CN111121885A - 基于稀释法的明渠自动测流方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于稀释法的明渠自动测流方法是采用盐类、荧光染料和放射性同位素等示踪剂，在具有一定紊动程度的明渠水流上游投放断面，通过A/D单片机发出指令，示踪剂投放装置自动投入示踪剂，与水充分混合后，在下游检测断面用检测点浓度计装置浓度计测量水流浓度，然后换算成流量，本方法测量精度高，适用范围广，省时省力，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种明渠自动测流方法，具体来讲，是采用盐类、荧光染料和放射性同位素等示踪剂，在明渠上游投放断面投放，与水充分混合后，在下游检测断面检测，并由控制系统控制的一种基于稀释法的明渠自动测流方法。
背景技术
现有技术：尤宾. 用稀释法测量排污口流量试验研究[J].水文,2002，22(06):82-85.流量测量仪表种类繁多，用稀释法来检测流量是其中的一种重要方法，外业工作完成后，立即将水样带到实验室进行Cl-分析，并可得出Cl-浓度与时间关系表和曲线图，曲线包围的部分即为流量值；这种方法未能实现自动化，费时费力，人工读数会产生较大的误差。
现有技术：张武云，王林 ，王立军. 电导仪在排污口流量测量中的应用[J].人民,2004，35(10):46-48. 鉴于目前排污口流量测验手段的不足，尝试采用电化学的方法进行排污口流量测量；电导率法测流是在 测验河段的上游施放已知浓度的氯化钠溶液，由于施放溶液的稀释扩散作用和水流的紊动混合，经过一定的时间后，在下游断面达到充分混合，该断面作为取样断面；在取样断面施测水的电导率，即可以推算出排污口废污水的流量；这种方法未能实现自动化，误差较大。
现有技术：叶合欣. 基于示踪剂质量守恒的测流模型研究[J].四川大学学报 ,2007，39(5):26-29. 地下水渗透流速是一个很重要的水文地质参数，示踪技术可较为准确地估算地下水渗透流速；这种方法提出了新公式，但工程实际运用中，未能实现自动化，有一定的误差存在。
发明内容
本发明要解决的具体技术问题是现有测量方法测量精度低，适用范围小，操作复杂，人工读数误差大的问题，找出一种结合物联网云平台的自动测流方法，能够直接在计算机上显示或传给LED现场显示。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案。
一种基于稀释法的明渠自动测流方法，其特征在于：所述自动测流方法是基于物联网云平台，通过浓度直接换算成流量测量明渠流量的，所采用的明渠自动测流装置是一U型结构框架，在所述U型结构框架的顶端一侧横跨投放断面设置有示踪剂投放装置，另一侧横跨检测断面设置有检测点浓度计装置，并通过总线RS485与所述控制系统连接控制；所述控制系统是由多路开关电路、放大器、A/D单片机、GPRS模块及其显示中心连接所述示踪剂投放装置与所述检测点浓度计装置构成；具体自动测流方法是按下列步骤进行的：
（1）将自动测流装置横跨明渠上，并调整装置为水平位置，再将检测点浓度计装置的浓度计调至水面以下，直到每个浓度计都能显示水流起始浓度读数；
（2）将投放装置横板置于投放断面，将浓度计横板置置于检测断面；
（3）接通电源，点击液晶显示屏的开始，控制系统A/D单片机开始向示踪剂投放装置与检测点浓度计装置发出指令；
（4）示踪剂投放装置中，搅拌器搅拌水箱中的示踪剂溶液，使其混合均匀后，打开上电磁阀门进入量筒，关闭上电磁阀门，打开下电磁阀门，量筒中的示踪剂溶液通过管道投放至水流中，关闭下电磁阀门；
（5）检测点浓度计装置，将持续变化的n组水流浓度值模拟量数据，传输给多路开关电路，然后由A/D单片机发出指令，多路开关电路执行指令，分别将n组数据 ，经过放大器放大，逐一传输给A/D单片机进行处理，n组流量值Q取算数平均值，算数平均值直接传给LED进行现场显示，或通过总线RS485传输给远端的GPRS模块，通过无线远距离传输给控制中心，进行实时在线观测和储存。
一种基于稀释法的明渠自动测流方法，其特征在于：所述浓度计是测量明渠水流的浓度值，浓度通过A/D单片机处理直接换算成流量，浓度与明渠流量的换算公式为：
一次注入法流量推求公式为：
其中：Q为测验明渠的流量；C0为取样断面处水流中原有的示踪剂浓度；C1为上游断面处一次注入示踪剂的浓度；C2为不同时间在取样断面处的示踪剂浓度；V为上游断面处一次注入示踪剂浓度为C1的全部溶液体积；T为示踪剂在取样断面由出现至消失的总历时。
本发明上述一种基于稀释法的明渠和管道自动测流方法，与现有技术相比，本方法基于物联网云平台，采用简单的U型明渠自动测流装置，通过浓度直接换算成流量测量明渠流速，测量精度高，适用范围广，省时省力，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明自动测流装置的机械结构图。
图2是本发明示踪剂投放装置的机械结构正视图。
图3是本发明示踪剂投放装置的机械结构剖面图。
图4是本发明测流装置的工作原理图。
图5是本发明检测点浓度计装置的机械结构图。
图中： 1：投放装置横板；2：管道；3：下电磁阀门；4：量筒；5：上电磁阀门； 6：水箱；7：搅拌器； 8：浓度计1；9：浓度计2；10：浓度计n；11：浓度计横板；12：水面线；13：省略号；14：取样断面。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作出进一步的详细说明。
如附图1-附图5所述，实施一种基于稀释法的明渠自动测流方法，该方法基于物联网云平台，通过浓度直接换算成流量，流量只是浓度和时间的函数，采用自动测流装置，测量明渠流量。
其中的自动测流装置包括示踪剂投放装置，见附图2和附图3，控制系统见附图4，检测点浓度计装置见附图5，附图2是示踪剂投放装置的机械结构正视图，附图3是示踪剂投放装置的机械结构剖面图；示踪剂投放装置位于水流上游，由A/D单片机控制，检测点浓度计装置位于水流下游，由A/D单片机控制，示踪剂投放装置和检测点浓度计装置之间的水流长度为混合长度LM，控制系统包括多路开关电路、放大器、自带A/D单片机、GPRS模块、显示和中心，检测点浓度计装置和示踪剂投放装置通过总线RS485与控制系统连接，检测点浓度计装置感应到持续变化的n组浓度值，将模拟量数据传输给多路开关电路，然后由自带A/D单片机发出指令，多路开关电路执行指令，分别把n组数据，经过放大器放大，逐一传输给自带A/D转换功能的单片机进行处理，n组流量值Q取简单算数平均值，算数平均值流量直接传给LED进行现场显示，或通过总线RS485传输给远端的GPRS模块，通过无线远距离传输给控制中心，进行实时在线观测和储存。
具体方法是根据附图4，按下列步骤进行的：
步骤一、将自动测流装置横跨明渠上，并调整装置为水平位置，再将检测点浓度计装置附图5中的均匀分布的浓度计调至水面以下，直到每个浓度计都能显示水流起始浓度读数；
步骤二、将投放装置横板1放于上述投放断面上，即投放断面位置放示踪剂投放装置见附图2；将浓度计横板置11放于上述检测断面上，即检测断面位置放检测点浓度计装置见附图5；
步骤三、接通电源，点击液晶显示屏上的开始，控制系统中的自带A/D单片机开始向示踪剂投放装置见附图2和检测点浓度计装置见附图5发出指令；
步骤四、示踪剂投放装置见附图2中，搅拌器7搅拌体积为5-10LD 水箱6中的浓度为50-200g/L的示踪剂溶液，搅拌2分钟，使其混合均匀；搅拌完成后，打开上电磁阀门5，10秒钟后，体积为0.5-1L的量筒4，已经装满了示踪剂溶液，关闭上电磁阀门5，打开下电磁阀门3，5秒钟后，量筒4中的示踪剂溶液，全部通过管道2放完，关闭下电磁阀门；
步骤五、检测点浓度计装置见附图5，将持续变化的n组水流浓度值模拟量数据，传输给多路开关电路，然后由自带A/D单片机发出指令，多路开关电路执行指令，分别把n组数据 ，经过放大器放大，逐一传输给自带A/D转换功能的单片机进行处理，n组流量值Q取简单算数平均值；简单算数平均值流量直接传给LED进行现场显示，或通过总线RS485传输给远端的GPRS模块，通过无线，远距离传输给控制中心，进行实时在线观测和储存。
上述具体实施方式的原理如下：
稀释法测流是采用盐类、荧光染料和放射性同位素等示踪剂，在具有一定紊动程度的明渠和管道中，在上游投放断面投入示踪剂，与水充分混合后，在下游检测断面用浓度计测量水流浓度，然后换算成流量的方法；要求测流段无引入支流，有一定的混合长度，可以使溶液与水混合均匀，示踪剂不能与水及水中物质发生化学反应，不能与光发生光合作用；上游投放断面注入示踪剂有两种方法：一次注入法和匀速注入法，本方法采用一次注入法。
明渠混合长度计算公式为：
其中：b为宽度，d为水深，c为谢才系数（15<C<50）
一次注入法（积分法）流量推求公式为：
其中：Q为测验明渠的流量；C0为取样断面处水流中原有的示踪剂浓度；C1为上游断面处一次注入示踪剂的浓度；C2为不同时间在取样断面处的示踪剂浓度；V为上游断面处一次注入示踪剂浓度为C1的全部溶液体积；T为示踪剂在取样断面由出现至消失的总历时。
实施例1
一种基于稀释法的明渠自动测流方法，该测流方法在具体测量时，投放装置横板1放于上述投放断面上，即投放断面位置放示踪剂投放装置见附图2；将浓度计横板置11放于上述检测断面上，即检测断面位置放检测点浓度计装置见附图5，具体测量方法包括如下步骤：
步骤一、选定待测物理量：宽度b，水深d，表面流速v，电磁流量计流量Q，上游断面处一次注入示踪剂的浓度C1，注入示踪剂浓度为C1的全部溶液体积V，时间t，取样断面处水流中原有的示踪剂浓度C0，不同时间在取样断面处的示踪剂浓度C2；
步骤二、计算混合长度；用卷尺测明渠宽度b，用千分尺测得水位d，g取
9.8（m/s2）, 为保证最大混合长度，谢才系数C取50，计算混合长度LM公式为：
然后，选定实验混合长度LM；
步骤三、读取电磁流量计流量，作为对比流量；用浮标法测得表面流速；选
择紊动程度较高的断面为投放断面，将检测点浓度计装置图5中的浓度计放入水中，自带A/D单片机记录取样断面处水流中原有的示踪剂浓度C0、和不同时间在取样断面处的示踪剂浓度C2和时间t，通过数值计算得
，得出每组浓度计流量，最后取简单算数平均值流量；
步骤四、单片机内部处理数据，可以现场直接显示，也可以通过无线传输给
远程中心监测、储存；至此，一次实验结束；重复以上实验n次；
一次注入法（积分法）流量推求公式为：
其中：Q为测验明渠的流量；C0为取样断面处水流中原有的示踪剂浓度；C1为上游断面处一次注入示踪剂的浓度；C2为不同时间在取样断面处的示踪剂浓度；V为上游断面处一次注入示踪剂浓度为C1的全部溶液体积；T为示踪剂在取样断面由出现至消失的总历时。
Claims (2)
1.一种基于稀释法的明渠自动测流方法，其特征在于：所述自动测流方法是基于物联网云平台，通过浓度直接换算成流量测量明渠流量的，所采用的明渠自动测流装置是一U型结构框架，在所述U型结构框架的顶端一侧横跨投放断面设置有示踪剂投放装置，另一侧横跨检测断面设置有检测点浓度计装置，并通过总线RS485与所述控制系统连接控制；所述控制系统是由多路开关电路、放大器、A/D单片机、GPRS模块及其显示中心连接所述示踪剂投放装置与所述检测点浓度计装置构成；具体自动测流方法是按下列步骤进行的：
（1）将自动测流装置横跨明渠上，并调整装置为水平位置，再将检测点浓度计装置的浓度计调至水面以下，直到每个浓度计都能显示水流起始浓度读数；
（2）将投放装置横板（1）置于投放断面，将浓度计横板置（11）置于检测断面；
（3）接通电源，点击液晶显示屏的开始，控制系统A/D单片机开始向示踪剂投放装置与检测点浓度计装置发出指令；
（4）示踪剂投放装置中，搅拌器（7）搅拌水箱（6）中的示踪剂溶液，使其混合均匀后，打开上电磁阀门（5）进入量筒（4），关闭上电磁阀门（5），打开下电磁阀门（3），量筒（4）中的示踪剂溶液通过管道（2）投放至水流中，关闭下电磁阀门；
（5）检测点浓度计装置，将持续变化的n组水流浓度值模拟量数据，传输给多路开关电路，然后由A/D单片机发出指令，多路开关电路执行指令，分别将n组数据 ，经过放大器放大，逐一传输给A/D单片机进行处理，n组流量值Q取算数平均值，算数平均值直接传给LED进行现场显示，或通过总线RS485传输给远端的GPRS模块，通过无线远距离传输给控制中心，进行实时在线观测和储存。
2.如权利要求1所述的基于稀释法的明渠自动测流方法，其特征在于：所述浓度计是测量明渠水流的浓度值，浓度通过A/D单片机处理直接换算成流量，浓度与明渠流量的换算公式为：
一次注入法流量推求公式为：
其中：Q为测验明渠的流量；C0为取样断面处水流中原有的示踪剂浓度；C1为上游断面处一次注入示踪剂的浓度；C2为不同时间在取样断面处的示踪剂浓度；V为上游断面处一次注入示踪剂浓度为C1的全部溶液体积；T为示踪剂在取样断面由出现至消失的总历时。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200508 |