[发明专利]小管径非满管流量和浓度的测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种测量装置和测量方法，特别是一种小管径非满管流量和浓度的测量装置及其测量方法。

背景技术

小管径多参数是海绵城市建设中进行模型试验中重要的参数指标。实际测量试验中，不仅需要测量满管参数，同时需对非满管的多参数进行测量。目前，水利行业中对管道流量的测量多是满管测量，对管道的非满管测量也局限的大管径上。而针对海绵城市建设中，对直径3~7cm的小管径的非满管多参数测量问题，市场上尚未有解决该问题的产品。

发明内容

本申请的发明目的是解决不能对小管径、非满管水流进行流量的问题，而提供一种小管径的非满管流量及浓度测量装置及其测量方法。

为了完成本发明的发明目的，本发明采用以下技术方案

本发明的一种小管径非满管流量和浓度的测量装置，它包括：测量管、超声测距传感器、连通器、连接管、超声传感器、浮子、防溢挡板、法兰和处理器，在测量管的两端分别装有法兰，其中：在接近测量管底部的径向对称位置处分别装有超声传感器，连通器装在与测量管直径等高的位置处，连接管的一端与测量管底部相连，另一端与连通器的底部相连，在连通器内装有浮子，在连通器的上端装有防溢挡板，超声测距传感器装在连通器的正上方，对准连通器内的浮子，两个超声传感器和超声测距传感器分别通过信息线与处理器相连；

本发明的一种小管径非满管流量和浓度的测量装置，其中：所述连通器的高度大于或等于测量管的内径，测量管内水位的高度与连通器内水位高度相同，连通器的直径远远小于测量管的内径；

本发明的一种小管径非满管流量和浓度的测量装置，其中：所述小管径非满管流量和浓度的测量装置还包括：温度传感器，该温度传感器装在测量管的底部，它通过信息线与处理器相连；

本发明的一种小管径非满管流量和浓度的测量装置，其中：所述小管径非满管流量和浓度的测量装置还包括：固定支架，固定支架固定在测量管上，在固定支架上装有超声测距传感器和连通器；

本发明的一种小管径非满管流量和浓度的测量装置，其中：所述小管径非满管流量和浓度的测量装置还包括：底座，测量管装在底座上；

本发明的流量测量方法，其中：它包括以下步骤：

（a）、用超声测距传感器来测量超声测距传感器到浮子之间的距离L,已知测量管的内壁的半径为R，水在测量管内的高度H=2R-L-d，d为浮子的厚度，水在测量管内占有的面积S= ；

（b）、将其中的一个超声传感器以与水平夹角为α的角度发射出沿着水流相反方向的频率为 的超声波，另一个超声传感器接收上述发射出的超声波，其接收频率，频率变化，则水在测量管中的流速为，C为水中声速；

（c）将步骤（a）的面积乘以步骤（b）的流速，即为水在测量管内的流量；

本发明的水流量测量方法，其中：一个超声传感器发射出频率为的超声波后，经过时间后被另一个超声传感器接收到频率为的超声波，其中s为两个超声传感器之间的距离, C为水中声速，超声波在水下的速度C与水温相关，在水温为20℃时，C=1492m/s；

本发明的水流量测量方法，其中：所述超声传感器装在距测量管底部0.1R至0.5R的测量管外管壁上；

本发明的水流量测量方法，其中：所述超声传感器将其发射频率、发射角度α和接收频率传递给处理器；温度传感器将检测到的温度信号传递给处理器，处理器根据该信号得到超声波在水中的速度C；超声测距传感器将超声测距传感器到浮子之间的距离L传递给处理器；

本发明的水浓度的测量方法，其特征在于：它包括以下步骤：

（i）、在测量管出厂前对其进行标定，在一个超声波传感器发射能量E为恒定值的条件下，配置出从低浓度到高浓度均匀颗粒的N种浓度液体，即C1，C2……CN,将上述N种浓度液体分别装入测量管中，在每种浓度下，测量另一个超声传感器9所接收到的能量E1，并将其作为数据储存在处理器中；

（ii）在实际使用中，操作者用一个超声传感器发射出能量为E的超声波，另一超声传感器接收到上述超声波的反射能量E1，操作者只要在处理器中找到E1所对应的浓度，就可以确定出水中颗粒浓度C，或者根据两个标定的E1之间的比例，更精准地算出水中颗粒浓度C。

本发明的小管径非满管流量和浓度的测量装置采用超声多普勒原理测量非满管的流速，采用超声测距原理测量非满管的水位，采用对水中粒子对超声反射强度的大小测量水中的粒子浓度实现对小管径非满管的流量和浓度的同步测量，对海绵城市建设的研究具有重要的价值。

附图说明