方式相比，其配套的信息通信系统﹑水量调配管理软件进一步实现了闸门远程监控﹑定量供水、自动测水、优化配置水资源的目标，大幅度提高了量测水设施管理水平。

根据灌溉渠道量水规范，箱涵式测控一体化闸门应布设在渠道顺直、断面规则、渠床稳固和水流平顺处。箱涵式测控一体化闸门是基于闸孔出流原理进行设计的，误差的允许范围也是在理论条件下得到的。但在应用中因灌区工况条件复杂，其测量精度受进水口流态、水位等因素影响显著，从而导致箱涵式测控一体化闸门的实际测量精度超出误差的允许范围，这就造成在灌溉渠道上安装箱涵式测控一体化闸门之后无法得到准确的测量数据。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种测控闸门测流精度的测试系统及其测试方法，能够解决在灌溉渠道上安装测控闸门之后无法得到准确的测量数据的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种测控闸门测流精度的测试系统，该测试系统包括：

河渠模拟通道，所述河渠模拟通道包括相连的第一段和第二段，所述第一段的宽度小于所述第二段；

测控闸门，所述测控闸门包括控制闸门和流量测箱，所述控制闸门和流量测箱均设置于所述第一段；

注水机构，所述注水机构设置于所述第二段；

第一水位传感器，所述第一水位传感器设置于所述第二段，所述第一水位传感器用于测量所述第二段的水位；

扰流设备，所述扰流设备设置于所述第二段，所述扰流设备朝向所述流量测箱，所述扰流设备用于对所述河渠模拟通道中的水流进行扰动；

控制机构，所述测控闸门、所述注水机构、所述第一水位传感器和所述扰流设备均与所述控制机构电连接，所述控制机构可根据所述第一水位传感器测得的值控制所述注水机构的注水量。

在本申请实施例中，通过第一水位传感器和注水机构可以控制河渠模拟通道中的水位，通过扰流设备可以对河渠模拟通道中的水流进行扰动，从而可以实现对测控闸门在不同水位、不同水流流态工况环境下的一种或多种组合的测试，有利于测试测控闸门在一种或多种组合工况环境下的测流精度，从而安装测流精度高的测控闸门在灌溉渠道上，进而有利于得到准确的测量数据。

第二方面，本申请实施例提供了一种测控闸门测流精度的测试方法，该测试方法包括：

对流过所述流量测箱的水流量进行测量，以获取第一流量数据；

比较所述第一流量数据与标准数据，以获得第一判断值；

计量流过所述测控闸门的水流量，以获取第二流量数据；

比较所述第二流量数据与所述标准数据，以获得第二判断值；

如果所述第一判断值和所述第二判断值均在规定范围之内，则判断所述测控闸门测流精度符合要求。

在本申请实施例中，对流过流量测箱的水流量进行测量，以获取第一流量数据；比较第一流量数据与标准数据，以获得第一判断值；计量流过测控闸门的水流量，以获取第二流量数据；比较第二流量数据与标准数据，以获得第二判断值；如果第一判断值和第二判断值均在规定范围之内，则判断测控闸门测流精度符合要求。通过上述方法可以在安装测控闸门之前对测控闸门的测量精度进行测试，如果测量精度在误差允许范围之内，则在灌溉渠道上安装测控闸门之后能够得到准确的测量数据。

附图说明

图1为本申请实施例公开的测控闸门测流精度的测试系统的结构示意图；

图2至图14为测试测控闸门在不同工况环境下的测流精度示意图；

图15至图16为本申请实施例公开的扰流设备的结构示意图；

图17至图18为本申请实施例公开的测控闸门和调节通道的结构示意图；

图19为本申请实施例公开的测控闸门测流精度的测试方法的流程图。

附图标记说明：

100-河渠模拟通道、110-第一段、120-第二段；

200-测控闸门、210-控制闸门、220-流量测箱、230-闸门框体；

300-注水机构、310-注水管、320-注水泵；

400-第一水位传感器；

500-扰流设备、510-设备支架、520-驱动机构、530-传动机构、531-传动轴、532-支撑座、533-保护壳体、540-扰流扇叶、550-减速机构；

600-控制机构；

700-调节通道、710-第一支撑件、711-第一凹槽、720-第二支撑件、721-第二凹槽、730-导流板、731-板体、732-铰链；

800-遮挡机构、810-滑板；

900-第二水位传感器。

实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的测控闸门测流精度的测试系统进行详细地说明。

闸门前水位、水流流态、闸门开启程度、拦污栅设置、出口衔接段、水流流速等均是影响箱涵式测控一体化闸门测量精度的重要因素。

如图1至图14所示，本申请实施例提供了一种测控闸门测流精度的测试系统，测试系统可以包括河渠模拟通道100、测控闸门200、注水机构300、第一水位传感器400、扰流设备500和控制机构600。该测控闸门测流精度的测试系统可以适用于不同类型、不同规格的测控闸门。

河渠模拟通道100用于模拟河流或者渠道等水流通道的结构，河渠模拟通道100可以包括相连的第一段110和第二段120，第一段110的宽度小于第二段120，且第一段110沿背离第二段120的方向延伸。

测控闸门200可以包括控制闸门210、流量测箱220和闸门框体230，控制闸门210、流量测箱220和闸门框体230均设置于第一段110。控制闸门210与闸门框体230滑动配合，流量测箱220设置于测控闸门200的水流入口处，并与闸门框体230相连，流量测箱220内设有测量单元，测量单元用于测量流过流量测箱220的水流量，即流过测控闸门200的水流量。测量单元可以为超声波时差法流速仪，超声波时差法流速仪可以包括超声波传感器。水流进入流量测箱220会产生旋涡，不同工况环境下漩涡的强度、频率、漩涡半径、持续时间等各不相同。当流量测箱220为非淹没状态，漩涡多为表面凹陷涡，对测量精度影响不显著；当测箱为淹没状态时，且淹没水深大于20cm后，旋涡强度随淹没深度增加而减弱，当淹没深度小于20cm时，旋涡强度最大，出现贯通式旋涡强度频率明显增大，此时测控闸门200的测量误差显著增大。

注水机构300设置于第二段120，注水机构300可以包括注水管310和注水泵320，注水管310设置于第二段120，注水泵320设置于注水管310，注水泵320的数量为多个，多个注水泵320间隔设置于注水管310。

第一水位传感器400设置于第二段120，第一水位传感器400用于测量第二段120的水位。第一水位传感器400可以是超声波水位计。

扰流设备500设置于第二段120，扰流设备500朝向流量测箱220，扰流设备500用于对河渠模拟通道100中的水流进行扰动。扰流设备500的位置可以根据不同工况环境随时进行调整，即可以设置于第二段120的不同位置处，以模拟不同工况环境下的水流流态。

测控闸门200、注水机构300、第一水位传感器400和扰流设备500均与控制机构600电连接，控制机构600可根据第一水位传感器400测得的值控制注水机构300的注水量。

在本申请实施例中，通过第一水位传感器400和注水机构300可以控制河渠模拟通道100中的水位，通过扰流设备500可以对河渠模拟通道100中的水流进行扰动，从而可以实现对测控闸门200在不同水位、不同水流流态工况环境下的一种或多种组合的测试，有利于测试测控闸门200在一种或多种组合工况环境下的测流精度，从而安装测流精度高的测控闸门200在灌溉渠道上，进而有利于得到准确的测量数据。

流量测箱220进水口流态的对称性是影响旋涡产生的主要因素之一，当进水口流态为非对称流时，流量测箱220内极易出现吸气旋涡，测量误差显著增大，因此，扰流设备500设置于流量测箱220的非对称轴上，可以实现模拟测控闸门测流精度的测试系统模拟影响测控闸门200的主要因素。

如图15和图16所示，扰流设备500可以包括设备支架510、驱动机构520、传动机构530、扰流扇叶540和减速机构550。设备支架510可以为扰流设备500的其他部件提供安装基础，以便于扰流设备500的其他部件的安装。驱动机构520设置于设备支架510，驱动机构520可以包括电机和第一链轮。传动机构530与驱动机构520相连，驱动机构520可以将驱动力传递给传动机构530。传动机构530可以包括传动轴531、支撑座532、传动链、第二链轮和保护壳体533，传动轴531与驱动机构520相连，且所述传动轴531通过支撑座532转动地设置于设备支架510，传动轴531的延伸方向与进入流量测箱220的水流流动方向相同。传动链套设于第一链轮和第二链轮，第二链轮套设于传动轴531。传动链、第一链轮、第二链轮均设置于保护壳体533内，且保护壳体533与设备支架510相连。扰流扇叶540通过传动轴531与驱动机构520相连，在驱动机构520通过传动轴531驱动扰流扇叶540转动的情况下，扰流扇叶540对水流进行扰动。传动轴531带动扰流扇叶540转动可以更大程度地模拟实际工况下的水流流态。减速机构550设置于设备支架510，驱动机构520通过减速机构550通过与传动机构530相连，以控制扰流扇叶540的转速。

驱动机构520通过传动机构530向扰流扇叶540传递驱动力，以使扰流扇叶540在驱动力的作用下进行转动，扰流扇叶540在转动的同时对水流进行扰动。利用本申请实施例中的扰流设备500对水流进行扰动后的状态与实际工况下的水流流态差距较小，有利于准确地判断出在实际工况条件下，水流的流态对测控闸门200的测流精度的影响程度。

控制闸门210的开度是影响测控闸门200测流精度的因素之一，因此，控制机构600可控制控制闸门210的开度。如图2至图4所示，通过控制机构600控制控制闸门210的开度，以实现在控制闸门210的不同开度下测试测控闸门200的测流精度。

实际工况环境下，测控闸门200后的水流通道的长度和宽度不一致，为了测试该因素是否会影响测控闸门200的测流精度，测控闸门测流精度的测试系统还可以包括调节通道700，调节通道700设置于控制闸门210背离流量测箱220的一侧，且调节通道700与控制闸门210相连通，调节通道700可在长度方向和宽度方向上进行调节。通过对调节通道700的长度和宽度进行调整，从而可以测试该因素是否会影响测控闸门200的测流精度。如图5至图9所示，可以实现在测控闸门200后的调节通道700的结构不同的情况下测试测控闸门200的测流精度。

如图17至图18所示，调节通道700可以包括第一支撑件710、第二支撑件720和导流板730。第一支撑件710设有通孔，通孔与流量测箱220连通，且第一支撑件710设有多个第一凹槽711。第二支撑件720与第一支撑件710相连，且第二支撑件720沿背离控制闸门210的方向延伸，第二支撑件720设有多个第二凹槽721，且第二凹槽721与第一凹槽711连通。导流板730可嵌设于第一凹槽711和第二凹槽721，导流板730的数量为两个，两个导流板730相对设置，且两个导流板730和第二支撑件720形成导流槽，导流槽通过通孔与流量测箱220连通。通过改变两个导流板730的位置，即将两个导流板730嵌设于不同的第一凹槽711和第二凹槽721，从而可以改变导流槽的流通面积，进而可以测试导流槽的宽度是否会对测控闸门200的测流精度产生影响。也就是说，可以通过第一凹槽711和第二凹槽721来对导流板730进行限位，当需要改变导流槽宽度时，将导流板730移动到其他的第一凹槽711和第二凹槽721中，从而可以改变导流槽的流通面积。

导流板730可以包括多个板体731，多个板体731可拆卸连接，且多个板体731中至少具有两种不同尺寸的板体731。由于多个板体731之间可以进行拆卸、且板体731的尺寸不同，因此通过不同尺寸的板体731组合可以实现多种长度的导流槽，从而可以测试不同长度的导流槽是否会对测控闸门200测流精度产生影响。导流板730还可以包括铰链732，每相邻两个板体731之间通过铰链732连接。通过铰链732连接板体731，有利于拆卸和安装。此外，在水流长时间的冲击下，板体731容易发生变形，在移动板体731时，不利于板体731的安装，通过铰链732连接板体731可以解决板体731变形的问题，从而更有利于板体731的安装。

实际工况环境下，测控闸门200前容易聚集杂物，为了判断聚集的杂物是否会影响流量测箱220的测量精度，因此测控闸门测流精度的测试系统还可以包括遮挡机构800，遮挡结构设置于第一段110，且遮挡机构800位于流量测箱220的水流入口处。通过设置遮挡机构800可以在判断实际工况环境下，聚集的杂物是否会影响流量测箱220的测量精度。如图10至图14所示，可以在流量测箱220前的遮挡物遮挡程度不同的情况下测试测控闸门200的测流精度。

遮挡机构800可以包括滑轨、滑板810和驱动装置，滑轨与第一段110相连，且滑轨与滑板810滑动配合，滑板810与驱动装置相连，驱动装置与控制机构600相连，控制机构600可控制驱动装置驱动滑板810在滑轨上滑动，以实现滑板810对流量测箱220不同程度的遮挡，从而测试在不同遮挡程度下对测控闸门200的测流精度的影响。驱动装置可以是气缸。

测控闸门测流精度的测试系统还可以包括第二水位传感器900，第二水位传感器900设置于第一段110，且第二水位传感器900位于控制闸门210背离流量测箱220的一侧，第二水位传感器900可用于测量第一段110的水位，以获得流过流量测箱220的水流量。

如图19所示，本申请实施例还提供了一种测控闸门测流精度的测试方法，该测控闸门测流精度的测试方法应用于上述任一项的测控闸门测流精度的测试系统中，其包括对流过流量测箱220的水流量进行测量，以获取第一流量数据；比较第一流量数据与标准数据，以获得第一判断值；计量流过测控闸门200的水流量，以获取第二流量数据；比较第二流量数据与标准数据，以获得第二判断值；如果第一判断值和第二判断值均在规定范围之内，则判断测控闸门200测流精度符合要求。第一判断值可以为第一流量数据与标准数据的比值，第二判断值可以为第二流量数据与标准数据的比值，在此情况下，如果第一判断值和第二判断值均大于第一预设阈值，则判断测控闸门200测流精度符合要求。第一判断值也可以为第一流量数据与标准数据的差值与标准数据的比值，第二判断值也可以为第二流量数据与标准数据的差值与标准数据的比值，在此情况下，如果第一判断值和第二判断值均小于第二预设阈值，则判断测控闸门200测流精度符合要求，本申请实施例对此不作限制。

在本申请实施例中，对流过流量测箱220的水流量进行测量，以获取第一流量数据；比较第一流量数据与标准数据，以获得第一判断值；计量流过测控闸门200的水流量，以获取第二流量数据；比较第二流量数据与标准数据，以获得第二判断值；如果第一判断值和第二判断值均在规定范围之内，则判断测控闸门200测流精度符合要求。通过上述方法可以在安装测控闸门200之前对测控闸门200的测量精度进行测试，如果测量精度在误差允许范围之内，则在灌溉渠道上安装测控闸门200之后能够得到准确的测量数据。

测控闸门测流精度的测试方法还可以包括在获取第一流量数据之前，改变测控闸门200前的水流流态。通过改变测控闸门200前的水流流态，可以判断在不同水流流态下，测控闸门200的测流精度。

测控闸门测流精度的测试方法还可以包括在获取第一流量数据之前，改变测控闸门200前的水流流速。通过改变测控闸门200前的水流流速，可以判断在不同水流流速下，测控闸门200的测流精度。

测控闸门测流精度的测试方法还可以包括在获取第一流量数据之前，改变测控闸门200的开度。通过改变测控闸门200的开度，可以判断在测控闸门200不同开度下，测控闸门200的测流精度。

测控闸门测流精度的测试方法还可以包括在获取第一流量数据之前，改变测控闸门200处的水位。通过改变测控闸门200处的水位，可以判断在不同水位下，测控闸门200的测流精度。

测控闸门测流精度的测试方法还可以包括在获取第一流量数据之前，改变测量单元中的超声波传感器的数量。通过改变测量单元中的超声波传感器的数量，可以判断在超声波传感器的数量不同的情况下，测控闸门200的测流精度。此外，测控闸门测流精度的测试方法还可以包括在获取第一流量数据之前，改变测量单元中的超声波传感器的排列方式。通过改变测量单元中的超声波传感器的排列方式，可以判断在超声波传感器的排列方式不同的情况下，测控闸门200的测流精度。

测控闸门测流精度的测试方法还可以包括在获取第一流量数据之前，在流量测箱220前设置遮挡机构800。通过在流量测箱220前设置遮挡机构800，可以判断在遮挡机构800的干扰下，测控闸门200的测流精度。

测控闸门测流精度的测试方法还可以包括在获取第一流量数据之前，改变导流槽结构。通过改变导流槽结构，可以判断在不同结构的导流槽下，测控闸门200的测流精度。在实际工况条件下，测控闸门200出水口后面的导流槽结构不一，例如导流槽的长度不等、导流槽的宽度不等等。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种测控闸门测流精度的测试系统，其特征在于，包括：

河渠模拟通道（100），所述河渠模拟通道（100）包括相连的第一段（110）和第二段（120），所述第一段（110）的宽度小于所述第二段（120）；

测控闸门（200），所述测控闸门（200）包括控制闸门（210）和流量测箱（220），所述控制闸门（210）和流量测箱（220）均设置于所述第一段（110）；

注水机构（300），所述注水机构（300）设置于所述第二段（120）；

第一水位传感器（400），所述第一水位传感器（400）设置于所述第二段（120），所述第一水位传感器（400）用于测量所述第二段（120）的水位；

扰流设备（500），所述扰流设备（500）设置于所述第二段（120），所述扰流设备（500）朝向所述流量测箱（220），所述扰流设备（500）用于对所述河渠模拟通道（100）中的水流进行扰动；

控制机构（600），所述测控闸门（200）、所述注水机构（300）、所述第一水位传感器（400）和所述扰流设备（500）均与所述控制机构（600）电连接，所述控制机构（600）可根据所述第一水位传感器（400）测得的值控制所述注水机构（300）的注水量。

2.根据权利要求1所述的测控闸门测流精度的测试系统，其特征在于，所述扰流设备（500）设置于所述流量测箱（220）的非对称轴上。

3.根据权利要求1所述的测控闸门测流精度的测试系统，其特征在于，所述扰流设备（500）包括：

设备支架（510）；

驱动机构（520），所述驱动机构（520）设置于所述设备支架（510）；

传动机构（530），所述传动机构（530）包括传动轴（531），所述传动轴（531）与所述驱动机构（520）相连，所述传动轴（531）的延伸方向与进入所述流量测箱（220）的水流流动方向相同；

扰流扇叶（540），所述扰流扇叶（540）通过所述传动轴（531）与所述驱动机构（520）相连，在所述驱动机构（520）通过所述传动轴（531）驱动所述扰流扇叶（540）转动的情况下，所述扰流扇叶（540）对水流进行扰动。

4.根据权利要求1所述的测控闸门测流精度的测试系统，其特征在于，所述控制机构（600）可控制所述控制闸门（210）的开度。

5.根据权利要求1所述的测控闸门测流精度的测试系统，其特征在于，所述测控闸门测流精度的测试系统还包括调节通道（700），所述调节通道（700）设置于所述控制闸门（210）背离所述流量测箱（220）的一侧，且所述调节通道（700）与所述控制闸门（210）相连通，所述调节通道（700）可在长度方向和宽度方向上进行调节。

6.根据权利要求5所述的测控闸门测流精度的测试系统，其特征在于，所述调节通道（700）包括：

第一支撑件（710），所述第一支撑件（710）设有通孔，所述通孔与所述流量测箱（220）连通，且所述第一支撑件（710）设有多个第一凹槽（711）；

第二支撑件（720），所述第二支撑件（720）与所述第一支撑件（710）相连，且所述第二支撑件（720）沿背离所述控制闸门（210）的方向延伸，所述第二支撑件（720）设有多个第二凹槽（721），且所述第二凹槽（721）与所述第一凹槽（711）连通；

导流板（730），所述导流板（730）可嵌设于所述第一凹槽（711）和所述第二凹槽（721），所述导流板（730）的数量为两个，所述两个导流板（730）相对设置，且所述两个导流板（730）和所述第二支撑件（720）形成导流槽，所述导流槽通过所述通孔与所述流量测箱（220）连通。

7.根据权利要求6所述的测控闸门测流精度的测试系统，其特征在于，所述导流板（730）包括多个板体（731），所述多个板体（731）可拆卸连接，且所述多个板体（731）中至少具有两种不同尺寸的板体（731）。

8.根据权利要求1所述的测控闸门测流精度的测试系统，其特征在于，所述测控闸门测流精度的测试系统还包括遮挡机构（800），所述遮挡结构设置于所述第一段（110），且所述遮挡机构（800）位于所述流量测箱（220）的水流入口处。

9.根据权利要求8所述的测控闸门测流精度的测试系统，其特征在于，所述遮挡机构（800）包括滑轨、滑板（810）和驱动装置，所述滑轨与所述第一段（110）相连，且所述滑轨与所述滑板（810）滑动配合，所述滑板（810）与所述驱动装置相连，所述驱动装置与所述控制机构（600）相连，所述控制机构（600）可控制所述驱动装置驱动所述滑板（810）在所述滑轨上滑动。

10.一种测控闸门测流精度的测试方法，应用于权利要求1-9中任一项所述的测控闸门测流精度的测试系统，其特征在于，包括：

对流过所述流量测箱的水流量进行测量，以获取第一流量数据；

比较所述第一流量数据与标准数据，以获得第一判断值；

计量流过所述测控闸门的水流量，以获取第二流量数据；

比较所述第二流量数据与所述标准数据，以获得第二判断值；

如果所述第一判断值和所述第二判断值均在规定范围之内，则判断所述测控闸门测流精度符合要求。