[實(shí)用新型]流速流量測算儀表

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020647701.1
• 申請日: 2010-12-08
• 公開（公告）號: CN201886034U
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁嵐珍;胡甲寧;苗立江
• 申請（專利權(quán)）人: 北京聯(lián)合大學(xué)
• 主分類號: G01P5/02
• 分類號: G01P5/02;G01F1/00
• 代理公司: 北京馳納智財(cái)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11367
• 代理人: 謝亮;王志剛

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種流速流量檢測儀表，尤其涉及用于明渠水流速度和流量的檢測與計(jì)算的智能二次儀表。

背景技術(shù)

明渠水流速度（以下簡稱流速）、水流量（以下簡稱流量）是水文測量中兩個(gè)最基本的物理量。所謂明渠測量是指水體開放，水流面橫截面積不均勻的河道。由于河道流水橫截面的大小隨季節(jié)性變化很強(qiáng)，因此，常常需要實(shí)時(shí)、多點(diǎn)的面積積分計(jì)算。目前，我國在水文測量中普遍使用的流速儀就是在各種不同條件下獲得水體流速信號的測量裝置。

常用的流速儀是機(jī)械式轉(zhuǎn)子流速儀。轉(zhuǎn)子式流速儀是基于點(diǎn)流速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系來工作的，具有成本低，可靠性好，易于便攜等特點(diǎn)。實(shí)際使用中，水流與儀器相互作用的動(dòng)力比較復(fù)雜，流速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，難以用嚴(yán)格的理論推導(dǎo)確定，一般是采用實(shí)驗(yàn)的方法來建立。給定相對流速儀的各種水流速度Vi，測出流速儀對應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，從若干組數(shù)據(jù)中，用方程式或者圖表建立起它們的相關(guān)關(guān)系，即為轉(zhuǎn)子流速儀的檢定方程。

下面是一種計(jì)算平均流速、河道截面積的方式，計(jì)算平均流速與河道截面積的相乘即可得到流量。

平均流速通過流速儀根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)――河流流量測驗(yàn)規(guī)范GB?50179-93[M]由式1.1計(jì)算得出。

式中水利螺距K和每信號轉(zhuǎn)數(shù)?n是流速儀固有的兩個(gè)參數(shù)；阻力系數(shù)C是流速儀檢定部門在對給定的流速儀檢定后給出的校正量；T是單次測量的實(shí)際延時(shí)；A是在實(shí)際測量過程中流速儀發(fā)出的信號脈沖數(shù)。

但是，在實(shí)際的河流流量測量中，測點(diǎn)流速一般不能代表平均流速，河道的截面積也并不總是規(guī)則的梯形。如果不采用部分面積法，而用一個(gè)測點(diǎn)或者部分測點(diǎn)的流速取代整個(gè)河道截面的平均流速直接計(jì)算時(shí)誤差很大。

在部分平均流速一定的條件下，部分流量的準(zhǔn)確度取決于部分面積的準(zhǔn)確度，為提高部分面積的準(zhǔn)確度，將部分面積作進(jìn)一步劃分，采用在兩測速垂線點(diǎn)間加設(shè)若干條測深度不測速度的垂線，如圖1所示，在垂線平均流速Vm2與Vm3間加設(shè)測深垂線H3,H4，由定積分原理知道，加設(shè)的測線數(shù)越多部分面積就越準(zhǔn)確，得到的部分流量就越準(zhǔn)確，從而截面流量的就越準(zhǔn)確。本裝置采用部分面積積分法計(jì)算流量。

部分面積計(jì)算公式為兩邊垂線水深的平均值和間距乘積：

測速垂線見加設(shè)測深垂線者（如f3、f5等），其部分面積等于各測深垂線間的梯行面積之和，其計(jì)算公式為：

以上各式中的H1?、H2等，為實(shí)際水深。若測深，測速沒有同時(shí)進(jìn)行時(shí)，則相應(yīng)的H值的計(jì)算，可先用測深，測速垂線上的水位測量記錄，繪出斷面，由圖中的河底高程與測速時(shí)的水位計(jì)算出應(yīng)用水深。

(1)?部分平均流速的計(jì)算

兩測速垂線中間部分的平均流速的計(jì)算公式為兩垂線平均流速的算術(shù)平均值：

岸邊或死水部分的其計(jì)算公式為，α為平均流速系數(shù)：

(2)?部分流量計(jì)算

部分面積與平均流速的乘積等于部分流量，其計(jì)算公式為：

(3)?斷面流量的計(jì)算

將斷面各個(gè)部分面積流量求和即為斷面總流量，其計(jì)算公式為：

Q即為最后計(jì)算出的斷面流量值。

發(fā)明內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)上述測量斷面流量值的目的，本實(shí)用新型提供一種根據(jù)上述原理測量明渠流水的流速流量，并具有計(jì)算、通信以及遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸功能的智能型二次儀表。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采取了如下兩種技術(shù)方案。

方案一、基于嵌入式系統(tǒng)的方案

設(shè)計(jì)一種流速流量測算儀表，包括由嵌入式微處理器、存儲器電路及輔助電路構(gòu)成的CPU核心電路，與CPU核心電路連接的人機(jī)交互模塊、通信模塊、調(diào)試模塊，接收轉(zhuǎn)子式流速儀輸出信號的信號采集處理接口電路，以及電源模塊。其中，

所述信號采集處理接口電路與CPU核心電路連接，得到采集數(shù)據(jù)。其中，信號采集處理接口電路由依次連接的采樣電路、濾波電路、放大電路組成。

所述通信模塊包括通信接口模塊和無線通信模塊，其中，通信接口模塊包括以太網(wǎng)接口、USB接口、RS232接口，且與嵌入式微處理器直接連接；無線通信模塊由GPRS數(shù)據(jù)傳輸單元構(gòu)成，與所述CPU核心電路連接。

所述電源模塊包括外部和表內(nèi)電池兩套供電系統(tǒng)。

所述人機(jī)交互模塊由TFT液晶顯示器和四線電阻式觸摸屏組成。

所述調(diào)試模塊由JTAG電路構(gòu)成。

為了實(shí)時(shí)性更好，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確度更高，在本方案中增設(shè)一個(gè)單片機(jī)，信號的采集由該單片機(jī)負(fù)責(zé)進(jìn)行，完成采集后經(jīng)通訊端口將數(shù)據(jù)傳送給嵌入式系統(tǒng)，具體方案如下：