CN117889933B - 一种天然河道水位监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及液面高度检测技术领域，具体提供了一种天然河道水位监测装置，包括第一气管和第二气管，第一气管和第二气管之间设置有阀门组件，还设置有第一气泵和第二气泵，刚开始工作时，第二气泵的泵气速率快，能够快速的将两个气管内充满气体，缩短不必要的时间，双气管内充满气体后压力逐渐增大后，阀门组件将第一气泵和第二气泵分隔开，第一气泵的泵气速度缓慢，第一气管内的气压平稳，使得气压计监测的结果更加精确。同时设置有第一排气阀门和第二排气阀门，工作完毕后，第一排气阀和第二排气阀打开排出气体，使得气压计复位，避免气压计一直处于高压状态而产生疲劳损耗。
Description
技术领域
本发明涉及液面高度检测技术领域，特别是涉及一种天然河道水位监测装置。
背景技术
水位监测装置实时监测河流、河道或其他水域的水位变化。这些设备对于防洪管理、水资源管理、环境监测以及气象和水文研究等方面都至关重要。
常用的水位计有接触式、气泡式和浮标式等等，气泡式水位计在水位检测完毕后由于气管内的气体不及时排出会造成内部的压力计长时间处于工作状态，容易产生疲劳损耗，也就是压力计长时间处于高压状态时，压力计的测量会出现误差，导致水位测量不准确；同时，在气泡式水位计开始工作时需要在气管内通入大量的气体，若气泵的功率过高会导致气泵处的气压和气水分界面的气压差值过大导致测量结果误差较大，若气泵的功率过小又会导致完成一次检测所需要的泵气时间过长，影响水位检测的效率。
发明内容
基于此，有必要针对目前的气泡式水位计内部的压力计容易产生疲劳损耗，且气泵压力过大或过小影响水位检测的效率和精确度的问题，提供一种天然河道水位监测装置。
上述目的通过下述技术方案实现：
一种天然河道水位监测装置，包括：
第一气管，所述第一气管的一端伸入河道中，且该端上开设有气泡孔，所述第一气管的另一端上设置有气压计；
第二气管，所述第二气管的下端与所述第一气管的下端之间连通，连通处设置有阀门组件，所述阀门组件配置为所述气泡孔封堵时，第一气管与所述第二气管连通，所述气泡孔打开时，所述第一气管与所述第二气管相互隔绝；
所述第一气管内的气压增大速度小于所述第二气管内的气压增大速度。
进一步的，所述阀门组件包括第一阀门和第二阀门，所述第一阀门和所述第二阀门之间铰接有连杆，所述第一阀门设置在所述气泡孔上，所述第一气管和所述第二气管的连通处为锥形通孔，所述第二阀门设置在所述锥形通孔上，所述第一阀门封堵或打开所述气泡孔时，所述第二阀门打开或封堵所述锥形通孔。
进一步的，所述第一气管底部设置有弹性件，所述弹性件抵接所述第一阀门，使得第一阀门封堵所述气泡孔或使得所述第一阀门具有封堵所述气泡孔的趋势，所述第一气管内的气压大于所述弹性件和液体对所述第一阀门的压力时，所述第一阀门打开所述气泡孔。
进一步的，所述弹性件为压簧。
进一步的，所述第一气管和所述第二气管的上端连通，连通处设置有隔板，隔板上开设有微孔。
进一步的，所述第一气管上设置有第一气泵，所述第二气管上设置有第二气泵，所述第一气泵的功率小于所述第二气泵的功率。
进一步的，所述第一气管的上端设置有第一通气阀门，所述第二气管的上端设置有第二通气阀门，工作完毕后，所述第二通气阀门先打开，所述第二气管内先恢复大气压推动所述第二阀门带动所述第一阀门封堵所述气泡孔，所述第一通气阀门后打开，所述第一气管内恢复大气压。
进一步的，所述第一气管的上端连通有连接管，所述气压计位于所述连接管上。
进一步的，所述天然河道水位监测装置还包括固定架，所述固定架将所述第一气管和第二气管的下端固定在液面以下。
进一步的，所述天然河道水位监测装置还包括控制箱，所述控制箱用于控制第一气泵、第二气泵、第一通气阀门和第二通气阀门的启闭顺序。
本发明的有益效果是：
本发明通过设置双气泵、双气管和阀门组件，在天然河道水位监测装置刚开始工作时，第二气泵的功率高，泵气速率快，能够快速的将双气管内充满气体，缩短不必要的时间，双气管内充满气体后压力逐渐增大后，阀门组件将第一气泵和第二气泵分隔开，第一气泵的功率低，泵气速度缓慢，气压计在第一气管内，因此第一气管内的气压平稳，使得气压计监测的结果更加精确。同时在第一气管上设置第一排气阀门，第二气管上设置有第二排气阀门，天然河道水位监测装置工作完毕后，第一排气阀和第二排气阀打开排出第一气管和第二气管内的气体，使得气压计复位，避免气压计一直处于高压状态而产生疲劳损耗。
本发明通过先打开第二通气阀门，使得第二阀门带第一阀门将气泡孔封堵，从而避免打开第一通气阀门时，有液体进入到第一气管内从而影响气压计的正常工作。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的天然河道水位监测装置的结构示意图；
图2为图1中一实施例提供的天然河道水位监测装置的主视图；
图3为图1中一实施例提供的天然河道水位监测装置的俯视图；
图4为图3中一实施例提供的天然河道水位监测装置沿A-A的剖视图；
图5为图4中一实施例提供的天然河道水位监测装置B部分的局部放大图；
图6为图4中一实施例提供的天然河道水位监测装置B部分另一状态的局部放大图；
图7为图4中一实施例提供的天然河道水位监测装置另一角度的B部分的局部放大图；
图8为本发明另一实施例提供的天然河道水位监测装置A-A的剖视图；
图9为图8中C部分的局部放大图。
其中：
100、第一气管；110、第一气泵；120、第一阀门；130、气泡孔；140、弹性件；150、气压计；160、连接管；
200、第二气管；210、第二气泵；220、第二阀门；230、锥形通孔；240、连杆；250、引导块；
300、隔板；310、微孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面参照图1-图9来描述本申请提供的一种天然河道水位监测装置。
一种天然河道水位监测装置，适用于水位高度的监测，包括第一气管100，第一气管100的一端伸入河道中，且在河道中设置支架（图中未示出），支架将第一气管100的一端固定在河道中，并且将高度固定，且该端上开设有气泡孔130，第一气管100的另一端上设置有气压计150，气压计150能够感应到第一气管100内的气压。第一气管100上设置有第二气管200，第一气管100的上端和第二气管200的上端相互隔绝，第二气管200的下端与第一气管100的下端之间连通，具体通过一个锥形通孔230连通，锥形通孔230处设置有阀门组件，初始状态时，阀门组件配置为气泡孔130被封堵，第一气管100和第二气管200之间连通，第二气管200内的气压增加速度大于第一气管100内的气压增加速度，因此，第二气管200内迅速充满气体后会进入到第一气管100内将第一气管100迅速充满气体，缩短了往第一气管100和第二气管200内泵入气体的速度，提高了检测水位高度的效率。
当第一气管100和第二气管200内的气体充满后气压逐渐增加，第一气管100底部的气泡孔130被打开，气泡孔130被打开后，阀门组件将第一气管100和第二气管200之间的连接处封堵，此时第二气管200内的气压增加不影响第一气管100内的气压增加，由于第一气管100内的气压增加速度缓慢，所以第一气管100底部的气泡孔130排出气泡的速度缓慢且更加稳定，使得第一气管100底部和第一气管100内的气压计150处的气体压强几乎相同，进而使得气压计150检测的气压值更加精确，从而使得换算出的河道水位高度更加精确，提高了检测的精度。
具体的，阀门组件包括第一阀门120和第二阀门220，第一阀门120设置在气泡孔130上，第二阀门220设置在第一气管100和第二气管200的之间的锥形通孔230上，第一阀门120和第二阀门220之间铰接有连杆240，连杆240的作用使得第一阀门120和第二阀门220同步移动，初始状态时，第一阀门120封堵气泡孔130，而第二阀门220则未将第一气管100和第二气管200的锥形通孔230封堵，第二阀门220的直径略大于锥形通孔230的小端，当第二阀门220远离锥形通孔230的小端时，第二阀门220的外周与锥形通孔230内周之间具有间隔，从而连通第一气管100和第二气管200，具体状态如图7所示。当第二气管200和第一气管100内的气体充满并打开第一阀门120后，第一阀门120带动第二阀门220封堵第一气管100和第二气管200之间的锥形通孔230，第一阀门120向下移动拉动第二阀门220向右移动，锥形通孔230内设置有引导块250，引导块250有四个均匀分布在锥形通孔230内周面上，引导块250与第二阀门220滑动接触，第二阀门220在引导块250的引导下沿着锥形通孔230左右移动。此时，第一气管100和第二气管200不再连通，由于第二气管200内的气压增加速度大于第一气管100内的气压增加速度，所以第二气管200内的气压要大于第一气管100内的气压，第二阀门220两侧存在压力差，使得第二阀门220被紧紧关闭，具体状态如图6所示。
具体的，第一阀门120下方设置有弹性件140，弹性件140的一端与第一阀门120连接，弹性件140的另一端与第一气管100的底部连接，如图5所示，初始状态时，弹性件140处于原长，弹性件140的长度刚好使得第一阀门120将气泡孔130封堵，而第二阀门220则打开锥形通孔230，第二阀门220和第一阀门120之间的连杆240与水平面的夹角较小，使得第二气管200内的气体经过锥形通孔230内的第二阀门220时，不影响第一阀门120。如图6所示，当第一气管100内的气压克服弹性件140的弹力和液体的压力后将第一阀门120推开，弹性件140被压缩，此时第一阀门120通过连杆240拉动第二阀门220，第二阀门220也在两侧压差的情况下紧紧贴在第一气管100和第二气管200的锥形通孔230的小端处，连杆240的状态接近于竖直状态，第二阀门220紧紧的封堵在第一气管100和第二气管200的连接处，且通过连杆240将第一阀门120的位置固定，使得第一气管100内气压稳定避免出现波动。
需要说明的是，本实施例中的弹性件140为压簧。
具体的，第一气管100上设置有第一气泵110，第一气泵110向第一气管100内泵气，第二气管200上设置有第二气泵210，第二气泵210向第二气管200内泵入气体，第一气泵110的功率小于第二气泵210的功率，使得第二气管200内的气体迅速充满，第二气管200充满后，第二气泵210入的气体进入第二气管200内，迅速将第二气管200内充满气体，第一气泵110也在工作，当第一气管100内的气压超过外界液体压力以及弹性件140的弹力后将气泡孔130打开，气泡孔130打开后，第一气管100和第二气管200之间的锥形通孔230被第二阀门220封堵，并且由于第二气泵210的泵气速度大于第一气泵110的泵气速度，因此使得第二阀门220左右两侧产生压力差进而紧紧的密封第一气管100和第二气管200之间的锥形通孔230。
第一气管100上开设有第一通气阀门，第一通气阀门位于第一气泵110处，第一通气阀门打开后能够排出第一气管100内多余的气体从而恢复常压状态，第二气管200上开设有第二通气阀门，第二通气阀门位于第二气泵210处，第二通气阀门打开后将第二气管200内的多余的气体排出从而恢复常压状态。测量工作结束后，需要将第一气管100和第二气管200内的多余的气体排出，避免第一气管100一直处于高压状态从而使得气压计150始终受到作用力，若气压计150一直受到作用力，久而久之就会导致测量结果不准确，需要重新校准气压计150。
能够理解的是，第一气管100内恢复常压后，气压计150便复位，从而不会受到作用力，当检测工作开始时，气压计150再工作，从而避免上述情况。
本实施例中，先打开第二通气阀门，使得第二气管200内的气体先排出，排出气体后，第二气管200内的气压恢复至常压，此时第一气管100内的气压大于第二气管200内的气压，第二阀门220两侧的压力差发生变化，第二阀门220在第一气管100内的气体的作用下向左侧移动进而打开第一气管100和第二气管200之间的连通，第二阀门220通过连杆240带动第一阀门120向上移动，第一阀门120将气泡孔130封堵。再打开第一通气阀门使得第一气管100内的气体排出。
通过先排出第二气管200内的气体使得第二阀门220带动第一阀门120封堵气泡孔130，从而避免第一气管100内进水，能够有效提高气压计150的使用寿命。
需要说明的是，若第一气管100内进水，第一气管100内的水汽会附着在气压计150的表面，一方面会影响气压计150的测量精度，另一方面将会降低气压计150的使用寿命，气压计150内部进水后容易损坏气压计150。
在本发明的另一个实施例中，如图8和图9所示，第一气管100的上端和第二气管200的上端连接，且连接处的右侧设置有隔板300，即隔板300位于第一气管100内，隔板300上开设有微孔310，本实施例中的气泵（图中未示出）只有一个，气泵连接在第一气管100的端部，具体连接在第一气管100和第二气管200连接处的最左侧，如图8所示，而第一通气阀门和第二通气阀门的开设位置与上个实施例中的开设位置相同。气泵泵入气体，由于隔板300上的微孔310设置，使得气体通过隔板300较为困难，而隔板300的左侧则是第二气管200的管口，管口上并未设置阻碍气体流通的结构，因此气体很容易通过第二气管200管口进入到第二气管200内，气体先进入第二气管200内后，一部分气体会通过隔板300上的微孔310进入到第一气管100内，由于微孔310的尺寸很小，通入第一气管100的速度较慢，第二气管200内的气压增加速度快于第一气管100内的气压增加速度，第二气管200内的气体迅速充满，随后第一气管100内的气体也迅速充满，当第一气管100内的气压大于外界液体的压力以及弹性件140的弹力后将第一阀门120推开，第一阀门120推开后带动第二阀门220将第一气管100和第二气管200的连接处封堵，第二气管200内的气压逐渐大于第一气管100内的气压，第二阀门220两侧的压强差使得第二阀门220紧紧的将第一气管100和第二气管200之间的锥形通孔230密封，防止泄漏。
在进一步的实施例中，第一气管100上连通有连接管160，连接管160的下端连接第一气管100，气压计150连接在连接管160的上端，气压计150用于检测连接管160内的气压，由于连接管160和第一气管100连通，因此第一气管100内的气压与连接管160内的气压相同，气压计150也就能够检测第一气管100内的气压，第一气管100内的气压处处相同，从而检测出气泡从气泡孔130排出时气泡受到的压力，再通过一系列换算从而计算出液面高度。
需要说明的是，本实施例中的第一阀门120和第二阀门220的联动不仅仅局限于上述的连杆240，完全也可以采用电控。本实施例中的连杆240结构为机械连接结构，相较于电控来说，损坏的概率较低，且损坏的维修成本也低，当然，其它结构也可以，实现第一阀门120封堵气泡孔130时，第二阀门220打开第一气管100和第二气管200之间的连通；第一阀门120打开气泡孔130时，第二阀门220将第一气管100和第二气管200封堵即可，在此不做具体限定。
在进一步的实施例中，天然河道水位监测装置还包括控制箱（图中未示出），控制箱设置在岸边，控制箱内设置有计算机程序，用于控制第一气泵110、第二气泵210、第一通气阀门和第二通气阀门启闭顺序以完成上述实施例中的各个结构之间的配合。
下面结合上述实施例来描述本申请提供的一种天然河道水位监测装置的具体工作过程：
将第一气管100和第二气管200的下端通过固定架固定在河道中，且固定的高度已知。初始状态时，第一阀门120将气泡孔130封堵，而第二阀门220打开第一气管100和第二气管200之间的锥形通孔230。
启动：
控制箱内的计算机程序控制启动第一气泵110和第二气泵210，第一气泵110和第二气泵210同时向第一气管100和第二气管200内泵气，由于第一气泵110的功率小于第二气泵210的功率，因此第二气管200内的气体先迅速充满，随后第二气管200内的气体通过锥形通孔230进入到第一气管100内，将第一气管100也迅速充满，缩短检测的时间。第一气管100内的气压逐渐升高，当第一气管100内的气压超过弹性件140和液体压力对第一阀门120的作用力之和后，第一阀门120被推开，第一阀门120带动第二阀门220移动，第二阀门220将第一气管100和第二气管200之间的锥形通孔230封堵，由于第二气泵210的泵气速度大于第一气泵110的泵气速度，因此，第二阀门220封堵后，第二气管200内的气压瞬间就大于第一气管100内的气压，第二阀门220两侧存在压力差使得第二阀门220将第一气管100和第二气管200之间的锥形通孔230紧紧封堵，从而避免泄漏。同时，第一气泵110缓慢泵气，减少第一气管100内的气压波动，使得第一气管100内的气压处处相等，从而使得气压计150检测的气压更加准确，从而换算出的水位高度更加精确。
排气：
当气压计150检测结束后，控制箱内的计算机程序控制第二通气阀门先打开，第二气管200内的气体排出从而恢复正常状态，此时的第一气管100内的气压大于第二气管200内的气压，第二阀门220在压力差的作用下，第二阀门220向左移动，变化状态如图6到图5所示，第二阀门220带动第一阀门120将气泡孔130封堵，从而避免第一通气阀打开后，液体进入到第一气管100内。而后打开第一通气阀门，第一通气阀门打开后，第一气管100内的气体排出，第一气管100内的气压恢复至常压状态，气压计150复位，从而避免气压计150一直处于工作状态而导致的测量精度下降。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (1)
1.一种天然河道水位监测装置，其特征在于，包括：
第一气管，所述第一气管的一端伸入河道中，且该端上开设有气泡孔，所述第一气管的另一端上设置有气压计；
第二气管，所述第二气管的下端与所述第一气管的下端之间连通，连通处设置有阀门组件，所述阀门组件配置为所述气泡孔封堵时，第一气管与所述第二气管连通，所述气泡孔打开时，所述第一气管与所述第二气管相互隔绝；
所述第一气管内的气压增大速度小于所述第二气管内的气压增大速度，所述阀门组件包括第一阀门和第二阀门，所述第一阀门和所述第二阀门之间铰接有连杆，所述第一阀门设置在所述气泡孔上，所述第一气管和所述第二气管的连通处为锥形通孔，所述第二阀门设置在所述锥形通孔上，所述第一阀门封堵或打开所述气泡孔时，所述第二阀门打开或封堵所述锥形通孔，所述第一气管底部设置有弹性件，所述弹性件抵接所述第一阀门，使得第一阀门封堵所述气泡孔或使得所述第一阀门具有封堵所述气泡孔的趋势，所述第一气管内的气压大于所述弹性件和液体对所述第一阀门的压力时，所述第一阀门打开所述气泡孔，所述第一气管上设置有第一气泵，所述第二气管上设置有第二气泵，所述第一气泵的功率小于所述第二气泵的功率，所述第一气管的上端设置有第一通气阀门，所述第二气管的上端设置有第二通气阀门，工作完毕后，所述第二通气阀门先打开，所述第二气管内先恢复大气压推动所述第二阀门带动所述第一阀门封堵所述气泡孔，所述第一通气阀门后打开，所述第一气管内恢复大气压；在天然河道水位监测装置刚开始工作时，第二气泵的功率高，泵气速率快，能够快速的将双气管内充满气体，双气管内充满气体后压力逐渐增大后，阀门组件将第一气泵和第二气泵分隔开，第一气泵的功率低，泵气速度缓慢，气压计在第一气管内，第一气管内的气压平稳，使得气压计监测的结果更加精确，所述弹性件为压簧，所述第一气管和所述第二气管的上端连通，连通处设置有隔板，隔板上开设有微孔，所述第一气管的上端连通有连接管，所述气压计位于所述连接管上，所述天然河道水位监测装置还包括固定架，所述固定架将所述第一气管和第二气管的下端固定在液面以下，所述天然河道水位监测装置还包括控制箱，所述控制箱用于控制第一气泵、第二气泵、第一通气阀门和第二通气阀门的启闭顺序。
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