專利名稱：排水管道流量和流速同步測(cè)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流量、流速測(cè)定裝置，適用于建筑內(nèi)衛(wèi)生器具排水的流量和流速的測(cè)定，屬于給排水技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著水資源的日益短缺，衛(wèi)生器具節(jié)水勢(shì)在必行。為了研究衛(wèi)生器具的節(jié)水潛力， 需要研究分析其出流的水力特性，而流量和流速是水力特性中兩個(gè)最重要的特征指標(biāo)。目前，傳統(tǒng)的流量測(cè)定裝置主要有體積法測(cè)定裝置和質(zhì)量法測(cè)定裝置；傳統(tǒng)的流速測(cè)定方法主要是斷面間平均流速測(cè)定方法。體積法測(cè)定流量裝置和質(zhì)量法測(cè)定流量裝置都存在著不同程度的缺陷。體積法測(cè)定流量裝置是利用體積計(jì)量容器計(jì)量衛(wèi)生器具的出流量，方法是在一段時(shí)間內(nèi)計(jì)量容器所收集的衛(wèi)生器具排水的體積，然后根據(jù)收集的水體積和所記錄的時(shí)間，計(jì)算出該時(shí)間段內(nèi)的流量；質(zhì)量法測(cè)定流量裝置是用秤等質(zhì)量測(cè)定裝置計(jì)量在一時(shí)間段內(nèi)收集水量的質(zhì)量， 然后根據(jù)收集水的質(zhì)量及時(shí)間，可得到該時(shí)間段的流量。這兩種流量測(cè)定方法有一個(gè)共同的特點(diǎn)就是得到的流量值是平均流量，而不是瞬時(shí)流量值，不能反映衛(wèi)生器具在一個(gè)排水過程中的出流量隨時(shí)間變化的過程，無法反映出衛(wèi)生器具真實(shí)的出流特性。同樣，斷面間平均流速測(cè)定方法也有著與上述流量測(cè)定方法相同的缺點(diǎn)，它也是通過計(jì)算兩個(gè)斷面之間水流流過的時(shí)間，得到的也是平均流速，不能真實(shí)反映水流經(jīng)過某一斷面的瞬時(shí)流速，也無法反映水流在管道中的流速分布情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠反映衛(wèi)生器具排水過程、能夠測(cè)得任意時(shí)刻流量值和任意斷面速度值的排水管道流量和流速同步測(cè)定裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案包括流量測(cè)定裝置、流速測(cè)定裝置和計(jì)算機(jī)，所述流量測(cè)定裝置包括減緩沖擊計(jì)量水箱，上端開有用于接收預(yù)定排水管道排出水的注水口，下端開有小孔；穩(wěn)壓電源，用于為差壓變送器提供預(yù)定的電壓；差壓變送器，通過軟管與減緩沖擊計(jì)量水箱下端的小孔相連通，用于當(dāng)減緩沖擊計(jì)量水箱的水位發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)壓強(qiáng)的變化產(chǎn)生相應(yīng)的電流；A/D數(shù)據(jù)采集卡，用于采集與差壓變送器連接的電阻兩端的電壓，并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)；所述流速測(cè)定裝置包括攝像機(jī)，用于以預(yù)定的頻率拍攝參照物在預(yù)定排水管道內(nèi)隨水流移動(dòng)的畫面，并將拍攝的畫面實(shí)時(shí)傳送給計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)，用于接收攝像機(jī)傳送的實(shí)時(shí)拍攝的畫面，并計(jì)算出預(yù)定位置排水管道中水的流速，以及接收A/D數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送的數(shù)字信號(hào)，并計(jì)算出預(yù)定位置排水管道中水的流量。本發(fā)明通過拍攝參照物在排水管道中的流動(dòng)畫面以及在減緩沖擊計(jì)量水箱中水位壓強(qiáng)的變化的測(cè)定，能夠?qū)⑴臄z畫面和測(cè)定結(jié)果轉(zhuǎn)換獲得相應(yīng)的流速和流量，具有安裝操作簡(jiǎn)便、測(cè)定精度高、便于安裝和不受場(chǎng)地限制等優(yōu)點(diǎn)，不僅適合于建筑內(nèi)衛(wèi)生器具排水流量、流速的測(cè)定，還適用于排水橫管水流流速、排水立管水流速度的測(cè)定，而且可用于各種設(shè)備的流速和小流量的測(cè)試工作。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
提供的排水管道流量和流速同步測(cè)定裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明較佳的實(shí)施例見圖1，相應(yīng)的排水管道流量和流速同步測(cè)定裝置包括流量測(cè)定裝置、流速測(cè)定裝置和計(jì)算機(jī)，相應(yīng)的流量測(cè)定裝置包括減緩沖擊計(jì)量水箱1，上端開有用于接收預(yù)定排水管道8排出水的注水口，下端開有小孔；穩(wěn)壓電源2，用于為差壓變送器3提供預(yù)定的電壓；差壓變送器3，通過軟管與減緩沖擊計(jì)量水箱1下端的小孔相連通，用于當(dāng)減緩沖擊計(jì)量水箱1的水位發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)壓強(qiáng)的變化產(chǎn)生相應(yīng)的電流；A/D數(shù)據(jù)采集卡4，用于采集與差壓變送器3連接的電阻兩端的電壓，并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)5 ；相應(yīng)的流速測(cè)定裝置包括攝像機(jī)6，用于以預(yù)定的頻率拍攝參照物7在預(yù)定排水管道8內(nèi)隨水流移動(dòng)的畫面，并將拍攝的畫面實(shí)時(shí)傳送給計(jì)算機(jī)5 ；相應(yīng)的計(jì)算機(jī)5，用于接收攝像機(jī)6傳送的實(shí)時(shí)拍攝的畫面，并計(jì)算出預(yù)定排水管道中水的流速，以及接收A/D數(shù)據(jù)采集卡4發(fā)送的數(shù)字信號(hào)，并計(jì)算出預(yù)定排水管道中水的流量。具體的，在流速測(cè)定裝置中的攝像機(jī)6可以采用高速攝影機(jī)(拍攝頻率為每秒 1000-5000幀)、預(yù)定排水管道8可以選取透明管道、相應(yīng)的參照物7可選用密度為0. 9 0. 95的空心球體。這樣參照物7會(huì)漂浮在水面上，當(dāng)參照物7隨水流移動(dòng)的速度能夠客觀反映水流的速度，用高速攝像機(jī)以固定的拍攝頻率(例如1000幀/秒)拍攝參照物經(jīng)過透明管道某一斷面的過程，然后計(jì)算出參照物7每幀移動(dòng)的距離，可得到參照物經(jīng)過該斷面移動(dòng)的流速，也就得到水流經(jīng)過該斷面的流速。流速和流量測(cè)定工作可以同時(shí)進(jìn)行也可以分開進(jìn)行。流速測(cè)定裝置操作簡(jiǎn)便，在流速測(cè)定開始前，首先將排水管道8分成若干個(gè)斷面，并在每個(gè)斷面上固定一段刻度尺，精度為毫米。將攝像機(jī)6架設(shè)在距斷面0. 5m附近，調(diào)好焦距和拍攝頻率，然后將數(shù)個(gè)參照物放入衛(wèi)生器具中，啟動(dòng)沖水裝置，拍攝參照物經(jīng)過該斷面的過程，并將拍攝畫面實(shí)時(shí)傳送到計(jì)算機(jī)6儲(chǔ)存；停止拍攝后，將儲(chǔ)存的拍攝畫面進(jìn)行處理，計(jì)算出參照物7每幀移動(dòng)的距離， 根據(jù)攝像機(jī)6的拍攝頻率就可得到移動(dòng)速度，也就得到水流通過該斷面的流速。在測(cè)定 流速同時(shí)，可進(jìn)行流量測(cè)定工作。在流量測(cè)定過程中，排水管道8中的水流流至減緩沖擊計(jì)量水箱1，減緩沖擊計(jì)量水箱1內(nèi)的水位上升并致使減緩沖擊計(jì)量水箱1下端小孔處測(cè)壓點(diǎn)壓強(qiáng)增大，差壓變送器3能夠感應(yīng)減緩沖擊計(jì)量水箱1下端小孔處測(cè)壓點(diǎn)壓強(qiáng)的變化，在穩(wěn)壓電源2提供的電壓下產(chǎn)生電流，將壓強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，此時(shí)A/D 數(shù)據(jù)采集卡4會(huì)采集與差壓變送器3連接的電阻兩端的電壓，并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)5存儲(chǔ)。由于壓強(qiáng)值與電壓值是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，通過對(duì)減緩沖擊計(jì)量水箱1進(jìn)行標(biāo)定，就能得到電壓與水量的線性關(guān)系。運(yùn)用相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)計(jì)算機(jī)5存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，就可以得到流量與時(shí)間曲線(Q與t曲線)，從曲線上很容易讀取任意時(shí)刻衛(wèi)生器具出流的流量值?？蛇x的，為減小水流進(jìn)入減緩沖擊計(jì)量水箱1引起的水面波動(dòng)，在減緩沖擊計(jì)量水箱1的內(nèi)部設(shè)置阻尼填料等材料，以消耗水面波動(dòng)引起的干擾動(dòng)能，從而減小誤差提高測(cè)定精度。采用本具體實(shí)施方式
提供的技術(shù)方案，通過拍攝參照物在排水管道中的流動(dòng)畫面以及在減緩沖擊計(jì)量水箱中水位壓強(qiáng)的變化的測(cè)定，能夠?qū)⑴臄z畫面和測(cè)定結(jié)果轉(zhuǎn)換獲得相應(yīng)的流速和流量，具有安裝操作簡(jiǎn)便、測(cè)定精度高、便于安裝和不受場(chǎng)地限制等優(yōu)點(diǎn)，不僅適合于建筑內(nèi)衛(wèi)生器具排水流量、流速的測(cè)定，還適用于排水橫管水流流速、排水立管水流速度的測(cè)定，而且可用于各種設(shè)備的流速和小流量的測(cè)試工作。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種排水管道流量和流速同步測(cè)定裝置，其特征在于，包括流量測(cè)定裝置、流速測(cè)定裝置和計(jì)算機(jī)。所述流量測(cè)定裝置包括減緩沖擊計(jì)量水箱，上端開有用于接收預(yù)定排水管道排出水的注水口，下端開有小孔；穩(wěn)壓電源，用于為差壓變送器提供預(yù)定的電壓；差壓變送器，通過軟管與減緩沖擊計(jì)量水箱下端的小孔相連通，用于當(dāng)減緩沖擊計(jì)量水箱的水位發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)壓強(qiáng)的變化產(chǎn)生相應(yīng)的電流；A/D數(shù)據(jù)采集卡，用于采集與差壓變送器連接的電阻兩端的電壓，并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)； 所述流速測(cè)定裝置包括攝像機(jī)，用于以預(yù)定的頻率拍攝參照物在預(yù)定排水管道內(nèi)隨水流移動(dòng)的畫面，并將拍攝的畫面實(shí)時(shí)傳送給計(jì)算機(jī)；所述計(jì)算機(jī)，用于接收攝像機(jī)傳送的實(shí)時(shí)拍攝的畫面，并計(jì)算出預(yù)定位置排水管道中水的流速，以及接收A/D數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送的數(shù)字信號(hào)，并計(jì)算出預(yù)定位置排水管道中水的流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排水管道流量和流速同步測(cè)定裝置，其特征在于，所述參照物是密度為0. 9 0. 95的空心球體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排水管道流量和流速同步測(cè)定裝置，其特征在于，所述減緩沖擊計(jì)量水箱中設(shè)置有阻尼填料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的排水管道流量和流速同步測(cè)定裝置，其特征在于，所述攝像機(jī)是高速攝像機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種排水管道流量和流速同步測(cè)定裝置，減緩沖擊計(jì)量水箱上端開有注水口，下端開有小孔；穩(wěn)壓電源用于為差壓變送器提供電壓；差壓變送器通過軟管與減緩沖擊計(jì)量水箱下端的小孔相連通，用于根據(jù)壓強(qiáng)的變化產(chǎn)生相應(yīng)的電流；A/D數(shù)據(jù)采集卡用于采集與差壓變送器連接的電阻兩端的電壓，并將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)發(fā)送給計(jì)算機(jī)；攝像機(jī)用于拍攝參照物在排水管道內(nèi)隨水流移動(dòng)的畫面，并將拍攝的畫面實(shí)時(shí)傳送給計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)用于接收攝像機(jī)傳送的實(shí)時(shí)拍攝的畫面，通過圖像采集頻率和每幀圖像的位移距離計(jì)算出排水管道中水的流速，以及接收A/D數(shù)據(jù)采集卡發(fā)送的數(shù)字信號(hào)，并計(jì)算出排水管道中水的流量。本發(fā)明適合于建筑內(nèi)衛(wèi)生器具以及排水橫管的排水流量、流速的測(cè)定。
文檔編號(hào)G01P5/00GK102155961SQ201110074250
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月25日
發(fā)明者吳俊奇, 張雅君, 王文海, 翟立曉, 韓芳 申請(qǐng)人:北京建筑工程學(xué)院