[实用新型]流速流量测算仪表

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种流速流量检测仪表，尤其涉及用于明渠水流速度和流量的检测与计算的智能二次仪表。

背景技术

明渠水流速度（以下简称流速）、水流量（以下简称流量）是水文测量中两个最基本的物理量。所谓明渠测量是指水体开放，水流面横截面积不均匀的河道。由于河道流水横截面的大小随季节性变化很强，因此，常常需要实时、多点的面积积分计算。目前，我国在水文测量中普遍使用的流速仪就是在各种不同条件下获得水体流速信号的测量装置。

常用的流速仪是机械式转子流速仪。转子式流速仪是基于点流速和转子转速之间的关系来工作的，具有成本低，可靠性好，易于便携等特点。实际使用中，水流与仪器相互作用的动力比较复杂，流速与转子转速之间的关系，难以用严格的理论推导确定，一般是采用实验的方法来建立。给定相对流速仪的各种水流速度Vi，测出流速仪对应的转子转速，从若干组数据中，用方程式或者图表建立起它们的相关关系，即为转子流速仪的检定方程。

下面是一种计算平均流速、河道截面积的方式，计算平均流速与河道截面积的相乘即可得到流量。

平均流速通过流速仪根据国家标准――河流流量测验规范GB 50179-93[M]由式1.1计算得出。

式中水利螺距K和每信号转数 n是流速仪固有的两个参数；阻力系数C是流速仪检定部门在对给定的流速仪检定后给出的校正量；T是单次测量的实际延时；A是在实际测量过程中流速仪发出的信号脉冲数。

但是，在实际的河流流量测量中，测点流速一般不能代表平均流速，河道的截面积也并不总是规则的梯形。如果不采用部分面积法，而用一个测点或者部分测点的流速取代整个河道截面的平均流速直接计算时误差很大。

在部分平均流速一定的条件下，部分流量的准确度取决于部分面积的准确度，为提高部分面积的准确度，将部分面积作进一步划分，采用在两测速垂线点间加设若干条测深度不测速度的垂线，如图1所示，在垂线平均流速Vm2与Vm3间加设测深垂线H3,H4，由定积分原理知道，加设的测线数越多部分面积就越准确，得到的部分流量就越准确，从而截面流量的就越准确。本装置采用部分面积积分法计算流量。

部分面积计算公式为两边垂线水深的平均值和间距乘积：

测速垂线见加设测深垂线者（如f3、f5等），其部分面积等于各测深垂线间的梯行面积之和，其计算公式为：

以上各式中的H1 、H2等，为实际水深。若测深，测速没有同时进行时，则相应的H值的计算，可先用测深，测速垂线上的水位测量记录，绘出断面，由图中的河底高程与测速时的水位计算出应用水深。

(1) 部分平均流速的计算

两测速垂线中间部分的平均流速的计算公式为两垂线平均流速的算术平均值：

岸边或死水部分的其计算公式为，α为平均流速系数：

(2) 部分流量计算

部分面积与平均流速的乘积等于部分流量，其计算公式为：

(3) 断面流量的计算

将断面各个部分面积流量求和即为断面总流量，其计算公式为：

Q即为最后计算出的断面流量值。

发明内容

为了实现上述测量断面流量值的目的，本实用新型提供一种根据上述原理测量明渠流水的流速流量，并具有计算、通信以及远程无线数据传输功能的智能型二次仪表。

为了实现上述目的，采取了如下两种技术方案。

方案一、基于嵌入式系统的方案

设计一种流速流量测算仪表，包括由嵌入式微处理器、存储器电路及辅助电路构成的CPU核心电路，与CPU核心电路连接的人机交互模块、通信模块、调试模块，接收转子式流速仪输出信号的信号采集处理接口电路，以及电源模块。其中，

所述信号采集处理接口电路与CPU核心电路连接，得到采集数据。其中，信号采集处理接口电路由依次连接的采样电路、滤波电路、放大电路组成。

所述通信模块包括通信接口模块和无线通信模块，其中，通信接口模块包括以太网接口、USB接口、RS232接口，且与嵌入式微处理器直接连接；无线通信模块由GPRS数据传输单元构成，与所述CPU核心电路连接。

所述电源模块包括外部和表内电池两套供电系统。

所述人机交互模块由TFT液晶显示器和四线电阻式触摸屏组成。

所述调试模块由JTAG电路构成。

为了实时性更好，数据采集准确度更高，在本方案中增设一个单片机，信号的采集由该单片机负责进行，完成采集后经通讯端口将数据传送给嵌入式系统，具体方案如下：