专利名称:明渠自动量水仪的制作方法
本发明涉及水计量仪，特别涉及明渠自动量水仪。
现在对明渠水进行测量，主要采用三种方法。第一种是流速面积法，第二种是特设设备量水法。第三种是用水工建筑物量水法。用流速面积量水法量水法量水，工作量大，可靠性差;采用特设设备量水，上游会发生淤积壅水现象，不利于漂浮物通过;利用水式建筑物量水，尽管比较经济，但对于不同流量呈不同流态的涵闸不宜采用，且工作量大。
本发明的目的是克服公知技术的缺陷，提供一种不改变水流形态，不受漂浮物影响的自动量水仪。
本发明所说的明渠自动量水仪，是根据水力学中明渠均匀流和恒定渐变非均匀流的计算理论而研制的。在非均匀流的计算过程中，流量模数用被测段上的上下游断面的平均值代替，同时认为断面比能和水力坡降在被测段内成线性变化。量水仪固定在渠堤上，仅有三条埋在地下的测压管和渠道相通。处于上游和下游的两个测压管是水力坡降测压管。两测点的距离以20-90米为宜。处于中间的测压管是平均水深测压管。由于被测段很短，在恒定渐变非均匀流状态下，水深变化很缓，处于中间的水深测压管测得的水深，即可作为平均水深。以此可算出平均流量模数。同时，因被测段流速水头差很小，忽略流速水头差仍能保证计算精度。因此，根据水力学中明渠恒定均匀流的基本方程，则有Q2＝K2J＝K2(ΔZ)/(ΔS) K＝ACR]]>
式中，Q-过流量K-流量模数J-水力坡降ΔZ-水位差ΔS-被测段长度A-断面面积C-谢才系数(C＝ 1/(n)
)R-水力半径测流公式可简化为Q＝KJ]]>因此本仪器既可用于均匀流测量也可用于恒定渐变非均匀流的测量。
本仪器把各水力要素(边坡系数m、底宽b、糙率n)及被测段长度ΔS作为已知量输入运算盘。仅把水深h和水位差ΔZ作为自变量，连续地输入到仪器内进行运算。本发明的计算部分可以根据图算原理进行说明。计算部分主要有两个运算盘，一个活动连杆和一个记录笔杆，两个运算盘相当于两个活动计算尺。一个是流量模数运算盘，它受水深的控制;另一个是水力坡降运算盘，它受上下游两测点水位差的控制。流量模数运算盘是输入了被测段各水力要素的算尺，水力坡降运算盘是输入了被测段长度的算尺。水深测压管将水位传入浮筒，浮筒内的浮子带动流量模数运算盘旋转，输出流量模数值。上下游两测点的水位差使两个转轮产生旋转角度差使滑动电极和电极滑道相接触，接通开关电路，微电机工作。微电机带动水力坡降运算盘输出一水力坡降值。同时带动动滑轮调节旋转角差归零。水力坡降的运算过程构成闭环调节系统。两个运算盘的转动，推动记录笔杆在记录盘上指出流量值，且点划在记录盘上。运算盘及记录笔杆的排列如图3。流量模数运算盘的标值轨迹为α1lgK，水力坡降运算盘的标值轨迹为 1/2 α2lgJ，记录纸的标值为αlgQ。这种排列的动作结果是αlgQ＝α1lgK+ 1/2 α2lgJ，这就把水力学中的乘法运算转化为机械式的加法运算了。式中的α，α1和α2分别为流量、流量模数和水力坡降的尺系数。
本发明的自控电路由两部分构成。第一部分是控制记录盘的记录电路，它是由晶体管、电阻和继电器构成的正偏置电路。当放置在浮筒中的极板之间充水和受水位差控制的行程开关接通后，晶体管导通，继电器吸合，记录钟即开始工作。当浮筒中无水或无水位差时，记录钟不工作。第二部分是微电机的调节电路，主要由晶体管、电阻和继电器构成。当滑动电极和电极滑道接通时，有一个晶体管导通，一个继电器吸合，微电机正转;当滑动电极和另一个电极滑道接通时，另一个晶体管导通，另一个继电器吸合，微电机反转。水位差无变化时，滑动电极处于中立位置，微电机不工作。
运算盘由盘体、传动轴孔和对数螺线槽等构成。其材料可以用塑料板或薄铁皮。制作运算盘必须首先确定螺线槽的轧迹。其方法是首先确定尺系数。根据测流精度要求及流量变幅范围，确定记录盘的大小，即确定了流量的尺系数α，再确定流量模数运算盘的尺系数α1和水力坡降运算盘的尺系数α2。三个尺系数需满足α＝ (α1·α2)/(α1+α2) 。其次是刻制螺线槽。先将水深换算成流量模数运盘的不同旋转角度。根据不同水深和各水力要素(底宽b、边坡系数m、糙率n)计算出流量模数K，K取对数后乘以尺系数α1得到α1lgK值，然后以传动轴孔为极点，以水深对应的角度为极角，以α1lgK为极径，点出某一水深的α1lgK的坐标位置，以此类推把这些座标点连起来，刻出槽，即得到了对数螺线槽，即流量模数运算盘的螺线槽。
水力坡降算盘的螺线槽的制作方法同上述类似，分别以传动轴孔为极点，以一定水位差对应的转角为极角，以 1/2 α2lg (ΔZ)/(ΔS) (ΔZ为水位差，ΔS为被测段长度)为极径，点出一簇坐标点，然后将座标点连成线并刻出槽。在制作过程中，可制出常用对数的螺线槽，也可以制作自然对数的螺线槽，但必须保持一致。
由制作过程可知，刻制螺线槽时是把各水力要素和被测渠段长度作为已知量输入运算盘的。因此，可以批量生产出不同规格的运算盘，供用户选用，也可以按被测渠段的情况临时刻制。
是符合本发明主题思想的示意图。
图1是本发明的原理结构示意图。
图2是本发明的工作位置图。
图3是本发明的运算部件排列图。
图4是本发明的运算盘结构示意图。
图5是本发明的控制电路图。
图6是本发明的微电机逻辑控制图。
现结合附图，以测量恒定渐变非均匀流为例，详细说明如下为叙述方便，首先说明各附图之间的联系部分和需注明的问题。参照附图1，滑动电极(3)和转轮(2)同轴，滑动接点(1)是滑动电极(3)的引出端，滑动接点(1)接至附图5电路中。机械式放大盘(4)和转轮(5)同轴，放大盘(4)上有电极滑道(9)和(10)，其引出端分别为(6)和(7)，引出端(6)接至附图5电路中晶体管BG1的输入端(基极)，引出端(7)接至附图5电路中晶体管BG2的输入端(基极)。放大盘(4)的直径比转轮(2)和转轮(5)的直径大，因此在调节过程中，滑动电极(3)与电极滑道(9)或(10)之间的滑动长度，大于水位差的高度，起到了放大作用。其放大倍数为1.5-20。转轮(2)和转轮(5)的直径应保证一致，即保证在无水位差时，不出现旋转角差。参照附图1，行程开关(17)受微电机(13)的控制。渠中有水位差时，微电机(13)工作。通过变速盒(20)使行程开关(17)发出信号，其输出接点接至附图5电路中晶体管BG1的输入端(基极)。
当被测渠段中有水流动时，就会有水顺3条测压管(28)、(29)和(31)进入仪器(30)中的3个浮筒(32)、(33)和(34)，浮筒中的浮子(25)、(26)和(27)分别与各自的重锤(11)、(12)和(24)配合，带动转轮(2)、(5)和(19)转动。转轮(19)带动流量模数运算盘(23)转动活动连杆(22)的两端插在两个运算盘的螺线槽里。运算盘由盘体(35)、传动轴孔(36)和螺线槽(37)组成。运算盘(23)推动活动连杆(22)移动，使记录笔杆(15)动作，输出流量模数值。因为测压管(31)处于中间位置，故所测得的值就作为被测渠段的平均流量模数值。因为有水流动就有水位差，转轮(2)和转轮(5)之间就会产生旋转角度差，因而使滑动电极(3)与电机滑道(10)相接触，使附图5中的晶体管BG2饱和，继电器J2吸合，微电极(13)工作。微电机(13)通过变速盒(20)带动水力坡降运算盘(21)旋转，运算盘(21)的螺线槽推动活动连杆(22)动作，输出水力坡降值。与此同时，驱动动滑轮(16)动作，在重锤(12)的配合下，将转轮(5)和转轮(2)之间的角差调整归零，则滑动电极(3)和电极滑道(10)脱离，而处于中立位置，则晶体管BG2截止，继电器J2释放。微电机(13)停止工作。一旦水力坡降发生变化，仪器就会重新自行调节运算、受两个运算盘控制的活动连杆(22)推动记录笔杆(15)，在记录盘(8)上点出流量值，随着记录钟(14)的转动，输出一条流量时间过程线，记录笔杆(15)上的拨动杆(18)是为置定过水流量而设的，通过拨动杆(18)，可以调节带启闭电机的闸门的过闸流量。
参照附图5和附图6，由晶体管BG1、电阻R1电阻R2和继电器J1，构成正偏置电路，是控制记录钟(14)的电路。当放置在浮筒(34)中的极板(38)之间充水，行程开关(17)接通时，晶体管BG1导通，继电器J1吸合，记录钟(14)工作。记录盘(8)转动。当浮筒中无水或无水位差时，记录钟(14)不工作。由晶体管BG2、BG3、电阻R2、R3，R4和继电器J2J3构成微电机(13)的调节电路。当滑动电极(3)和电极滑道(10)接通时，继电器J2吸合，微电机(13)正转。当滑动电极(3)和电极滑道(9)接通时，BG3导通，继电器J3吸合，微电机(13)反转。
一般说来，被测渠段应是顺直的渠道，可以是复式断面或其它不规则断面，但在被测段内，断面应保持一致。渠道糙率可以根据具体情况查用经验资料，若测量精度要求较高，最好经实测率定，率定时可采用堰测法。
权利要求
1.一种明渠自动量水仪，主要有三条测压管，三个浮筒，三个浮子，传动机构，运算机构，微电机及自控电路构成，其特征在于本发明所说的明渠自动量水仪用三个传感点对明渠水进行自动计量。
2.根据权利要求
1所说的明渠自动量水仪，其特征在于运算机构由水力坡降运算盘，流量模数运算盘，活动连杆和记录笔杆组成，进行机械式运算。
3.根据权利要求
2所说的水力坡降运算盘和流量模数运算盘其特征在于，运算盘是由盘体，传动轴孔，和对数螺线槽所组成。
专利摘要
一种明渠自动量水仪，采用三点传感量水方法，用三条测压管使仪器与被测段渠水相通。仪器内设与三条测压管相连的三个浮筒，浮筒里的浮子与重锤配合，带动滑轮转动，驱动运算盘转动，运算盘推动记录笔杆输出流量值。
文档编号G01F1/52GK87101303SQ87101303
公开日1988年8月3日 申请日期1987年1月20日
发明者牛奔, 张仲煌, 姜琳华 申请人:牛奔导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan