Устройство для дистанционного измерения и автоматического регулирования расхода воды в канале Советский патент 1992 года по МПК G01F1/00 

Изобретение относится к автоматизации водораспределения, а именно к устройствам для дистанционного измерения и автоматического регулирования расхода и стока воды на открытых оросительных каналах.

Цель изобретения - повышение точности измерения и регулирования расхода.

На чертеже изображено устройство для дистанционного измерения и автоматического регулирования расхода воды в канале, продольный разрез.

Устройство для дистанционного измерения и автоматического регулирования расхода воды содержит установленный на канале 1 сужающий поток воды элемент2,выполненный в виде емкости, сообщенной с уровнем воды в канале 1 посредством низких стенок 3. Нижняя поверхность сужающего элемента 2 выполнена криволинейной, с выпуклостью в сторону водного потока, сначала плавно опускающейся, а затем плавно поднимающейся в направлении движения потока. Такое выполнение.криволинейной поверхности формирует гидравлику потока, исключающую завихрения водного потока при обтекании.

В сужающем элементе 2 установлен двухмембранный дифманометр 4, смонтированный в защищающем его от воды кожухе 5. Дифманометр 4 установлен ниже уровня минимального давления в сжатом сечении потока.

Дифманометр 4 содержит минусовую 6 и плюсовую 7 мембраны. Надмембранная полость минусовой мембраны 6 через трубку 8 сообщена со сжатым сечением потока и подведена к отверстию 9 сужающего элемента 2, в котором выполнено легкоразъемное уплотнительное соединение 10 (например, коническое), обеспечивающее герметичность, а также свободный монтаж и демонтаж дифманометра 4 с кожухом 5 при вертикальном перемещении.

Надмембранная полость плюсо,вой мембраны 7 через трубку 11, которая пропущена через кожух 5, сообщена с сужающим элементом 2, который с уровнем воды в канале 1 сообщен посредством низких стенок 3.

Основание дифманометра 4 за мембранами 6 и 7 имеет профилированные поверхности 12, повторяющие профиль мембраны и служащие для защиты мембран от деформации и разрушения односторонним рабочим давлением. Центры мембран 6 и 7 соединены между собой штоком 13, связанным с одним концом рычага 14 тензопреобразователя м ембранно-рычажного типа. Другой конец рычага 14 соединен с мембраной 15, на поверхности которой смонтированы тензорезисторы 16.

Выход тензорезисторов 16 подключен к токовому преобразователю 17 сигнала тензорезисторов 16 в пропорциональный токовый сигнал по зависимости I Ki А Р на выходе 18, где I - сила тока, Ki - коэффициент пропорциональности, ДР - водомерный перепад давления между сжатым сечением потока и уровнем воды в канале 1.

Выход токового преобразователя 17 подключен к блоку 19 извлечения корня, преобразующего сигнал водомерного перепада давления ДР по зависимости Q К х xVAP .

К выходу блока 19 извлечения корня подключен блок 20 демпфирования с передаточной функцией

Тдм1 Р + Г

где Кдм1 - коэффициент усиления демпфера;

Тдм1 - постоянная времени демпфера;

Р - оператор дифференцирования.

На выходе 21 блока 20 демпфирования образуется значение массового расхода Q. К этому же выходу блока 20 демпфирования подключен интегратор 22 расхода воды, преобразующий сигнал расхода по зависимости vy Qt. Сигнал на выходе 23 интегратора 22 определяет объемный сток воды W за время t при расходе Q.

Выход блока 19 извлечения корня подключен к авторегулятору 24, к одному из входов его блока 25 рассогласования. К другому входу блока 25 рассогласования подключен задатчик 26 уставки. Выход блока 25 рассогласования через второй блок 27 демпфирования с передаточной функцией

, .- подключен к одному из

входов сумматора 28. Выход последнего подключен к входу трехпозиционного блока 29 зоны нечувствительности. Между выходами блока 29 и вторым входом, сумматора 28 включен генератор 30 пилообразного на пряжения. Формирователь 31 паузы включен между выходом блока 29 и его входом; а также выходом генератора 30 пилообразного напря).

Выход блока 29 подключен через реверсивный электропривод 32 к регулирующему расход затвору 33 гидросооружения. Вход задатчика 26 уставки подключен к блоку 34 телеуправления уставкой.

Выходы 18,21 и 23 соответственно блоков 17, 20 и 22 подключены к блоку 35 телеизмерения. Блок 34 телеуправления уставкой и блок 35 телеизмерения через блок 36 выбора объекта и линию 37 связи соединены с пультом 38 диспетчера. Вентили выпуска воздуха из надмембранных полостей при наладке устройство обозначены позицией 39. Устройство работает следующим обрйзом. Сужающий элемент 2, установленный на канале 1, по которому протекает расход воды Q, создает местное сужение водного потока. Скорости потока V2 в суженном сечении увеличивается по сравнению со скоростью течения Vi в канале 1. Часть потенциальной энергии потока переходит в кинетическую. В результате статического давление Рг в сжатом сечении становится меньше статического давления Pi в канале 1. Перепад (разность) этих давлений ДР зависит от скорости V2 расхода воды Q через суженное сечение сужающего элемента 2. Статическое давление воды Ра в сжатом сечении и в отверстии 9 и соответствующий этому давлению уровень воды в трубке 6 устанавливается ниже, чем уровень (давления Pi) в канале 1 на величину AP Pi-P2 P(). Ц2 ft)1 где АР - водомерный перепад давлений; Pi - статическое давление (уровень) в канале 1; Р2 - статическое давление в сжатом сечении;Q - расход воды в сжатом сечении и в канале; ft)i - площадь поперечного сечения канала 1; (У2 - площадь сжатого сечения; р-плотность жидкости. Измерение уровня Р производится в сужающем элементе 2, в который вода поступает из канала 1 через низкие стенки 3. Измерение давления Р2 в сжатом сечении производится мембраной 7 через трубку 8 и отверстие 9. Мембраны 6 и 7 воспринимают-разность давлений ДР PI - Р2, которая через рычаг 14 вызывает прогиб мембраны 7 и изгиб мембраны 6 дифманометра и изгиб мембраны 15 тензопреобразователя, изменение сопротивления тензорезисторов 16. Электрический сигнал, соответствующий перепаду давления АРтенз6)езисторов 16, передается в токовыми преобразователь 17, на выход 18 которого сигнал передается в виде изменения тока 1 Ki АР, пропорционального величине водомерного перепада давления АР- Выход 18 предназначен для дистанционного или телемеханического измерения водомерного перепада давлений АР в сжатом сечении потока. С выхода блока 17 сигнал передается также на блок 19 извлечения корня, в котором токовый сигнал I водомерного перепада давлений АР Pi - Р2 преобразуется в массовый расход воды Q, протекающей в сжатом сечении, по зависимости()(Pl-P2) или Q к V PI - Р2 , где К- постоянный для данного водомерного устройства и канала множитель, причем K uuVri . . . йЛ р Сигнал расхода Q на выходе блока 19 содержит пульсации, вызванные движением потока в его сжатом сечении. Блок 20 демпфирования сглаживает пульсации сигнала расхода и передает сигнал на выход 21 для дистанционного измерения массового расхода воды Q. С выхода блока 20 сглаженный сигнал расхода Q подается на интегратор 22 расхода, который суммирует расход Q во времени t и на выходе 23 образует сигнал объемного стока воды W Q t. С выхода блока 19 сигнал расхода воды Q передается в авторегулятор 24, где в блоке 25 согласования сравнивается с заданным задатчиком 26 значением расхода Озд. С выхода блока 25 сигнал рассогласования расхода воды AQ Q - Озд сглаживается блоком 27 демпфирования и поступает на первый вход сумматора 28, а с его выхода на вход трехпозиционного блока 29 зоны нечувствительности. Если сигнал рассогласования AQ превышает величину зоны нечувствительности jrE, на выходе блока 29 образуется управляющий сигнал U(t), который через реверсивный электропривод 32 перемещает затвор 33 на величину Аа КрAQ, где Аа- перемещение затвора 33, Кр коэффициент пропорциональности авторегулятора 24. Одновременно с этим управляющий сигнал блока 29 включает генератор 30 пилообразного напряжения, который нэчинает вырабатывать линейно возрастающее напряжение обратной связи Uoc(t - to) по зависимости Uoc(t -to) -р- И подает его на второй вход сумматора 28, где t - время начала импульса управления, to - текущее время, (t - to) , - длительность импульса управления. Когда сигнал Doc генератора 30 на втором входе сумматора 28 сравняется с

рассогласованием AQ на первом входе сумматора 28, блок 29 выключится и действие управляющего сигнала Ти закончится. В момент окончания управляющего сигнала Ти включается в работу формирователь 31 паузы, который сигналом на своем выходе приводит к нулю выходной сигнал генератора

30и на время паузы Тп зашунтирует вход блока 29.

Во время действия паузы протекает переходный процесс в верхнем и нижнем бьефах канала 1, начинающийся в результате перемещения затвора 33 от действия импульса управление Ти.

По окончании паузы Тп действие блока

31прекратится и, если рассогласование между заданным Озд и фактическим расходом Q еще имеется, авторегулятор 24 повторяет цикл регулирования, и так до тех пор, пока расход Q не станет равным заданному задатчиком значению Озд. Уставка задатчика 26 Озд в зависимости от потребности воды на орошение дистанционно управляется диспетчером при помощи пульта 38 диспетчера через линию 37 связи, блок 36 выбора объекта и блок 34 телеуправления уставкой.

На выходах 18, 21 и 23 соответственно блоков 17, 20 и 22 значения перепада давления А Р, массового расхода воды Q и объемного стока воды W под сужающим элементом 2 и через затвор 33 дистанционно измеряются диспетчером с помощью пульта 38 диспетчера через линию 37 связи, блок 36 выбора объекта и блок 35 телеизмерения.

Формула изобретения Устройство для дистанционного измерения и автоматического регулирования расхода воды в канале, содержащее первичный измерительный преобразователь расхода, установленный в канале, последовательно соединенные преобразователь сигнала, блок извлечения квадратного корня, блок демпфирования и

интегратор, последовательно соединенные блок телеизмерения, блок выбора объекта и пульт управления, блок телеуправления уставкой, включенный между вторым выходом блока выбора объекта и выходом авторегулятора расхода, выходом соединенного с злектроприводом затвора, установленного в канале, выходы преобразователя сигнала, блока демпфирования и интегратора подключены к входам блока телеизмерения, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, первичный измерительный преобразователь расхода установлен в канале и выполнен в виде криволинейного сужающего элемента с отверстием, над которым расположен двухмембранный дифманометр, полость первой мембраны которого сообщена с сужающим элементом, полость второй мембраны дифманометра через легкоразъемное

соединение сообщена с отверстием в сужающем элементе, обе мембраны дифманометра соединены силопередающим элементом, подвижная часть которого соединена через тензопреобразователь с выходом

дифманометра, подключенным квходу преобразователя сигнала, при этом выход блока извлечения квадратного корня соединен с вторым входом авторегулятора расхода,

Изобретение относится к расходомет- рии и позволяет повысить точность дистанционного измерения и автоматического регулирования расхода воды в канале. Первичный измерительный преобразователь расхода, установленный в канале выше затвора 33 по течению, преобразует величину расхода воды в канале в пропорциональный ей сигнал. Этот сигнал поступает на вход блока 19 извлечения квадратного корня и с его выхода - на вход авторегулятора 24 расхода. Авторегулятор 24 расхода посредством электропривода 32 перемещает затвор 33 в положение, обеспечивающее величину расхода на уровне, заданном уставкой. Проинтегрированный сигйал расхода с выхода интегратора 22 и мгновенное значение расхода с выхода преобразователя 17 сигнала поступают на входы блока 35 телеизмерения и далее на пульт 38 диспетчера. 1 ил.СОс