[其他]明渠自动量水仪

说明书

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。