CN212933894U - 一种可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统。包括可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置、服务管理器以及用户终端；其特征在于：PLC控制系统可以控制阀门启闭或调节开度，结合PLC控制系统后的压力变送器和电磁流量计可以自动监测相关数据；摄像头可以用于实时在电脑及远程监控实验的真实运行情况以及测压管的实时数据；可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置与服务管理器之间通过互联网连接；且服务管理器与用户终端之间通过互联网连接。用户可通过远程操控可在移动便携设备或计算机输入实验相关数据，并实时观察实验过程及数据，并导出相关实验数据。

Description

一种可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统

技术领域

本实用新型涉及教育教学及工业控制技术领域，尤其涉及一种可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统。

背景技术

目前国内各高校给排水科学与工程专业一般需开设相关专业实验，其中包括不可压缩流体恒定流动量定律实验等。现阶段实验设备一般包括水泵、自循环供水器、实验台、可控硅无级调速器、水位调节阀、恒压水箱、管嘴、集水箱、带活塞的测压管、带活塞和翼片的抗冲平板、上回水管。在水力学实验运行过程中，通过设备上安装的摄像头、电磁阀、压力传送器和电磁流量计得出实验结果数据。

现阶段国内不可压缩流体恒定流动量定律实验装置可归为两种：一是由学生动手进行实验操作。由于实际操作必须根据实验指导书进行操作，要排除各种因素的影响，且实验中不可避免的存在系统误差，为得到准确的实验结果需进行多次实验，但在实际操作中，很难进行多次实验以得到准确的实验结果；且在实际操作中，在记录每一个数据前，需人为观察仪表数值，待其稳定后方可得到有效数据。以上导致购置了实验设备的高校仅能为本地学生提供实验机会，实验资源得不到充分利用，并且本地学生的实验过程存在不方便性、难以得到准确实验数据等缺点，而在缺乏实验条件的地区无法开展相关实验，学生缺乏实际操作机会，无法掌握实验操作能力，得不到切实直观的实验数据。

二是基于互联网的远程实验方案，主要是采用软件仿真实验平台进行网上仿真或虚拟实验，这种方案的实验现象和数据都是在理想情况下由软件计算得到的，完全由软件来虚拟化实验环境，不具有实验过程中应有的真实性，实验过程固化，不能模拟实际情况中存在的各种干扰因素和误差，实验虽便于了解实验过程，但实验效果难以比拟真实实验，对学生创新能力和发现问题意识的培养不利。

发明内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种依托于可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置、互联网与用户终端等相关设备，将不可压缩流体恒定流动量定律实验装置结合成一体的共享系统，让用户在真实实验环境和条件下开展不可压缩流体恒定流动量定律实验。

本实用新型涉及的可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统，包括1个或多个可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置、服务管理器以及1个或多个用户终端。

所述可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置与服务管理器之间通过互联网 (有线或无线)连接；所述服务管理器与用户终端之间通过互联网(有线或无线)连接。

所述可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置包括：电磁流量计、压力传送器、摄像头、止回阀、电磁阀、带活塞的测压管、自循环供水器、下回水管、可控硅无级调速器、恒压水箱、水泵、管嘴、试验台、水位调节阀、带活塞和翼片的抗冲平板、上回水管、集水箱、触摸屏电脑和PLC(可编程逻辑控制器)控制系统。

集水箱、水位调节阀、恒压水箱均与上回水管、下回水管和水泵连接，开启水泵由电磁阀向恒压水箱注水，待水压稳定后，通过摄像头记录带活塞的测压管的水位高度。由电磁流量计、压力传送器传输信号到PLC控制系统，记录相关流量及压力。计算出实验相关参数，证明动量定理。试验结束。

所述PLC控制系统，控制触摸屏电脑的信号输入与输出、水泵和摄像头的启闭；PLC控制系统采集电磁阀的开度；通过信号线采集压力传送器、电磁流量计、摄像头等的在线监测数据；所述触摸屏电脑用于接收PLC控制系统传送的在线监测数据并显示操作界面，实现触屏控制操作装置；所述摄像头用于电脑观察实验现象，可通过软件控制调节镜头焦距观察一些不便于靠近观察的实验现象，同时记录一些实时数据。所述电磁流量计在线监测流量并反馈数据至PLC控制系统，便于与实验观测所得数据进行误差分析。

所述服务管理器包括：工控机、图像采集设备、处理模块、存储模块；

进一步，如上所述的可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统，所述服务管理器包括一个管理平台，管理平台包括可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置的登录接口及用户登录及选择某台可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置开展相关实验的接口，服务管理器与可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置之间通过互联网(有线或无线)连接；服务管理器与用户终端通过互联网(有线或无线)连接。

所述用户终端包括计算机或手机；所述手机或计算机通过互联网(有线或无线)与服务管理器的操作平台连接，远程操控所选择的可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置，完成不可压缩流体恒定流动量定律实验。所述执行设备、数据采集设备、图像采集设备分别通过有线通讯方式与中控机连接。

有益效果：

本实用新型提供的可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统，依托于互联网与传感器等相关实验仪器，将不可压缩流体恒定流动量定律相关实验结合成一个共享系统，在真实实验环境和条件下进行不可压缩流体恒定流动量定律相关实验，在用户端实时显示各测点的流量、压力、流速等要求的测量参数。在保证实验真实性以及可操作性的前提下，可将结果进行输出，各传感器及其摄像头可将实验过程及数据实时展现在用户端上，用户通过远程操控可在移动便携设备或计算机输入实验相关数据，并实时观察实验过程及数据，并导出相关实验数据。

本实用新型在一定程度上解决了如今高校开设不可压缩流体恒定流动量定律实验存在的相关问题，并合理利用资源，为国内缺乏该实验条件的高校的给排水科学与工程专业的学生服务，通过共享远程实验，达到教学目的，实现共享教育理念。

附图说明

图1为本实用新型可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统的原理图。

图2为本实用新型可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置结构示意图。

图中标记：1-电磁流量计；2-压力传送器；3-摄像头；4-止回阀；5-电磁阀；6-带活塞的测压管；7-自循环供水器；8-下回水管；9-可控硅无级调速器；10-恒压水箱；11-水泵；12-管嘴；13-试验台；14-水位调节阀；15-带活塞和翼片的抗冲平板；16-上回水管；17-集水箱；18-触摸屏电脑；19-PLC控制系统。

图3为本实用新型可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置的原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例：

图1为本实用新型可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统的原理图。本实施例中一种可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统包括：3个可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置、服务管理器以及30个用户终端。

所述可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置与服务管理器之间通过互联网 (有线或无线)连接；所述服务管理器与用户终端之间通过互联网(有线或无线)连接。

本实用新型提供的可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统，用户终端的形式为电脑客户端或移动终端。

本实用新型提供的可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统，利用所述用户终端上配有的键盘或触摸屏，进入管理服务器中的操作平台，进而控制所选择的可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置，完成远程实验操作，获取实时实验影像及数据，通过管理服务器传至用户终端，完成一个不可压缩流体恒定流动量定律实验。

所述可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统可同时开展不可压缩流体恒定流动量定律实验平台教学实验。实际应用中，该远程实验系统中可以有多台可电脑操控不可压缩流体恒定流动量定律实验装置，由管理服务器统一管理。

图2为本实用新型可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置结构示意图；如图2所示，所述可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置包括：电磁流量计1、压力传送器2、摄像头3、止回阀4、电磁阀5、带活塞的测压管6、自循环供水器7、下回水管8、可控硅无级调速器9、恒压水箱10、水泵11、管嘴12、试验台13、水位调节阀14、带活塞和翼片的抗冲平板15、上回水管16、集水箱17、触摸屏电脑18和PLC控制系统19。

所述集水箱17、水位调节阀14、恒压水箱10均有上回水管16、下回水管8和水泵11连接，开启水泵11由电磁阀5向恒压水箱10注水，待水压稳定后，通过摄像头3记录带活塞的测压管6的水位高度。由电磁流量计1、压力传送器2传输信号到PLC控制系统19，记录相关流量及压力。计算出实验相关参数，证明动量定理。试验结束。

所述的可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置，所述进水管路上安装有：进水电磁阀5；在不可压缩流体实验管段上安装有：带活塞的测压管6、电磁流量计1、压力传送器2。

所述PLC控制系统19，控制触摸屏电脑18的信号输入与输出、水泵11和摄像头3的启闭；PLC控制系统19采集电磁阀5的开度；通过信号线采集压力传送器2、电磁流量计1、摄像头3等的在线监测数据；所述触摸屏电脑18用于接收PLC控制系统19传送的在线监测数据并显示操作界面，实现触屏控制操作装置；所述摄像头3用于电脑观察实验现象，可通过软件控制调节镜头焦距观察一些不便于靠近观察的实验现象，同时记录一些实时数据。所述电磁流量计1在线监测流量并反馈数据至PLC控制系统19，便于与实验观测所得数据进行误差分析。

本实用新型提供的用于可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统，依托于互联网技术，将多台可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置结合成一个共享系统，在真实实验环境和条件下进行不可压缩流体恒定流动量定律实验，在用户端实时显示水泵的流量、压力等测量参数，通过摄像头观看实验现象及相关数据。在保证实验真实性以及可操作性的前提下，可将结果进行输出、曲线绘制，各传感器及其摄像头可将实验过程及数据实时展现在用户端上，用户通过远程操控可在移动便携设备输入实验前相关数据，并实时观察实验过程及数据，并导出相关实验数据，进而验证数据及相关定律的准确性。

该可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统中可以同时容纳多个用户终端通过网络访问管理服务器，各个用户终端之间独立存在，不同学生在不同的用户终端上进行实验。用户终端可以为电脑客户端，也可以为手机等移动终端，具体形式不做限定。

为了精确测量上回水管16上各项参数，在所述上回水管16上安装有：压力传送器2、电磁阀5、电磁流量计1。

所述压力传送器2安装在上回水管16上，电磁阀5安装在水泵11出水处，用于实现远程操控水流流动情况；电磁流量计1安装在上回水管16上，通过信号线收集相关数据；

所述可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统包括放在试验台13上的恒压水箱10、集水箱17；在从上回水管16上装有摄像头3能直观的看到平衡状态下射流现象。

图3为本实用新型可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置的原理图。

所述服务管理器包括：工控机、图像采集设备、处理模块、存储模块。

进一步，如上所述的可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统，所述服务管理器包括一个管理平台，管理平台包括可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置的登录接口及用户登录及选择某台可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置开展相关实验的接口，服务管理器与可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置之间通过互联网(有线或无线)连接；服务管理器与用户终端通过互联网(有线或无线)连接。

进一步，如上所述的可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统，所述用户终端包括计算机或手机；所述手机或计算机通过互联网(有线或无线)与服务管理器的操作平台连接，远程操控所选择的可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置，完成不可压缩流体恒定流动量定律实验。所述执行设备、数据采集设备、图像采集设备分别通过有线通讯方式与中控机连接。

所述数据采集设备包括流量：由上回水管路16上的电磁流量计1测得；压力：由上回水管路16上压力传送器2测得；

所述图像采集设备包括但不限于摄像头3，所述摄像头3固定于可电脑控制的的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统操作平台支架上，与PLC控制系统19相连，进而与触摸屏电脑18相连，在触摸屏电脑18上显示及控制(远景或近景)。由于学生远离实验装置，不能去现场观察设备的运行，远端学生可通过摄像头3来观察设备的运行情况及相关实验现象或实验结果。

采用“硬件设备实体-真实实验场景-远程操作面板”的模式，根据学生在用户终端输入的实验控制信息远程操控可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置，开展所需相关专业实验。学生通过网络可以随时随地进行实验，而不需要专门到固定的实验室进行实验，实现了网络异地教学，对学生的创新能力和综合能力的提高可起到很大的促进作用。同时，实验中产生的实验数据为远程实验装置产生的真实数据，而并非是软件模拟仿真数据，为学生提供了便利的同时也能调动学生做是实验的积极性。另外，由于将实验硬件设置在远程实验设备上，对用户终端的硬件要求不高，学生可以在普通的电脑甚至是移动终端上完成实验。本实用新型实现了实验资源的社会共享，弥补了共享教育实践环节的不足，充分突显了共享教育在当下互联网环境下的新发展。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统，其特征在于可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统包括：1个或多个可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置、服务管理器以及1个或多个用户终端；

所述可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置包括：电磁流量计（1）、压力传送器（2）、摄像头（3）、止回阀（4）、电磁阀（5）、带活塞的测压管（6）、自循环供水器（7）、下回水管（8）、可控硅无级调速器（9）、恒压水箱（10）、水泵（11）、管嘴（12）、试验台（13）、水位调节阀（14）、带活塞和翼片的抗冲平板（15）、上回水管（16）、集水箱（17）、触摸屏电脑（18）和PLC控制系统（19）；

所述可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置中：集水箱（17）、水位调节阀（14）、恒压水箱（10）均与上回水管（16）、下回水管（8）和水泵（11）连接，开启水泵（11）由电磁阀（5）向恒压水箱（10）注水，待水压稳定后，通过摄像头（3）记录带活塞的测压管（6）的水位高度；由电磁流量计（1）、压力传送器（2）传输信号到PLC控制系统（19），记录相关流量及压力，计算出实验相关参数，证明动量定理，试验结束；

水泵（11）的上方进水管路上安装有电磁阀（5）；在不可压缩流体实验管段上安装有：带活塞的测压管（6）、电磁流量计（1）、压力传送器（2）；

所述PLC控制系统（19），控制触摸屏电脑（18）的信号输入与输出、水泵（11）和摄像头（3）的启闭；PLC控制系统（19）采集电磁阀（5）的开度；通过信号线采集压力传送器（2）、电磁流量计（1）、摄像头（3）的在线监测数据；

所述触摸屏电脑（18）用于接收PLC控制系统（19）传送的在线监测数据并显示操作界面，实现触屏控制操作装置；

所述摄像头（3）用于电脑观察实验现象，可通过软件控制调节镜头焦距观察一些不便于靠近观察的实验现象，同时记录一些实时数据；

所述电磁流量计（1）在线监测流量并反馈数据至PLC控制系统（19），便于与实验观测所得数据进行误差分析。

2.根据权利要求1所述的可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统，其特征在于，所述服务管理器包括一个管理平台，管理平台包括可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置的登录接口及用户登录及选择某台可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置开展相关实验的接口，服务管理器与可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置之间通过互联网有线或无线连接；服务管理器与用户终端通过互联网有线或无线连接。

3.根据权利要求1所述的可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统，其特征在于，所述用户终端包括计算机或手机；所述手机或计算机通过互联网有线或无线与服务管理器的操作平台连接，远程操控所选择的可电脑操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验装置，完成不可压缩流体恒定流动量定律实验。

4.根据权利要求1所述的可远程操控的不可压缩流体恒定流动量定律实验系统，其特征在于，所述带活塞的测压管（6）需记录活塞形心处的水深，此处安装有摄像头（3）；并在上回水管（16）处装电磁流量计（1），将所测的数据通过采集传输到PLC控制系统（19），数据反映在触摸屏电脑（18）上，进而由数据验证恒定流动量定理。

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