CN2588335Y

CN2588335Y - 一种灌区水渠液位测量装置

Info

Publication number: CN2588335Y
Application number: CN 02290928
Authority: CN
Inventors: 沈钧涛; 盛森芝; 吴玉林; 李世煌; 刘宗彦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2003-11-26
Anticipated expiration: 2012-12-13

Abstract

本实用新型涉及一种灌区水渠液位的测量装置，属测量仪器技术领域。本装置的机械部分包括内管、磁钢和线卷，磁钢置于内管外，线圈绕于磁钢外，内管与被测水渠相连通；测量部分包括：用于产生振荡并激励线圈自激振荡的激振器，用于形成线圈自激振荡的正弦波形的正弦波信号产生器，用于使正弦波形放大，并正向激励自激振荡的正反馈放大器，用于抑制正向激励的负反馈放大器，用于将正弦自激振荡转换为方波振荡的分波产生器，用于将方波频率转化为计数频率的分频器，用于对测量部分进行控制、数据采集和计算的处理器，用于输出测试结果的显示器。本装置结构简单，动态响应好，可确保安全可靠地运行，能够实时地、精确地在线测定明渠管道中的液面高度。

Description

一种灌区水渠液位测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种灌区水渠液位测量装置，属测量仪器技术领域。

背景技术

在我国的广大农村地区，尤其是我国的西北部农村，由于水资源的缺乏而使这些地区在经济和生活上至今仍相对贫困和落后，因此对于这些地区来说，节约用水，充分、有效地利用水资源，关系到农村的脱贫至富。对水渠液位进行控制是节水的重要手段之一，目前监控或确定水渠液位的方法主要有以下几种：

1、用光学或肉眼视察的办法确定直立的透明管中的液面高度；

2、利用浮于液面的浮子的位置确定液面的高度；

3、用测定容器底部的压力的办法算出液面的高度；

4、利用超声技术，根据声波行程测定液面高度。

上述列举的各种测量方法，或者是受容器及安装条件的限制，测量精度比较低；或者因需要传感器与液体直接接触，而在许多情况下将无法采用；或者是因结构过于复杂，可靠性有问题。这些方法在下述这些情况下将根本无法采用：当汽液界面是模糊的情形；液体中有气泡的情形；温度和压力比较高而介质的物理性质和化学性质都比较复杂的情形；工况比较不稳定而又要求实时捕捉液面位置的情形，等等。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种灌区水渠液位测量装置，使测量仪器能够用于多种场合，而且工况稳定，能够实时测量液面位置。

本实用新型设计的灌区水渠液位的测量装置，由机械部分和测试部分组成，其中的机械部分包括内管、磁钢和线卷，所述的磁钢置于内管外，所述的线圈绕于磁钢外，内管与被测水渠相连通；其中的测量部分包括：

一个激振器，用于产生振荡并激励所述的线圈自激振荡；

一个正弦波信号产生器，用于形成上述线圈自激振荡的正弦波形；

一个正反馈放大器，用于使上述正弦波形放大，并正向激励自激振荡；

一个负反馈放大器，用于抑制正向激励，使自激振荡维持在一定振幅和一定频率；

一个分波产生器，用于将上述正弦自激振荡转换为方波振荡；

一个分频器，用于将方波频率转化为计数频率；

一个处理器，用于对测量部分的控制，数据采集和计算；

一个显示器，用于输出测试结果。

本实用新型的提出的灌区水渠液位测量装置，与现有的测量装置或仪表相比，在原理上是利用电磁激励振荡过程，性能上可完全克服当前液位测量技术中的缺陷和局限性。同时结构相对比较简单，动态响应好，可确保安全可靠地运行，能够实时地、精确地在线测定明渠管道中，以及复杂容器(包括不透明的高压容器、工作温度变化范围比较大的容器)中液面的高度。另外由于主要传感器与管道中的介质不直接接触，因此可望用于介质是强腐蚀的情形。具体来说，本装置与现有技术相比，具有以下各项优点：

1、本装置所提供的液位测量技术，精度可达0.1％以上。

2、振动液位器中的传感器、激振器与液体不直接接触，因此可用于检测有腐蚀性或有毒性的介质，介质温度可在-20℃到100℃之间。

3、不存在超声测量技术中所发生的器件老化问题，因而可长期可靠工作。

4、工作响应快，可在0.1秒的时间内准确地捕捉液面高度，因而有可能用于实时监控或者在液面很不稳定的场合。

5、使用范围广，不仅用于灌区节水的流量计量，还可以用于工厂排水和大部分下水道排水。

附图说明

图1是本实用新型设计的装置的机械部分结构示意图。

图2是本实用新型设计的装置的测试部分结构示意图

图1中，1是磁钢，2是线圈，3是内管，4是外管，5是液位高度，6是测量水路的连通口。

具体实施方式

本实用新型设计的灌区水渠液位的测量装置，由机械部分和测试部分组成，其中的机械部分其结构如图1所示，包括内管3、磁钢1和线卷2，所述的磁钢1置于内管3的外圈，所述的线圈绕于磁钢外，环行线圈固联在内管的外壁上，环行磁钢固定在外壳的内壁上。内管3与被测水渠6相连通；其中的测量部分如图2所示，包括：

一个激振器，用于产生振荡并激励所述的线圈自激振荡；

一个方波产生器，用于将上述正弦自激振荡转换为方波振荡；

一个分频器，用于将方波频率转化为计数频率；

一个处理器，用于对测量部分进行控制，数据采集和计算；本实用新型的一个实施例中，该处理器为一单片机，其型号为89C52。

一个显示器，用于输出测试结果。

本装置是一种振动式液位测量机构，由不可分割的机械部分和测试部分组成。机械部分是时刻以其自振频率振动的直管，直管的自激振荡是由电磁感应系统通过测试部分的正反馈电路激励和维持的。

当内管上无配件时，自振频率ω与管子的抗弯刚度EJ、管子的长L、管子的线密度m。有关，即：ω＝F(EJ，L，m₀) (1)

另外，线密度m₀与内外管子的半径r₁和r₂，管子材料密度ρ₀，管道中介质的密度ρ有关：

即 m₀＝(r₁，r₂，ρ₀，ρ) (2)联立(1)(2)二式可得

ρ = \frac{a}{ω^{2}} + b - - - (3)

或ρ＝aT²+b (4)式中a和b是与管子尺寸、管子材料密度有关的两个常数，T是管子振动周期。

当管子上有驱动装置等附件时，由于附件质量参与到系统之中，管道中液体密度与系统自振频率之间的关系要稍为复杂一些。管道中介质的密度与自振频率ω(或周期T)之间的关系，在形式上与无附件质量时是完全相同的，只是系数a和b除了与管子的尺寸、材料密度有关外，还和附件的质量有关。

测定液位时，需要首先确定液体的密度。当液体密度给定后，液面高度h与周期(或频率)T之间有单值的对应关系

h＝H(T) (9)上述函数关系依赖于系统的尺寸、质量分布和管道中介质的密度，并且具有非线性特征，通常难以用分析式子表示，但可用特殊制表法和专门的插值法确定。

激振器的功能是产生振荡并激励一次仪表自激振荡；线圈的功能是感应振荡并维持振荡；正弦波产生器的功能是形成一次仪表的自激振荡的正弦波形；正反馈放大器的功能是放大正弦波形并正向激励自激振荡；负反馈放大器的功能是仰制正向激励，使自激振荡维持在一定振幅一定频率的型式上；方波产生器的功能是将已形成的正弦自激振荡转换为同样频率的方波振荡；分频器的功能是将方波频率转化为计数器能够合理正常计数的频率，使之便于正确地计数；转换器的功能是完成二次仪表的控制、采数、计算任务，并为显示器提供液位显示依据；显示器的功能是输出液位或流量数值。

本装置的主要特点是利用测量不与介质液面接触的振动激励电磁感应系统的自振频率ω(或周期T)，来测量介质液面高度h，h与ω的关系为h＝KF(ω)，其中K为条件系数。

直立的内管和外壳均为均匀薄壁不锈钢管，并以其最小的固有频率作谐振。

被测液面高度h＝KF(ω)，其中K为与内管的长度L，刚度EJ、线密度m₀，激振器和传感器的质量M₀和M有关的系数，其具体的函数关系可用下式表示：

\frac{h}{L} = f (\frac{L^{2} ω}{\sqrt{\frac{EJ}{m_{0}}}}, \frac{m}{m_{0}}, \frac{M}{M_{0}}, \frac{M_{0}}{{Lm}_{0}})

Claims

1、一种灌区水渠液位的测量装置，其特征在于该测量装置由机械部分和测试部分组成，其中的机械部分包括内管、磁钢和线卷，所述的磁钢置于内管外，所述的线圈绕于磁钢外，内管与被测水渠相连通；其中的测量部分包括：

一个激振器，用于产生振荡并激励所述的线圈自激振荡；

一个分频器，用于将方波频率转化为计数频率；

一个处理器，用于对测量部分进行控制、数据采集和计算；

一个显示器，用于输出测试结果。