專利名稱：流速自校正明渠流量測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種流速自校正明渠流量測量裝置。
背景技術：
目前，常用的明渠流量測量裝置有二種。一種是巴歇爾槽明渠流量測量裝置，需要在明渠渠道中建造一段標準結構的巴歇爾堰槽，水槽上部設置一臺超聲波液位傳感器，利用巴歇爾槽中下落水頭的水位高度與水流量之間的對應函數(shù)關系，折算出明渠的水流量。還有一種是多聲道超聲波明渠流量測量裝置，在明渠中建造一段標準渠段，在該渠段的二個側壁上安裝多對超聲波探頭，將各液位段的水流速信號同時送給一臺配套的明渠流量測量裝置，由該裝置計算出明渠的平均水流速。這樣，有了明渠的物理寬度，明渠的水位高度，再計算出明渠中水的平均流速，即可求出明渠中水的瞬時流量?，F(xiàn)在常用的這二種明渠流量測量裝置有以下缺陷:1)巴歇爾槽明渠流量測量裝置需構建一段較復雜的標準渠段，該渠段的上下游需有一定的高位差，明渠流量的測量精度較低。2)多聲道超聲波明渠流量測量裝置的流速傳感器探頭安裝在明渠的二側渠壁上，容易受到渠水中泥沙的沖刷磨損，尤其是渠底部二側的傳感器經常會被泥沙掩埋。鑒于明渠內的水流流速與管道內的水流流速特征有根本差異，管道內水流流量測量方法不能適用于明渠。明渠中水流的流速隨著水位的變化而變化，不同的水位層面有不同的流速，呈指數(shù)特性。但是對于一個特定的明渠，在任一液位下，水流中都有一個平均流速點，只要在這個平均流速點測出水流的流速，再根據(jù)檢測的明渠水位高度值和被測明渠的幾何尺寸，即可計算出明渠流量值。

發(fā)明內容
為解決以上技術上的不足，本發(fā)明提供了一種結構簡單，安裝方便，測量準確的流速自校正明渠流量測量裝置。本發(fā)明是通過以下措施實現(xiàn)的:
本發(fā)明的一種流速自校正明渠流量測量裝置，包括:
底座，其上設置有驅動電機、流速變送器和下端穿出底座的豎直筒架，
豎直筒架上設置有由驅動電機驅動的升降機構；
液位傳感器I，設置在底座上，用于檢測明渠內的水位高度；
連桿，套在豎直筒架內，其上端與升降機構連接，下端延伸出豎直筒架；
流速傳感器，連接在連桿的下端，并與流速變送器電連接，用于檢測明 渠內水流流速；
液位傳感器II，設置在流速傳感器上，用于檢測流速傳感器在液面下的深度；以及測控系統(tǒng)，信號連接液位傳感器1、液位傳感器I1、流速變送器和驅動電機；用于根據(jù)明渠內 的水位高度信號，通過升降機構調整流速傳感器在液面下的深度，并根據(jù)液位傳感器II反饋的深度信號將流速傳感器校正至斷面的平均流速點，最終根據(jù)檢測的水位高度值和流速值以及被測明渠尺寸參數(shù)計算出流量值。上述流速傳感器包括帶有電磁線圈的圓柱形管體，所述管體設置有圓弧形導流端面，電磁線圈連接流速變送器。上述連桿為中空結構，連桿底部嵌入到流速傳感器的管體頂部內，所述液位傳感器II位于連桿內的底部。上述升降機構包括設置在豎直筒架頂部的從動滑輪和與驅動電機的轉軸連接的主動滑輪，所述從動滑輪上繞有鋼絲繩，所述鋼絲繩一端連接在連桿的上端，另一端繞在主動滑輪上。上述豎直筒架頂部還設置有輔助滑輪，豎直筒架內設置有繞過輔助滑輪的彈簧管電纜，彈簧管電纜內有兩股電纜，其中一股電纜一端連接流速傳感器的電磁線圈，另一端連接流速變送器；另外一股電纜一端連接液位傳感器II，另一端連接測控系統(tǒng)。上述液位傳感器I為超聲波液位傳感器，所述液位傳感器II為靜壓投入式液位傳感器。上述管體的管徑為150mnT200mm，管體長度是管徑的3 4倍。上述驅動電機為伺服電機。本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明結構簡單，安裝方便，可以在任何寬度的明渠上使用，適用范圍廣；制造成本低，容易推廣；采用閉環(huán)自動控制調節(jié)，測量精度高。



圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為本發(fā)明下部的局部放大圖。圖3為圖2的左視圖。其中:1流速傳感器，2液位傳感器II，3驅動電機，4鋼絲繩，5從動滑輪，6流速變送器，7液位傳感器I，8彈簧管電纜，9外罩，10豎直筒架，11連桿，12底座，13測控系統(tǒng)，14主動滑輪。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明的一種流速自校正明渠流量測量裝置，包括底座12、液位傳感器I 7、連桿11、流速傳感器1、液位傳感器II 2和測控系統(tǒng)13。整個裝置可以懸掛在明渠上方的建筑物上，例如橋底。也可以在較寬的明渠內修筑固定的支撐結構，將本發(fā)明的裝置固定在支撐結構上。因此一般可以在所有寬度的明渠內安裝使用，適用范圍廣。底座12上設置有驅動電機3、流速變送器6和下端穿出底座12的豎直筒架10，豎直筒架上設置有由驅動電機3驅動的升降機構；升降機構采用滑輪和鋼絲繩4的組合，包括設置在豎直筒架10頂部的從動滑輪5和與驅動電機3的轉軸連接的主動滑輪14，從動滑輪5上繞有鋼絲繩4，鋼絲繩4 一端連接在連桿11的上端，另一端繞在主動滑輪14上。當然也可以采用例如絲杠傳動等其它方式實現(xiàn)升降。頂部設置外罩9，起到保護作用。驅動電機3采用伺服電機，伺服電機自帶信號反饋控制裝置，提高了控制精度高，可以使伺服電機精確到位。底座12上還設置有液位傳感器I 7，液位傳感器I 7采用超聲波液位傳感器，用于檢測明渠內的水位高度。豎直筒架10內套有連桿11，連桿11上端與升降機構的鋼絲繩4連接，下端延伸出豎直筒架10，升降機構帶動連桿11升降，豎直筒架10作為連桿11上下滑動的軌道。連桿11的下端連接流速傳感器1，流速傳感器I與流速變送器6電連接，用于檢測明渠內水流流速。流速傳感器I上設置有液位傳感器II 2，液位傳感器II 2采用靜壓投入式液位傳感器，用于檢測流速傳感器I在液面下的深度。流速傳感器I的結構也是特別設計的，如圖2、3所示，包括帶有電磁線圈的圓柱形管體，電磁線圈連接流速變送器6。因為流速傳感器I整體置于水中，所以水流從管體的內部和外部流過，為了降低管體對水流的阻擋作用，管體設置了圓弧形導流端面，類似于飛機機翼端面的流線型設計，減小對水流的阻力，使水流順暢的流過，提高測量精度。管體的管徑為150mnT200mm，管體長度是管徑的3 4倍。連桿11采用中空結構，連桿11底部嵌入到流速傳感器I的管體頂部內，液位傳感器II 2位于連桿11內的底部。因此液位傳感器II 2檢測的液位深度經過修正以后就可以算作流速傳感器I的液位深度。測控系統(tǒng)13，信號連接液位傳感器I 7、液位傳感器II 2、流速變送器6和驅動電機；用于根據(jù)明渠內的水位高度信號，通過升降機構調整流速傳感器I在液面下的深度，并根據(jù)液位傳感器II 2反饋的深度信號將流速傳感器I校正至斷面的平均流速點，最終根據(jù)檢測的水位高度值和流速值以及被測明渠尺寸參數(shù)計算出流量值。豎直筒架10頂部還設置有輔助滑輪，豎直筒架10內設置有繞過輔助滑輪的彈簧管電纜，彈簧管電纜8內有兩股電纜，其中一股電纜一端連接流速傳感器I的電磁線圈，另一端連接流速變送器6 ;另外一股電纜一端連接液位傳感器II 2，另一端連接測控系統(tǒng)13。其工作原理為:液位傳感器I 7檢測到明渠內的水位高度信號并發(fā)送給
測控系統(tǒng)，測控系統(tǒng)13經過計算得出此時的斷面的平均流速點應該在何位置，然后根據(jù)液位傳感器II 2反饋的流·速傳感器I的深度信號，控制驅動電機3動作，驅動電機3正反轉帶動主動滑輪14正反轉,從而鋼絲繩4帶動連桿11升降，也就帶動流速傳感器I升降。經過液位傳感器II 2反饋，測控系統(tǒng)13將流速傳感器I精確校正至斷面的平均流速點，最終根據(jù)檢測的水位高度值和流速值以及被測明渠尺寸參數(shù)計算出流量值。其中明渠的物理寬度是已知固定不變的。可以計算出明渠的瞬時流量和累積流量。以上所述僅是本專利的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本專利的保護范圍。
權利要求
1.一種流速自校正明渠流量測量裝置，其特征在于，包括: 底座，其上設置有驅動電機、流速變送器和下端穿出底座的豎直筒架，豎直筒架上設置有由驅動電機驅動的升降機構； 液位傳感器I，設置在底座上，用于檢測明渠內的水位高度； 連桿，套在豎直筒架內，其上端與升降機構連接，下端延伸出豎直筒架； 流速傳感器，連接在連桿的下端，并與流速變送器電連接，用于檢測明渠內水流流速； 液位傳感器II，設置在流速傳感器上，用于檢測流速傳感器在液面下的深度；以及 測控系統(tǒng)，信號連接液位傳感器1、液位傳感器I1、流速變送器和驅動電機；用于根據(jù)明渠內的水位高度信號，通過升降機構調整流速傳感器在液面下的深度，并根據(jù)液位傳感器II反饋的深度信號將流速傳感器校正至斷面的平均流速點，最終根據(jù)檢測的水位高度值和流速值以及被測明渠尺寸參數(shù)計算出流量值。
2.根據(jù)權利要求1所述流速自校正明渠流量測量裝置，其特征在于:所述流速傳感器包括帶有電磁線圈的圓柱形管體，所述管體設置有圓弧形導流端面，電磁線圈連接流速變送器。
3.根據(jù)權利要求1所述流速自校正明渠流量測量裝置，其特征在于:所述連桿為中空結構，連桿底部嵌入到流速傳感器的管體頂部內，所述液位傳感器II位于連桿內的底部。
4.根據(jù)權利要求1所述流速自校正明渠流量測量裝置，其特征在于:所述升降機構包括設置在豎直筒架頂部的從動滑輪和與驅動電機的轉軸連接的主動滑輪，所述從動滑輪上繞有鋼絲繩，所述鋼絲繩一端連接在連桿的上端，另一端繞在主動滑輪上。
5.根據(jù)權利要求1所述流速自校正明渠流量測量裝置，其特征在于:豎直筒架頂部還設置有輔助滑輪，豎直筒架內設置有繞過輔助滑輪的彈簧管電纜，彈簧管電纜內有兩股電纜，其中一股電纜一端連接流速傳感器的電磁線圈，另一端連接流速變送器；另外一股電纜一端連接液位傳感器II，另一端連接測控系統(tǒng)。
6.根據(jù)權利要求1所述流速自校正明渠流量測量裝置，其特征在于:所述液位傳感器I為超聲波液位傳感器，所述液位傳感器II為靜壓投入式液位傳感器。
7.根據(jù)權利要求2所述流速自校正明渠流量測量裝置，其特征在于:所述管體的管徑為150mnT200mm，管體長度是管徑的3 4倍。
8.根據(jù)權利要求1所述流速自校正明渠流量測量裝置，其特征在于:所述驅動電機為伺服電機。
全文摘要
本發(fā)明的一種流速自校正明渠流量測量裝置，包括底座，其上設置有驅動電機、流速變送器和下端穿出底座的豎直筒架，豎直筒架上設置有由驅動電機驅動的升降機構；液位傳感器Ⅰ，設置在底座上；連桿，套在豎直筒架內，其上端與升降機構連接，下端延伸出豎直筒架；流速傳感器，連接在連桿的下端，并與流速變送器電連接；液位傳感器Ⅱ，設置在流速傳感器上，用于檢測流速傳感器在液面下的深度；以及測控系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果是結構簡單，安裝方便，可以在任何寬度的明渠上使用，適用范圍廣；制造成本低，容易推廣；采用閉環(huán)自動控制調節(jié)，測量精度高。
文檔編號G01F1/704GK103245385SQ201310181539
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月16日 優(yōu)先權日2013年5月16日
發(fā)明者衣巍, 徐亦非 申請人:濟南魯紡儀佳自控技術有限公司