Устройство для дистанционного измерения и автоматического регулирования расхода воды через гидросооружение Советский патент 1991 года по МПК G01F1/00 

Изобретение относится к расходомет- рии, а именно к устройствам для дистанционного измерения и автоматического регулирования расхода и стока воды через гидросооружение на открытых ороситель- ных каналах.

Цель изобретения - повышение точности измерения и регулирования расхода.

На чертеже изображены устройство для дистанционного измерения и автоматиче- ского регулирования расхода воды через гидросооружение, продольный разрез, и эпюра скоростей потока.

Устройство содержит установленный в канале 1 затвор 2 гидросооружения. На по- лке 3 нижней кромки затвора 2 установлен датчик 4 скорости потока, смонтированный в защищающем его от воды кожухе 5. Датчик 4 сообщен со сжатым сечением водного потока под затвором через отверстие 6 в потолке 3, расположенное на пересечении нижней кромки затвора 2 с изотахой 7 средней скорости потока. Соединение датчика 4 с полкой нижней кромки затвора 2 выполнено через легко разъемное уплотнительное соединение 8 (например, коническое), обеспечивающее его герметичность, а также свободный монтаж и демонтаж датчика 4 скорости с кожухом 5 при их вертикальном перемещении. Датчик 4 скорости потока со- держит гофрированную мембрану 9; нижняя полость которой сообщена через отверстие 6 с потоком. Над гофрированной мембраной 9 размещен тензопреобразовз- тель, состоящий из мембраны 10 и установ- ленных на ней тензорезисторов 11. Внутренняя полость 12 тензопреобразова- теля и верхняя полость мембраны 9 заполнены кремнийорганической жидкостью (силиконовым маслом). Выход тензорези- сторов 11 (выход датчика 4 скорости потока) подключен к преобразователю 13 сигнала датчика 4 скорости потока в пропорциональный токовый сигнал по зависимости

I Ki Рз. где I - сила тока;

Kl - коэффициент пропорциональности;

Рз - давление в отверстии 6.

Выход преобразователя 13 подключен к входу блока 14 извлечения квадратного корня, преобразующего сигнал датчика 4 скорости по зависимости

Vs К VP-T,

где К - постоянный для данного сооружения коэффициент;

Vs - средняя скорость потока под затвором.

Выход блока 14 извлечения корня квадратного подключен к первому входу блока 15 умножения, К второму входу блока 15 умножения подключен датчик 16 положения затвора 2. Блок 15 умножения преобразует сигнал Vs (с одного входа) и сигнал а (с другого входа) в величину массового расхода воды Q по зависимости

Q b а Vs,

где а - величина открытия затвора - сигнал с датчика 16 положения затвора;

b - ширина затвора - постоянная величина для данного сооружения.

К выходу блока 15 умножения подключен блок 17 демпфирования с передаточной функцией

л/ , - Кдм1

WAM1 TAM1P+1 где КДм1 - коэффициент усиления демпфера;

ТДм1 - постоянная времени демпфера;

Р - оператор дифференцирования.

На выходе 18 блока 17 демпфирования образуется демпфированное значение массового расхода Q. К этому же выходу блока 17 демпфирования подключен интегратор 19, преобразующий сигнал расхода Q по зависимости W Q t. Сигнал на выходе 20 интегратора 19 определяет объемный сток воды W за время t при расходе воды Q. Выход блока 15 умножения подключен к автоматическому регулятору 21 расхода (АРР), к одному из входов блока 22 определения рассогласования. К другому входу блока 22 определения рассогласования подключен задатчик 23 уставки. Выход блока 22 определения рассогласования через демпфирующий блок 24 с передаточной функцией

ш г. - Кдм2 .

™дм2-Тд р-+Т

подключен к одному из входов сумматора 25, выход которого подключен к входу блока 26 нелинейности типа зона нечувствительности.

Между выходом блока 26 нелинейности и вторым входом сумматора 25 включен генератор 27 пилообразного напряжения. Формирователь 28 паузы включен между выходом блока 26 нелинейности и-его входом. Выход блока 26 нелинейности подключен через электропривод 29 к регулирующему расход затвору 2. Вход за- датчика 23 уставки подключен к блоку 30 телеуправления уставкой. Выходы 18 и 20 соответственно блока 17 демпфирования и интегратора 19 подключены к блокуЗ телеизмерения расхода. Блок 30 телеуправления уставкой и блок 31 телеизмерения через блок 32 выбора объекта и через линию 33 связи соединены с пультом 34 управления.

Устройство работает следующим образом.

Расход воды Q через гидросооружение определяется зависимостью

Q Уз а) Уз а b , где Уз - скорость потока воды под затвором; - площадь водопропускного отверстия под затвором;

а - высота открытия затвора 2, измеряемая датчиком 16 положения затвора;

b - ширина затвора 2 - постоянная величина для конкретного гидросооружения.

Следовательно, для измерения расхода необходимо измерить V3 и а. Скорость водного потока V3 под затвором 2 определяется зависимостью

V3 KvVp7,

где РЗ - давление потока в суженном сечении под затвором 2;

Kv - коэффициент, постоянный для данного сооружения.

Давление Рз под затвором 2 измеряется датчиком 4 скорости потока. Измеряемое давление воздействует на гофрированную мембрану 9 и через кремнийорганическую жидкость, заполняющую внутреннюю полость 12 - на мембрану 10 тензопреобразо- вателя, вызывая ее прогиб и пропорциональное изменение сопротивления тензорезисторов 11. Электрический сигнал от тензорезисторов 11, пропорциональный средней скорости потока Уз. поступает к преобразователю 13 сигнала датчика скорости, и на его выходе образуется токовый сигнал I, пропорциональный среднему

давлению водногс потокз Рз под затвором 2 по зависимости

I Ki P3t

где Ki - коэффициент пропорциональности. 5С выхода преобрззоватетя 13 сигнал

поступает на вход блока 14 извлечения корня, который преобразует сигнал Рз в величину средней скорости V3 по зависимости Va - К VPs . С выхода блока Ч извлечения

0 корня сигнал V3 поступает на один из входов блока 15 умножения. На другой вход блока 15 умножения поступает сигнал с датчика 16 положения затвора 2, пропорциональный величине а открытия затвора 2. В блоке 15

5 умножения сигналы средней скорости потока Уз и величины а открытия затвора 2 перемножаются и на выходе блока 1G умножения образуется сигнал величины массового расхода Q через гидросооружение по зависимости

0 0 Уз а -Ь ,

тре b - ширина затвора 2.

Нз выходе блока 15 умножения сигнал массового расхода Q содержит пульсации, вызванные дзижением водного потока под

5 затвором 2. Первый блок 17 демпфирования сглаживает пульсации сигнала массового расхода Q и передает на выход 13 сигнал для дистанционного измерения массового расхода воды Q. С зыходз 18 сглаженный

0 сигнал расхода Q во-времени t поступает на интегратор 18, который на гыходе 20 образует сигнал обьемного стока воды W - Q t. С выхода блока 15 умножения сигнал

5 массового расхода воды Q передается в АРР 21, где в блоке 22 определения рассогласования сравнивается с заданным задатчиком 23 значением расхода СЬд. С выхода блока 22 сигнал рассогласования расхода воды

0 Q Q - Q3A

сглаживается демпфирующим блоком 24 и поступает на первый вход сумматора 25, а с его выхода - на вход блока 26 нелинейности. Если сигнал рассогласования AQ превысит

5 величину зоны нечувствительности ± Е, нз выходе блока 26 нелинейности образуется управляющий сигнал U(t), который через электропривод 29 переместит затвор 2 гидросооружения нз величину

0 A3 Кр ДО ,

где Да - перемещение затвора 2;

Кр - коэффициент пропорциональности АРР21.

Одновременно с этим управляющий

5 сигнал блока 25 включает генератор 27 пм- лообрэзногог напряжения, который начинает вырабатывать линейно возрастающее напряжение обратной связи U0c(t - to) no зависимости

Uoc(t-t0)V

Np

и подает его на второй вход сумматора 25, где to - время начала импульса управления, t - текущее время, (t - to) Ти - длительность импульса управления.

Когда сигнал Uoc генератора 27 на втором входе сумматора 25 сравняется с рассогласованием Q на первом входе сумматора 25, блок 26 нелинейности выключится и действие управляющего сигнала Ти закончится, В момент окончания управляющего сигнала Ти включится в работу формирователь 28 паузы, который своим выходом приведет к нулю выходной сигнал генератора 27 и на время паузы Тп зашунтирует вход блока 26 нелинейности. Во время действия паузы Тп протекает переходной процесс в верхнем и нижнем бьефах канала 1, начавшийся в результате перемещения затвора 2 от действия импульса управления Ти. По окончании паузы Тп действие формирователя 28 паузы прекратится и, если рассогласование ДО между заданным Озд и фактическим расходом Q еще имеется, АРР 21 повторит цикл регулирования, итак дотех пор, пока расход О не станет равным заданному задатчиком 23 значению 03д

Уставка задатчика 23 расхода в зависимости от потребления воды на орошение дистанционно управляется диспетчером при помощи пульта 34 управления через линию 33 связи, блок 32 выбора обьекта и блок 30 телеуправления уставкой.

Изобретение обеспечивает снижение погрешности измерения до 1,5%. Обеспечение автоматического регулирования расхода позволяет снизить нестабильность расхода через затвор гидросооружения до 3%.

Формула изобретения

1. Устройство для дистанционного измерения и автоматического регулирования

расхода воды через гидросооружение, содержащее затвор с электроприводом и датчиком положения затвора, датчик скорости потока и автоматический регулятор расхода, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и регулирования расхода, в него введены последовательно соединенные преобразователь сигнала датчика скорости потока, блок извлечения квадратного корня, блок умножения, блок демпфирования, интегратор, блок телеизмерения, блок выбора обьекта и пульт управления, блок телеуправления уставкой, включенный между вторым выходом блока

выбора объекта и первым входом автоматического регулятора расхода, второй вход которого подключен к выходу блока умножения, а выход соединен с электроприводом затвора, вход интегратора соединен

с вторым входом блока телеизмерения расхода, датчик положения затвора соединен с вторым входом блока умножения, причем датчик скорости потока установлен в плоскости нижней кромки затвора.

2. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что автоматический регулятор расхода содержит последовательно соединенные задатчик уставки, входом соединенный с первым входом автоматического регулятора расхода, блок определения рассогласования, демпфирующий блок, сумматор, блок нелинейности и генератор пилообразного напряжения, формирователь паузы, подключенный первым выходом и входом соответственно к входу и выходу блока нелинейности, а вторым выходом объединен с выходом генератора пилообразного напряжения и подключен к второму входу сумматора, второй вход блока определения

рассогласования соединен с вторым входом автоматического регулятора расхода, выходом которого является выход блока нелинейности.

Изобретение относится к расходомет- рии, а именно к устройствам для дистанционного измерения и автоматического регулирования расхода и стока воды через гидросооружение на открытых оросительных каналах, и позволяет повысить точность измерения и регулирования расхода. Датчик 4 скорости потока установлен в канале перпендикулярно плоскости водного потока в точке пересечения нижней кромки затвора