CN211401360U

CN211401360U - 一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置

Info

Publication number: CN211401360U
Application number: CN201922339744.7U
Authority: CN
Inventors: 李思辰; 周明连; 董红; 王增义; 于丽昕; 王欢欢; 杨超; 徐克举; 赵东方; 闫睿; 关萍; 张俊杰
Original assignee: Beijing Beipai Technology Co ltd; Beijing Drainage Group Co Ltd
Current assignee: Beijing Beipai Technology Co ltd; Beijing Drainage Group Co Ltd
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2029-12-24

Abstract

本实用新型公开了一种浮球‑双拉线式液位流速在线监测装置，涉及排水管道液位流速监测设备技术领域，包括：两个框架，对称安装在检查井的内壁上；第一主机箱和第二主机箱，分别设置于所述两个框架内，所述第一主机箱内设置有中央处理器和通讯模块，所述第二主机箱内设置有线缆；第一拉绳位移传感器和第二拉绳位移传感器，分别设置于所述第一主机箱和第二主机箱下侧，所述第一拉绳位移传感器与所述中央处理器电性连接，所述第二拉绳位移传感器通过线缆与所述中央处理器电性连接；浮球，两端分别通过第一拉绳和第二拉绳与所述第一拉绳位移传感器和第二拉绳位移传感器相连接；该装置使用方便，测量准确，可以实现排水管道内液体的液位和流速的实时监测。

Description

一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置

技术领域

本实用新型属于排水管道液位流速监测设备技术领域，更具体地，涉及一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置。

背景技术

排水管道内部环境严酷，液流条件多变，对管道流量计有较为严格的使用要求，主要包括：抗干扰能力强，要能够抵抗液体中杂质的干扰；排水管道空间狭小，可供安装的地点主要是各种井，液位流速仪对安装空间的要求低，并且易于固定；使用成本低，可以大规模普及，除了设备自身的价格外，还需要考虑安装成本及后期的保养维护成本；可以进行远程数据传输，实时在线监测。对照以上要求考虑，目前现有的流量计均存在种种缺陷无法满足使用要求。比如：转子式流速仪，在使用时易挂垃圾；多普勒流量计，防水抗污能力较强，但成本高，无法大面积普及。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，在浮球两端通过拉绳与两个拉绳位移传感器相连接，根据两个拉绳位移传感器测得的拉绳长度读数和拉绳之间的几何关系计算出排水管道内液体的液位和流速，使用方便，节省成本。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，包括：

两个框架，对称安装在检查井的内壁上；

第一主机箱和第二主机箱，分别设置于所述两个框架内，所述第一主机箱内设置有中央处理器和通讯模块，所述第二主机箱内设置有线缆；

第一拉绳位移传感器和第二拉绳位移传感器，分别设置于所述第一主机箱和第二主机箱下侧，所述第一拉绳位移传感器与所述中央处理器电性连接，所述第二拉绳位移传感器通过线缆与所述中央处理器电性连接；

浮球，两端分别通过第一拉绳和第二拉绳与所述第一拉绳位移传感器和第二拉绳位移传感器相连接。

可选地，所述两个框架后侧均设置有挂墙螺钉。

可选地，所述框架内侧在所述第一拉绳位移传感器和第二拉绳位移传感器下方均设置有定滑轮，所述第一拉绳和第二拉绳绕过所述定滑轮连接在所述浮球与第一拉绳位移传感器和第二拉绳位移传感器之间。

可选地，所述第一主机箱和第二主机箱均为密封防水箱体。

可选地，所述中央处理器为单片机单元。

可选地，所述通讯模块通讯连接有远程终端。

可选地，所述通讯模块为4G模块，所述远程终端为远程PC端。

可选地，所述框架的材料为铝型材。

可选地，所述浮球两端对称设置有拉绳固定螺母，所述浮球为椭圆空心球体，所述浮球浸没在液面以下的部分深度为浮球直径尺寸的1/3至1/2。

可选地，所述第一主机箱内还包括电源组件、置零开关和电磁继电器中断开关，所述置零开关与所述电源组件和中央处理器电性连接，所述电磁继电器中断开关与所述电源组件和中央处理器电性连接。

本实用新型提供一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，其有益效果在于：具有两个拉绳位移传感器，将两个拉绳位移传感器分别通过拉绳连接在浮球两端，通过浮球在液面上的位置变化拉动两个拉绳位移传感器，进而通过两个拉绳位移传感器测得的拉绳长度读数和拉绳之间的几何关系计算出排水管道内液体的液位和流速，使用方便，测量准确；具有通讯模块，可以将监测结果实时传输至远程终端，实现远程监测，该装置结构简单，安装方便，节省成本。

本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置的结构示意图。

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置的安装示意图。

图3示出了根据本实用新型的一个实施例的一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置的电控示意图。

图4示出了根据本实用新型的一个实施例的一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置的整体电路示意图。

附图标记说明：

1、框架；2、检查井；3、第一主机箱；4、第二主机箱；5、中央处理器；6、通讯模块；7、线缆；8、第一拉绳位移传感器；9、第二拉绳位移传感器；10、浮球；11、第一拉绳；12、第二拉绳；13、挂墙螺钉；14、定滑轮；15、单片机单元；16、远程终端；17、4G模块；18、远程PC端；19、固定螺母；20、电源组件；21、置零开关；22、电磁继电器中断开关；23、电源；24、电源开关；25、多路电源分电板；26、分压模块；27、电磁继电器；28、第一降压模块；29、第二降压模块；30、RS232转TTL模块；31、排母端；32、GND1排母端；33、第一排母；34、第二排母；35、第三排母；36、第四排母；37、GND2排母端；38、第一电阻；39、第二电阻。

具体实施方式

下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本实用新型提供一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，包括：

两个框架，对称安装在检查井的内壁上；

具体的，线缆在第二主机箱内设置有冗余部分，以便适用于不同尺寸的检查井，线缆外侧设置有密封圈，密封圈与第二主机箱可拆卸连接；浮球漂浮在待测排水管道内液面上，随液位的上升和下降上下移动，通过第一拉绳和第二拉绳拉动第一拉绳位移传感器和第二拉绳位移传感器，第一拉绳位移传感器和第二拉绳位移传感器实时测量拉绳的伸出长度，并将数据信号输送至中央处理器内，中央处理器根据拉绳长度和几何关系，可以计算出排水管道内液体的液位高度和流速，通过通讯模块将监测结果传输至远程终端，方便接收。

在一个示例中，所述两个框架后侧均设置有挂墙螺钉。

具体的，挂墙螺钉的设置方便该装置在检查井内的固定和拆卸。

在一个示例中，所述框架内侧在所述第一拉绳位移传感器和第二拉绳位移传感器下方均设置有定滑轮，所述第一拉绳和第二拉绳绕过所述定滑轮连接在所述浮球与第一拉绳位移传感器和第二拉绳位移传感器之间。

具体的，定滑轮的设置对拉绳起到导向作用，同时减少摩擦力，提高监测精度。

在一个示例中，所述第一主机箱和第二主机箱均为密封防水箱体。

具体的，第一主机箱和第二主机箱对其内部元器件起到保护作用。

在一个示例中，所述中央处理器为单片机单元。

在一个示例中，所述通讯模块通讯连接有远程终端。

在一个示例中，所述通讯模块为4G模块，所述远程终端为远程PC端。

在一个示例中，所述框架的材料为铝型材。

在一个示例中，所述浮球两端对称设置有拉绳固定螺母，所述浮球为椭圆空心球体，所述浮球浸没在液面以下的部分深度为浮球直径尺寸的1/3至1/2。

具体的，通过螺钉和固定螺母的配合可以方便的连接和拆卸浮球两端的第一拉绳和第二拉绳。

在其他示例中，浮球还可以为空心圆球或尾部具有锥形的空心球体，无论浮球采用空心圆球或尾部具有锥形的空心球体，浮球浸没在液面以下的部分深度不超过浮球直径尺寸的1/2，可以避免液面上的漂浮物或垃圾挂在浮球上，影响监测精度。

在一个示例中，所述第一主机箱内还包括电源组件、置零开关和电磁继电器中断开关，所述置零开关与所述电源组件和中央处理器电性连接，所述电磁继电器中断开关与所述电源组件和中央处理器电性连接。

实施例

如图1至图4所示，本实用新型提供一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，包括：

两个框架1，对称安装在检查井2的内壁上；

第一主机箱3和第二主机箱4，分别设置于所述两个框架1内，所述第一主机箱3内设置有中央处理器5和通讯模块6，所述第二主机箱4内设置有线缆7；

第一拉绳位移传感器8和第二拉绳位移传感器9，分别设置于所述第一主机箱3和第二主机箱4下侧，所述第一拉绳位移传感器8与所述中央处理器5电性连接，所述第二拉绳位移传感器9通过线缆7与所述中央处理器电性5连接；

浮球10，两端分别通过第一拉绳11和第二拉绳12与所述第一拉绳位移传感器8和第二拉绳位移传感器9相连接。

在本实施例中，所述两个框架1后侧均设置有挂墙螺钉13。

在本实施例中，所述框架1内侧在所述第一拉绳位移传感器8和第二拉绳位移传感器9下方均设置有定滑轮14，所述第一拉绳11和第二拉绳12绕过所述定滑轮14连接在所述浮球10与第一拉绳位移传感器8和第二拉绳位移传感器9之间。

在本实施例中，所述第一主机箱3和第二主机箱4均为密封防水箱体。

在本实施例中，所述中央处理器5为单片机单元15。

在本实施例中，所述通讯模块6通讯连接有远程终端16。

在本实施例中，所述通讯模块6为4G模块17，所述远程终端16为远程PC端18。

在本实施例中，所述框架1的材料为铝型材。

在本实施例中，所述浮球10两端对称设置有拉绳固定螺母19，所述浮球10为椭圆空心球体，所述浮球10浸没在液面以下的部分深度为浮球10直径尺寸的1/3至1/2。

在本实施例中，所述第一主机箱3内还包括电源组件20、置零开关21和电磁继电器中断开关22，所述置零开关21与所述电源组件20和中央处理器5电性连接，所述电磁继电器中断开关22与所述电源组件20和中央处理器5电性连接。

在本实施例中，主机箱内还包括：电源23、电源开关24、多路电源分电板25、分压模块26、电磁继电器27、第一降压模块28、第二降压模块29、RS232转TTL模块30、排母端31、GND1排母端32、第一排母33、第二排母34、第三排母35、第四排母36、GND2排母端37、第一电阻38和第二电阻39。

电源23正极连接电源开关24，电源开关24连接多路电源分电板25的正极，电源23负极连接多路电源分电板25的负极，用于给整个电路控制系统供电。

多路电源分电板25分为5路接线，第一路VCC端接分压模块26的正极，GND端接分压模块26的负极；第二路VCC端接第一降压模块28的正极输入端，GND端接第一降压模块28的负极输入端；第三路VCC端接第二降压模块29的正极输入端，GND端接第二降压模块29的负极输入端；第四路VCC端接4G模块17的正极，GND端接4G模块17的负极；第五路VCC端接排母端31，GND端接GND2排母端37；可以获得多路相等电压电源。

分压模块26的OUT端接单片机单元15的A3端口，GND端接GND1排母端32。用于监测电源23的剩余电量

第一降压模块28的OUT+端接单片机单元15的电源正极，OUT-端接单片机单元15的电源负极；实现12V电源为单片机单元15供电。

第二降压模块29的输出分四路，第一路的OUT+接电磁继电器27的VCC端，OUT-接电磁继电器27的GND端；第二路的OUT+接RS232转TTL模块30的VCC端，OUT-接RS232转TTL模块30的GND端；第三路的OUT+端接电磁继电器中断开关22的正极；第四路的OUT+端接置零开关21的正极；可以获得5v电源，为电磁继电器27、电磁继电器中断开关22、置零开关21和RS232转TTL模块30供电。

电磁继电器27的常开端及公共端输出共两路，第一路公共端接排母端31，常开端接第一拉绳位移传感器8的VCC端；第二路公共端接排母端31，常开端接第二拉绳位移传感器9的VCC端；电磁继电器27的IN1端接单片机单元15的8号端口，电磁继电器27的IN2端接单片机单元15的9号端口；用于控制第一拉绳位移传感器8和第二拉绳位移传感器9的通断电，节省电源电量。

RS232转TTL模块30的TX端口接单片机单元15的TX0端口，RS232转TTL模块30的RX端口接单片机单元15的RX0端口,RS232转TTL模块30的VCC端口接第二降压模块29的OUT+端，RS232转TTL模块30的GND端口接第二降压模块29的OUT-端。

第一拉绳位移传感器8的OUT端接单片机单元15的A1端口，GND端接GND2排母端37；实现通过拉绳出线长度换算出液位和流速。

第二拉绳位移传感器9的OUT端接单片机单元15的A2端口，GND端接GND2排母端37；实现通过拉绳出线长度换算出液位和流速。

置零开关21正极端接第二降压模块29的OUT+端，负极端接第一排母33；每次安装位置不能保证相同，置零开关21可以在任意位置让测得数据置零。

电磁继电器中断开关22正极端接第二降压模块29的OUT+端，负极端接第四排母36；用于控制电磁继电器27的通断。

第一排母33输出两路，一路接单片机单元15的3号端口，一路接第一电阻38。

第四排母36输出两路，一路接单片机单元15的2号端口，一路接第二电阻39。

第二排母34输出接GND1排母端32。

第三排母35输出接GND1排母端32。

GND1排母端32接单片机单元15的GND端口。

综上所述，本实用新型提供的浮球-双拉线式液位流速在线监测装置使用时，将该装置通过两个框架1上端的挂墙螺钉13对称固定在检查井2的内壁上，通过线缆7将第二拉绳位移传感器9与单片机单元15电性连接。

液位测量过程：按下电源开关24，启动该监测装置，人工拉动浮球10至排水管道的最底部，按下置零开关21，将两个拉绳位移传感器的当前数据置零。松开浮球10，使得浮球10漂浮在液面上，液位升高，水中的浮球10会随着液位向上，与浮球10连接的第一拉绳11和第二拉绳12的伸出长度减小，第一拉绳位移传感器8和第二拉绳位移传感器9的模拟信号输入到单片机单元15内，通过液位高度和两个拉绳长度的关系X＝0.5[(L₁ ²-L₂ ²)/(W-180)+W-180],

H＝H’-L+h,h为浮球10浸入的深度，H为液位高度，L₁为第一拉绳位移传感器8实时读数，L₂为第二拉绳位移传感器9实时读数，W为两拉绳位移传感器出线口间距，H’为两拉绳位移传感器出线口距离排水管道最底部距离，在单片机单元15中换算实时输出的液位高度。通过4G模块17独有的ID地址将液位高度数据上传到云端，4G模块17创建虚拟串口，远程PC端18通过读取该虚拟串口的形式在线实时监测排水管道内液位的高度。

流速测量过程：按下电源开关24，人工拉动浮球10至排水管道的最底部，按下置零开关21，将两个拉绳位移传感器的当前数据置零；松开浮球10，使得浮球10漂浮在液面上。当排水管道内的液体流动时，浮球10受到液流的推力作用，在流速的方向上发生移动，与浮球10连接的第一拉绳11和第二拉绳12的伸出长度会发生改变。第一拉绳位移传感器8和第二拉绳位移传感器9的模拟信号输入到单片机单元15，浮球10受到的推力和两拉绳上力的水平分力平衡，经过单片机单元15的换算先求出浮球10受到的推力

F为浮球10受到的推力，L₁为第一拉绳位移传感器8实时读数，L₂为第二拉绳位移传感器9实时读数，再通过推力和流速间的关系F＝0.5Cρv²A，C为无因次阻力系数，v为液体流速，A为浮球10的迎流面积，ρ为流体密度，在单片机单元15中换算输出流速的大小。通过4G模块17独有的ID地址将流速数据上传到云端，4G模块17创建虚拟串口，远程PC端18通过读取该虚拟串口的形式在线实时监测排水管道内液体的流速大小。

以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims

1.一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，其特征在于，该装置包括：

两个框架，对称安装在检查井的内壁上；

2.根据权利要求1所述的一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，其特征在于，所述两个框架后侧均设置有挂墙螺钉。

3.根据权利要求1所述的一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，其特征在于，所述框架内侧在所述第一拉绳位移传感器和第二拉绳位移传感器下方均设置有定滑轮，所述第一拉绳和第二拉绳绕过所述定滑轮连接在所述浮球与第一拉绳位移传感器和第二拉绳位移传感器之间。

4.根据权利要求1所述的一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，其特征在于，所述第一主机箱和第二主机箱均为密封防水箱体。

5.根据权利要求1所述的一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，其特征在于，所述中央处理器为单片机单元。

6.根据权利要求1所述的一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，其特征在于，所述通讯模块通讯连接有远程终端。

7.根据权利要求6所述的一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，其特征在于，所述通讯模块为4G模块，所述远程终端为远程PC端。

8.根据权利要求1所述的一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，其特征在于，所述框架的材料为铝型材。

9.根据权利要求1所述的一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，其特征在于，所述浮球两端对称设置有拉绳固定螺母，所述浮球为椭圆空心球体，所述浮球浸没在液面以下的部分深度为浮球直径尺寸的1/3至1/2。

10.根据权利要求1所述的一种浮球-双拉线式液位流速在线监测装置，其特征在于，所述第一主机箱内还包括电源组件、置零开关和电磁继电器中断开关，所述置零开关与所述电源组件和中央处理器电性连接，所述电磁继电器中断开关与所述电源组件和中央处理器电性连接。