專利名稱：一種用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的明渠流量計(jì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流量的測(cè)量，尤其是一種應(yīng)用純機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)量系統(tǒng)，用 于像水渠這樣的流體流動(dòng)斷面面積處于變動(dòng)狀態(tài)的、長期不間斷流量計(jì)量的方 法。
背景技術(shù)：
水渠的流量計(jì)量是一個(gè)古典的計(jì)量問題，水渠是水傳送的主要方式之一， 也是一種最經(jīng)濟(jì)的方式。只要條件可能，像取水、排水時(shí)，尤其是企業(yè)廢水排 放，大多釆用明渠排放，在以節(jié)能減排、節(jié)約能源作為長期國策的今天，對(duì)各 種取水、污水排放的計(jì)量和監(jiān)控便成為不可缺少的基本事項(xiàng)了 。
傳統(tǒng)的明渠流量計(jì)量方法有多種，其中較經(jīng)典的有標(biāo)準(zhǔn)斷面積法，即通過
有規(guī)則的過水渠道，測(cè)量出其過水面積S和平均流速r ，計(jì)算流量g，即e = sw
其中r為過水時(shí)間，在明渠流量中由于s、 r均為,的函數(shù)，s=s(f), r=7(0
因此，正確表達(dá)式應(yīng)為
0=|^( (1)
對(duì)于封閉管道，即5 = 5。為常數(shù)，使得
2 = S0_[V(， (2)
整個(gè)計(jì)量方式便大大簡化了，所有水表，還有管道式流量計(jì)，其基本工作 原理均為(2)。對(duì)于像(l)中表達(dá)二維變量的流量，目前釆用得較多的是燕尾 槽式超聲波流量計(jì)(以下簡稱燕計(jì))，燕計(jì)作為當(dāng)前明渠流量計(jì)量幾乎是唯一的 選擇，正在擔(dān)當(dāng)起排放監(jiān)測(cè)的歷史重任，但燕計(jì)有著一些先天性的缺點(diǎn)，使其 在應(yīng)用中造成了不少問題。其缺點(diǎn)主要有
① 必須帶電計(jì)量， 一旦斷電必然停止計(jì)量，因此必須釆用非常手段保證燕 計(jì)的不間斷供電，而明渠計(jì)量如污水計(jì)量往往地處環(huán)境惡劣，供電條件并不好, 單純的UPS電源不足以保證供電的連續(xù)性，線路的損壞、接觸不良，均會(huì)造成 計(jì)量停止。
② 易受外界噪聲干擾。目前由于明渠流量計(jì)量的重點(diǎn)在于企業(yè)的污水排放
計(jì)量，而工礦企業(yè)內(nèi)往往存在較嚴(yán)重的噪聲源，由于其噪聲頻譜較復(fù)雜，容易 使得超聲波換能器受干擾，使計(jì)量失效。
③易受雷電攻擊。由于燕計(jì)大多安裝在空曠地，且附近缺乏雷電保護(hù)裝置， 而燕計(jì)作為智能型弱電設(shè)備，極易受雷電攻擊而損壞。這樣的事例到處發(fā)生，
屢見不鮮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點(diǎn)，提供一種機(jī)械式計(jì)量手段，使得明渠流 量以機(jī)械方式進(jìn)行計(jì)量，從根本上克服上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明所釆取的技術(shù)方案是通過旋轉(zhuǎn)葉輪，將水流流速轉(zhuǎn)換為葉輪旋轉(zhuǎn) 速0，通過無級(jí)變速器，實(shí)現(xiàn)將輸入軸轉(zhuǎn)速^到輸出軸轉(zhuǎn)速/^的變換。
利用液位計(jì)測(cè)出液位^并通過機(jī)械連接，將W皇送到無級(jí)變速器，以實(shí)現(xiàn)
由ffl到/7W轉(zhuǎn)速變換。
對(duì)于矩形明槽計(jì)量而言，則是通過無級(jí)變速器將輸入軸轉(zhuǎn)速^到輸出軸轉(zhuǎn)速 //w的變換。
根據(jù)本發(fā)明制作的流量計(jì)有如下特征
(1) 通過純機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)明渠流量計(jì)量，計(jì)量過程不用電。
(2) 通過無級(jí)變速器動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算；使輸入軸的轉(zhuǎn)速^變?yōu)檩敵龅?轉(zhuǎn)速/^，從而實(shí)現(xiàn)了過水?dāng)嗝婷娣e連續(xù)變化的流量計(jì)量。
(3) 通過浮子式液位計(jì)測(cè)出的液位高度//,并通過機(jī)械連接將其位置信息 輸入到無級(jí)變速器，使其實(shí)現(xiàn)// 的變速輸出。
與燕計(jì)相比較，本發(fā)明的積極效果在于
1、 相對(duì)燕計(jì)的計(jì)量需依賴于供電，本發(fā)明用純機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)；是一個(gè)內(nèi)部 循環(huán)的計(jì)量系統(tǒng)，不依賴于外部條件，只要機(jī)械結(jié)構(gòu)不受破壞，便能穩(wěn)定長期 地工作。
2、 不受外部干擾和雷電影響，克服了燕計(jì)在這一方面的重大缺陷。
3、 不受噪聲干擾。
綜上所述，以本發(fā)明方法制作的機(jī)械結(jié)構(gòu)式明渠流量計(jì)，只要制作材料選
擇得當(dāng)，制造工藝合理，便能形成一個(gè)克服燕計(jì)缺點(diǎn)的、能夠長期穩(wěn)定工作的
明渠流量計(jì)。


圖1為本發(fā)明的明渠流量計(jì)原理示意圖。
圖2為本發(fā)明的無級(jí)變速器原理示意圖。
具體實(shí)施例方式
1、本發(fā)明的技術(shù)依據(jù)為
設(shè)渠道過水?dāng)嗝婷娣e為S， S是水位高度A的函數(shù)，h為時(shí)間t的函數(shù)，則 s =s (h) 即
s =s (h(t))(l) 其中v ( t )為該斷面的平均水流速度。
在該斷面插入一葉輪，將其中一半用外殼擋住，這樣在水流的沖擊下將產(chǎn)
生旋轉(zhuǎn)，滿足V(t)=R Omega (t) 其中R為輪葉片的水力半徑，Omega (t)為葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速<formula>formula see original document page 5</formula> (2)設(shè) <formula>formula see original document page 5</formula>則<formula>formula see original document page 5</formula> (3)
裝置M是一個(gè)無級(jí)變速裝置，通過輸入軸將葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)w輸入，并通過液 位計(jì)F將斷面的液位高度送入M,通過機(jī)械聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)由輸入軸Omega (t)到W(h, t) 的轉(zhuǎn)換，最終由轉(zhuǎn)輪式計(jì)數(shù)器完成累計(jì)也就是積分運(yùn)算。
即<formula>formula see original document page 5</formula>
w為計(jì)數(shù)器的累計(jì)讀數(shù)。則<formula>formula see original document page 5</formula> (4)
以下以矩形明槽流水計(jì)量做進(jìn)一步說明 設(shè)矩形明槽底寬為a，則S =ah
<formula>formula see original document page 5</formula>h0為參照水位， 當(dāng)h=h0
此時(shí)<formula>formula see original document page 6</formula>
其中^,R，a均為常數(shù)，可能通過適當(dāng)?shù)凝X輪系變比，將體現(xiàn)到計(jì)數(shù)器計(jì)量中。
這樣<formula>formula see original document page 6</formula>5) 其中F = f是相對(duì)水位
在實(shí)際安裝i程中，只需選定合適的參照水位，例如最高水位為1.5米 時(shí)，可選米，則//的取值范圍便在0~1.5之間，這樣的//值，利于用無級(jí) 變速器實(shí)現(xiàn)由《到/似的變速轉(zhuǎn)換。
2、關(guān)于無級(jí)變速器的說明
利用無級(jí)變速器實(shí)現(xiàn)由轉(zhuǎn)速^到Hw的轉(zhuǎn)換是本方法的關(guān)鍵點(diǎn)，無級(jí)變速器 已廣泛應(yīng)用于新一代的無級(jí)變速摩托車和汽車上，其實(shí)現(xiàn)的方法也多種多樣， 這里不做太多的闡述；為說明本方法的有效性，只提其中一種。
如圖2所示。無級(jí)變速器由兩個(gè)形狀尺寸完全相同的錐體，及一根三角傳 輸帶組成，通過中間一個(gè)撥叉，撥動(dòng)三角帶上下移動(dòng)，從而達(dá)到速度轉(zhuǎn)速平滑 變換的目的。而撥叉則是通過液位計(jì)，獲得液位信息A，通過適當(dāng)連接方法進(jìn)行 上下?lián)軇?dòng)的控制，使得變速器輸出轉(zhuǎn)速隨液位的升降作出線性變動(dòng)，實(shí)現(xiàn)由輸 入轉(zhuǎn)速w到輸出轉(zhuǎn)速/^的變換，并經(jīng)過適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)比，累計(jì)到計(jì)數(shù)器上，實(shí)現(xiàn) 整個(gè)計(jì)量2 = i a/z。 J[ 過程。
權(quán)利要求
1、一種用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的明渠流量計(jì)量的方法，其特征是:通過旋轉(zhuǎn)葉輪，將水流流速轉(zhuǎn)換為葉輪旋轉(zhuǎn)速ω，通過無級(jí)變速器，實(shí)現(xiàn)將輸入軸轉(zhuǎn)速ω到輸出軸轉(zhuǎn)速hω的變換。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的明渠流量計(jì)量的方法，其特征 是利用液位計(jì)測(cè)出液位l并通過機(jī)械連接，將W皇送到無級(jí)變速器，以實(shí)現(xiàn) 由w到/^轉(zhuǎn)速變換。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的明渠流量計(jì)量的方法，其特征 是對(duì)于矩形明槽計(jì)量而言，則是通過無級(jí)變速器將輸入軸轉(zhuǎn)速w到輸出軸轉(zhuǎn)速 /似的變換。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過旋轉(zhuǎn)葉輪，將水流流速轉(zhuǎn)換為葉輪旋轉(zhuǎn)速ω，通過無級(jí)變速器，實(shí)現(xiàn)將輸入軸轉(zhuǎn)速ω到輸出軸轉(zhuǎn)速hω的變換。利用液位計(jì)測(cè)出液位h，并通過機(jī)械連接，將h值送到無級(jí)變速器，以實(shí)現(xiàn)由ω到hω轉(zhuǎn)速變換。根據(jù)本發(fā)明制作的流量計(jì)有如下特征計(jì)量過程不用電，不依賴于外部條件，不受外部干擾和雷電影響，不受噪聲干擾。只要制作材料選擇得當(dāng)，制造工藝合理，機(jī)械結(jié)構(gòu)不受破壞，就能夠長期穩(wěn)定工作。
文檔編號(hào)G01F1/704GK101382447SQ20071004999
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者孫小唐 申請(qǐng)人:孫小唐