CN210664619U - 一种超声波明渠流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波明渠流量计，一种超声波明渠流量计，其特征在于：包括主控模块、电源模块、数据存储模块，所述主控模块与通讯模块通信连接，所述通讯模块分别与多声道流速检测模块和电子水尺模块通信连接，所述主控模块分别与所述电源模块、数据存储模块、通讯模块通信连接，所述多声道流速检测模块包括超声波换能器和时间转化器，通过流量计装置测量的水深、流速和渠道的横截面积，通过主控模块的计算可以直接测流体的流速，不受下游顶托水的影响，不存在水头损失问题，量水精度大大提升，理论精度可以达到1％，不需要修建量水设施，大大降低工程造价成本。

Description

一种超声波明渠流量计

技术领域

本实用新型涉及自动化技术领域，具体涉及一种超声波明渠流量计。

背景技术

水是生命的起源、是生存的基础，水资源是基础性自然资源和战略性经济资源，是生态环境的控制性要素。贯切落实国家节水行动，全面推进节水型社会建设，提高水资源的利用效率和效益。农业地表灌溉用水是用水大户，提高农业灌溉用水的利用效率是重中之重，提高效率的基础就是准确计量。传统的明渠计量方式，是通过测量量水建筑物的上游(或上、下游)水位并经经验公式或实验曲线换算成流量来实现计量的，缺点需要修建标准的量水建筑物(巴西尔曹、无喉道量水槽等)，施工难度大、造价成本高，基于经验公式或实验曲线受环境制约严重，精度相当低，相当于估算，渠道宽度受限制2m以内，水头损失严重、受下游雍水影响大。随着超声波测量技术发展，超声波测流技术被广泛应用，而速度面积法是明渠流量测量最准确的方法且应用广泛，此次发明结合超声波测流技术和速度面积法，对明渠流量做准确计量，此方法与传统的水位流量关系法相比，采用速度面积法测量时的水位和流速测量范围大、准确度高和稳定性好，也明显好于水位流量关系法，且不需要安装沟槽，大大降低施工成本。

现有的明渠流量计在工作时，超声波水位感应器固定安装在被测量液面上方。探头向水面发射脉冲超声波。声波通过空气到达液面，声波被液面反射成为反射波，探头接收反射波称为回波。探头下边的校正棒也产生反射被探头接收称为校正波。明渠流量计根据发射波与回波、发射波与校正波之间的时差求出探头到液面的距离A。在与水位探头到水位零液位的距离减L，即求出液位高度H(H＝A-L)；

明渠流量计的水位探头安装在量水堰槽水位观测点位置上，测量流经量水堰槽的水位。在明渠流量计安装时，把相应量水堰槽的水位流量关系以数表形式录入明渠流量计数据存储器中。明渠流量计根据测出的水位，用查表法求出对应的流量值。数表中两相邻数值之间的数，用线性插值法求出。即测得渠道流量，如附图1所示；

现有的明渠流量计采用水位流量关系法，是通过测量量水建筑物的上游(或上、下游)水位并经经验公式或实验曲线换算成流量来实现计量的。缺点需要修建标准的量水建筑物(巴西尔曹、无喉道量水槽等)，施工难度大、造价成本高，基于经验公式或实验曲线受环境制约严重，精度相当低，相当于估算；渠道宽度受限制2m以内；水头损失严重、受下游雍水影响大。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种超声波明渠流量计，以解决现有技术明渠计量方式误差大、需要修建量水建筑物、下游雍水影响严重的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种超声波明渠流量计，包括一种超声波明渠流量计，其特征在于：包括主控模块、电源模块、数据存储模块，所述主控模块与通讯模块通信连接，所述通讯模块分别与多声道流速检测模块、电子水尺模块通信连接，所述主控模块分别与所述电源模块、数据存储模块、通讯模块通信连接。

进一步的，所述超声波明渠流量计测流方案采用流速面积法。

进一步的，所述主控模块利用通讯模块的RS485端口通过屏蔽通讯电缆与多声道流速检测模块和电子水尺模块通信连接。

进一步的，在本实用新型中，所述多声道流速检测模块主要由时间转化器和多对超声波换能器组成。

进一步的，所述数据存储模块由4M字节的flash芯片组成，通过SPI总线和主控模块连接，主要负责实时数据和计算数据的存储，负责形成历史数据，以便后期数据的调取及分析提供依据。

进一步的，所述电源模块输出稳定电压的直流电源，提供DC12V、DC5V、DC3.3V三种电压等级，有过载、短路、过流保护。

进一步的，所述通讯模块设置有2路RS485端口和2路RS232端口。

本实用新型所述的一种超声波明渠流量计，其工作原理是：通过多声道流速检测模块设置的多对超声波换能器发出特有频率的声波信号发在流体中，然后利用时间转化器测得声波在流体中运行的时间，测算的数据通过通讯模块发送到主控模块，电子水尺模块采集流体当前水位根据设定的渠道形状和轮廓计算出横截面积，将测算的数据发送到主控模块，主控模块根据测算的数据计算出当前明渠流量。

本实用新型的有益效果是：测流方案采用流速面积法，直接测流体的流速，使用多对超声波换能器，可以将流体分割成好多层次，累加法测得总体流量，相比单声道的精度更高，不受下游顶托水的影响，量水精度大大提升，理论精度可以达到1％，不需要修建量水设施，大大降低工程造价成本，不存在水头损失问题。

附图说明

图1为现有技术中的流量计测量原理图；

图2为本实用新型所使用系统原理框图；

图3为本实用新型所涉及的测流系统原理平面示意图；

图4为本实用新型所涉及原理剖面示意图。

图中：主控模块1、电源模块2、数据存储模块3、通讯模块4、多声道流速检测模块5、超声波换能器501、时间转化器502、电子水尺模块6。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照附图2-4所示，一种超声波明渠流量计，包括主控模块1、电源模块2、数据存储模块3，所述主控模块1与通讯模块4通信连接，所述通讯模块4分别与多声道流速检测模块5和电子水尺模块6通信连接，所述主控模块1分别与所述电源模块2、数据存储模块3、通讯模块4通信连接。

进一步的，所述超声波明渠流量计测流方案采用流速面积法Q＝V*S(Q流量、V流速、S流过的横截面积)抛弃传统水位流量关系法，提高量水的精度，流速的测量基本原理是测量超声波脉冲在顺水流和逆水流的时间差来反映流体的流速，从而测出流量。

进一步的，所述主控模块1利用通讯模块4的RS485端口通过屏蔽通讯电缆与多声道流速检测模块5和电子水尺模块6通信连接，将多声道流速检测模块5采集流体的瞬时流速数据传入主控模块1，主控模块1利用通讯模块4的RS485端口通过屏蔽通讯电缆与电子水尺模块6连接，采集流体的当前水位，根据预先设定的渠道尺寸计算出过水断面的横截面积S。

进一步的，在本实用新型中，所述多声道流速检测模块5主要由时间转化器502和多对超声波换能器501组成，通过超声波换能器501将特有频率的声波信号发在流体中，然后利用时间转化器502测得声波在流体中运行的时间，根据公式一：

(超声波顺流传播时间从A点到B点)公式二：

(超声波逆流传播时间从A点到B点)，其中C为超声波在静止的被测流体中的速度，联合公式一、二消除变量C可求出：

即可得到流体流速，使用多对超声波换能器，将流体分割成多层次，累加法测得总体流量再根据测出的横截面积S和流速V即可测量出测出流量Q。

进一步的，所述数据存储模块3由4M字节的flash芯片组成，通过SPI总线和主控模块1连接，主要负责实时数据和计算数据的存储，负责形成历史数据，以便后期数据的调取及分析提供依据。

进一步的，所述电源模块2输出电流是稳定的直流电源，提供DC12V、DC5V、DC3.3V三种电压等级，有过载、短路、过流保护。

进一步的，所述通讯模块4设置有2路RS485端口和2路RS232端口，负责系统间的数据传输。

以上所述的，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种超声波明渠流量计，其特征在于：包括主控模块、电源模块、数据存储模块，所述主控模块与通讯模块通信连接，所述通讯模块分别与多声道流速检测模块、电子水尺模块通信连接，所述主控模块分别与所述电源模块、数据存储模块、通讯模块通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述超声波明渠流量计测流方案采用流速面积法。

3.根据权利要求1所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述主控模块利用通讯模块的RS485端口通过屏蔽通讯电缆与多声道流速检测模块和电子水尺模块通信连接。

4.根据权利要求1所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述多声道流速检测模块主要由时间转化器和多对超声波换能器组成。

5.根据权利要求1所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述数据存储模块由4M字节的flash芯片组成，通过SPI总线和主控模块连接，主要负责实时数据和计算数据的存储，负责形成历史数据，以便后期数据的调取及分析提供依据。

6.根据权利要求1所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述电源模块输出电流是稳定的直流电源，提供DC12V、DC5V、DC3.3V三种电压等级，有过载、短路、过流保护。

7.根据权利要求1所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述通讯模块设置有2路RS485端口和2路RS232端口。

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