RU221070U1 - Устройство для измерения расхода воды и передачи данных на расстояние - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области водоучета на мелиоративных системах сельскохозяйственных территорий и представляет собой устройство для измерения расхода воды и передачи данных на расстояние. Заявленная полезная модель устанавливается на открытом канале оросительной системы.

Цель заявленной полезной модели - повышение точности измерения расхода воды в открытом канале.

Заявленная полезная модель состоит из защитной металлической трубы, закрепленной на откосе открытого канала, в нижней части (оголовке) которой размещен погружной гидростатический датчик давления, расположенный на уровне дна канала и выполняющий роль уровнемера. В верхней части защитной металлической трубы размещен автономный блок дистанционного контроля и передачи данных. Автономный блок дистанционного контроля и передачи данных и погружной гидростатический датчик давления соединены между собой кабелем, помещенным в защитную металлическую трубу. В блок дистанционного контроля и передачи данных входят: контроллер-модем, аккумуляторная батарея и антенна GSM.

Description

Полезная модель относится к области водоучета на мелиоративных системах сельскохозяйственных территорий и представляет собой устройство для измерения расхода воды и передачи данных на расстояние. Устройство устанавливается на открытом канале оросительной системы.

Заявленная полезная модель состоит из защитной металлической трубы, закрепленной на откосе открытого канала, в нижнем части (оголовке) которой размещен погружной гидростатический датчик давления, расположенный на уровне дна канала и выполняющий роль уровнемера. В верхней части защитной металлической трубы размещен автономный блок дистанционного контроля и передачи данных. Автономный блок дистанционного контроля и передачи данных и погружной гидростатический датчик давления соединены между собой кабелем, помещенным в защитную металлическую трубу.

Известно устройство для измерения расхода воды в открытых оросителях и каналах (KZ 23570, 15.12.2010), содержащее сужающее водосливное сооружение, создающее в створе измерения уровень воды, который однозначно связан с протекающим через сооружение расходом воды. Устройство дополнительно снабжено работающим в автономном режиме регистрирующим прибором, состоящим из измерительного элемента, производящим измерение уровня воды объемным способом с передачей измеренных величин в блок управления работой прибора. Причем измерительный элемент помещен в металлическую трубку с отверстиями и закреплен к стальному кожуху, в котором размещена плата управления прибором. В плате управления, согласно заданной тарированной зависимости, измеренные величины уровней воды преобразуются в параметры расходов. Измеренные значения уровней и вычисленные параметры расходов и др. информация выводятся на алфавитно-цифровой индикатор прибора.

Недостатки данного устройства - требуется установка специального сужающего водосливного сооружения для создания условий измерения уровня воды регистрирующим прибором. Отсутствует оперативность передачи данных на расстояние диспетчеру, так как измеренные и преобразованные данные расхода воды в канале остаются в блоке управления прибора.

Известен способ автоматизированного беспроводного мониторинга уровня жидкости и устройство для его осуществления (RU 2722862, 04.06.2020). Устройство состоит из трубки с одним открытым концом, внутри трубки установлена герметичная перегородка с образованием в трубке двух полостей, при этом в первой полости, образованной со стороны открытого конца трубки, установлен первый сенсор давления воздуха, а во второй полости, со стороны закрытого конца трубки, установлен второй сенсор давления воздуха, радиопередающее устройство, контроллер управления с программным обеспечением, соединенный с радиопередающим устройством и с каждым сенсором давления воздуха, источник питания соединенный с контроллером управления и с радиопередающим устройством, причем трубка имеет сквозное отверстие на участке между герметичной перегородкой и закрытым концом. Определение уровня жидкости достигается путем первоначальной разницы давления воздуха в герметически разделенной трубке, с двух концов снабженной по одному сенсору и имеющей отверстие с одной стороны, которая опускается на дно водоема выше или ниже уровня жидкости. С помощью первого сенсора давления измеряют давление воздуха в первой полости, а с помощью второго сенсора - снаружи трубки. При помощи контроллера управления программным обеспечением сопоставляют разницу давлений воздуха и периодически отправляют сообщения с помощью радиопередающего устройства на базовую станцию. На базовой станции сообщение обрабатывается и отправляется на сервер, на котором по разнице давлений воздуха определяют уровень жидкости.

Недостаток устройства в использовании двух сенсоров давления воздуха, которые увеличивают число операций по обработке информации и тем самым понижают скорость информативности и точности измерений при их взаимодействии.

Известно устройство для измерения расхода жидкости в открытых каналах (RU 2485449, 20.06.2013). Устройство состоит из блока измерения средней скорости потока жидкости, включающее несколько приемопередающих датчиков и блока измерения уровня жидкости, включающий приемопередающий датчик, которые связаны с устройством для управления формированием ультразвуковых импульсов, вычисления и отображения информации о расходе жидкости (блоком обработки). Измерение глубины воды в канале производится с помощью одного ультразвукового датчика, подвешенного на горизонтальной телескопической штанге, а измерение средней скорости потока с помощью нескольких ультразвуковых приемопередающих датчиков, работающих совместно с пассивными отражателями ультразвуковых импульсов. Полученные данные поступают в блок обработки, где определяется расход воды в открытом канале и собирается вся информация. Его недостатки - сложное устройство, требующее частой настройки телескопических штанг, конечная информация не может передаваться на расстояние.

Наиболее близким устройством к заявленной полезной модели является устройство для измерения параметров водного потока (KZ 30273, 17.08.2015) состоящее из готовых модульных платформ в портативном пыле-влагозащищаемом корпусе с приемно-передающей антенной и автономным источником электрического тока. Устройство также включает модуль с ультразвуковыми излучателями для измерения расстояний акустическим методом, программно-управляющий микроконтроллерный модуль с математическим фильтром и встроенным счетчиком-таймером для управления модулем определения расстояний и коммуникации GSM/GPRS-модуля в целях автономного функционирования совместно и на основе с внешними автоматизированными системами оперативного контроля и управления водными потоками оросительной сети. Техническое решение предназначено для дистанционного непрерывного контроля уровня и расхода воды в потоках оросительных каналов с применением акустического метода.

Недостатками данного устройства являются: его стоимость и сложность устройства, так как необходима дополнительная конструкция для поддержания ультразвукового излучателя над водной поверхностью. При применении его на открытом канале, на ультразвуковые сигналы, посылаемые ультразвуковым излучателем, могут влиять: плавающий мусор, препятствия в виде затворов канала или подводящей трубы, разность температур воздуха и воды, что ухудшает отражающие свойства прибора.

Цель заявленной полезной модели - повышение точности измерения расхода воды в открытом канале.

Поставленная цель достигается тем, что для определения расхода воды используется гидростатический датчик давления, находящийся на дне открытого канала в оголовке трубы, закрепленной на откосе канала, который определяет показатель уровня жидкости и преобразует его в унифицированный токовый сигнал, поступающий в блок дистанционного контроля и передачи данных. Блок принимает сигнал и преобразует его в показатель расхода жидкости с последующей передачей информации на расстояние в пункт приема (диспетчерский пункт).

Сущность технического решения поясняется чертежами. На фигуре 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства измерения расхода воды и передачи данных на расстояние (полезная модель). На фигуре 2 приведена схема оголовка защитной металлической трубы в которой установлен гидростатический датчик давления. На фигуре 3 приведена схема блока дистанционного контроля и передачи данных.

Устройство для измерения расхода воды и передачи данных на расстояние (полезная модель) (фиг. 1) состоит из защитной металлической трубы 1, закрепленной к откосу 2 открытого участка канала 3 швеллером 4, в нижней части которой в оголовке 5 на дне канала 6 находится гидростатический датчик давления 7, соединенный специальным соединительным кабелем 8 с автономным блоком дистанционного контроля и передачи данных 9 находящимся в специальном антивандальном корпусе 10.

Оголовок 5 (фиг. 2) металлической трубы 1 включает опорную пластину 11 и технологическое отверстие 12 для контакта расположенного в нем гидростатического датчика давления 7 с водой в канале, а также проводящий соединительный кабель 8 для передачи данных от датчика давления 7 к блоку дистанционного контроля и передачи данных.

Блок дистанционного контроля и передачи данных 9 (фиг. 3) включает антивандальный корпус 10, в котором расположены: контроллер-модем 13, аккумуляторная батарея 14, антенна GSM 15. Блок дистанционного контроля и передачи данных 9 соединен с гидростатическим датчиком давления 7 при помощи проводящего соединительного кабеля 8, защищенного от внешней среды металлической трубой 1.

Устройство для измерения расхода воды и передачи данных на расстояние (полезная модель) работает следующим образом.

Вода, поступающая в оросительный канал, создает высоту водного столба жидкости h, которая измеряется гидростатическим датчиком давления 7, расположенным на дне канала 6 в оголовке 5 с технологическим отверстием 12 защитной металлической трубы 1. Гидростатический датчик давления 7 воспринимает измеряемую величину и преобразует ее в унифицированный токовый сигнал, поступающий в контроллер-модем 13 блока дистанционного контроля и передачи данных 9 по проводящему соединительному кабелю 8.

Контроллер-модем 13, используя модуль входа, получает данные от гидростатического датчика давления 7, при помощи специальной программы, включающей градуировочную зависимость расхода воды от уровня Q=ƒ(h), определяет расход воды в канале за заданный период и передает данные по модулю связи при помощи антенны GSM 15 на сервер компьютера диспетчеpa. Аккумуляторная батарея 14 обеспечивает автономность электропитания устройства.

Период передачи данных согласовывается с графиком подачи воды в оросительный канал и также программируется в контроллер-модем 13.

Антенна GSM 15 предназначена для приема и передачи сигналов сотовой связи при помощи радиоканала с использованием модема находящегося в контроллере-модеме 13, который может быть запрограммирован также для подачи SMS-сообщений о вскрытии прибора и о восстановлении нормальной работы.

Поставленная цель заявленной полезной модели реализуется следующим образом. Применение гидростатического датчика давления в предлагаемом устройстве для выполнения функции уровнемера повышает точность измерения уровня воды (погрешность измерения 0,25-0,5%) за счет возможности его использования в открытых каналах, где из-за наличия волновых колебаний уровня воды, взвешенных наносов, плавника и мусора не представляется возможным получение точных результатов от других конструкций, например, конструкций с применением акустического метода. Повышение точности измерения уровня повышает и точность определения расхода воды в открытом канале, так как определение расхода зависит от градуировочной зависимости расхода от уровня (Q=ƒ(h).

Claims (1)

1. Устройство для измерения расхода воды в открытом канале, состоящее из защитной металлической трубы, выполненной с возможностью ее закрепления к откосу участка открытого канала, и гидростатического датчика давления, размещенного в оголовке упомянутой трубы на уровне дна канала и выполненного с возможностью передачи данных блоку дистанционного контроля и передачи данных, отличающееся тем, что функцию уровнемера выполняет гидростатический датчик давления.