Устройство для измерения расхода воды в открытых потоках Советский патент 1980 года по МПК G01F1/70 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОДЬ В ОТКРЫТЫХ ПОТОКАХ Изобретение относится к rHf oMeipHH и может быть использовано при отредел&НИИ расхода воды в о-псрытьк потоках. Известны методы измерения расхода потока, заключающиеся в том, что в выбранном сечении в поток вводится опрёделенное количество сухог о индикатора или известный объем раствора индикатора произвольной рыссасой концентрации, после чего на некотором расстоянии ниже по по току измеряют среднее по сечению потока значение приращения концентрации вещества индикатора в единицах объема потока в функции времени S t. а расход ы гчисляют по формуле Q. М ( где - время начала и конца прохож дения индикатора через измерительное сечение потока Ll. Известны также устройства для измере ния расходов открытых потоков, содержащие электродную измерительную ячейку для измерения электропроводности среды на измерительном створе, генератор с нусоидального найряжения, последовательно соединенные сра внения, усилитель сигнала разбаланса, детектор и тшикатор , С помощью этих устройств измеряют изменение во еменн электропроводности воды в момент прохождения через изм&рительный участок (створ) индикатора. Перед введением в поток индикатора определенной массы на измерительно створе измеряют начальную провЬдимость речной вода и температуру воды и по заранее уотановленной в лабораторных условиях зависимости электропроводности электродной ячейки от концентрации электролита и тем- перахуры. определяют те ировочный коэ({ фициент К. Расход воды вычисляют по ({юрмуле , . КМ , где Q Н -искомый расход воды; -масса введа1ного в поток индикатора;- тарировочный коэффициент;

текущее значение электропрово; нсюти электродной ячейки; ЕО - начальное значение электропроводности электродной ячейки; d t - интервал времени снятия показаний.

Недостатком известных устройств для измерения расхода потока является зависимость показаний измерителя от температуры воды. Изменение температуры воды в процессе измерения может привести к значительным погрешностям Даже в случае постоянной (в процессе измерения) температуры воды могут возн1жнуть по- , грешности, Связанные с определением начальной электропроводности и температуры.

Цель изобретения - исключение температурных погрешностей и повышение точности измерения, Это достигается тем, что устройство снабжено компенсационной электродной ячейкой с эталонным раствором электролита, по конструкции аналогичной измерительной ячейке, усилителем с коэффициентом усиления, paBHbnvi - , где Cit - текущее значение электропроводаости воды в потоке на измерительном створе; G значение электропроводности эталонной среды в компенсационной ячейке, пoгpyжeн ной в поток на измерительном створе, усилителем с переменным коэффициентом усиления, преобразователем напряжения в частоту, суммирующим счетчиксж} и дешифратором, причем выходы измерительной и компенсационной электродных ячеек подключены к входам усилителя с коэффициентом усиления - , выход генератора синусоидального напряжения подключен к входам усилителя с коэффициент Ж1. усиления g и усилителя с переменным коэффициентом усиления, а также к входу детектсра, вь ходы. этих усилителей подключены к входам блока сравнения, а последовательно соединенные преобразователь напряжения в частоту, суммирующий счетчик и дешифратор включены между детекторсм и индикатором.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для измерения расхода воды в открытых потоках; на фиг, 2 - принципиальная, электрическая схема усилителей и блока сравнения| на фиг. З конструкция измерительной и компенсацисяной элeкJpoдныx ячеек.

Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения; усилитель 2, имеющий коэффициент усиления -- ; HSNiepKтельную электродную ячейку 3; компенсационную электродную ячейку 4; усилитель 5, с переменным коэффициентом усиления А; блок сравнения 6; усилитель 7 сигнала разбаланса с переменным коэффициентом усиления; детектср 8; преобразователь 9 напряжения в частоту; суммирующий счетчик 1О; дешифратор 11, преобразующий двоичнр-десятичнй код в семисегментный индикатор 12.

RP - сопротивления измерительной элекродлтой Ячейки; R - сопрогивление компенсационной электродной ячейки; Rj - потенциометр регулировки коэффициента усиления усилителя 5; R - потенциометр регулировки коэффициента i усиления усилителя 7.

Блок электродных ячеек состоит из иомерительной 3 и компенсационной 4 яче ек, корпуса которьгх стянуты гайкой 13, Конструкция обеих ячеек совершенно идентична, а именно: их электроды 14 имеют одинаковые рабочие поверхности, а расстояния между электродами ячеек равньт между собой. Внутренняя полость, компенсационной ячейки заполняется через отвфстие 15 эталонным электролитом, корпус измерительной ячейки снабжен отверстиями 16, через которые в полость ячейки поступает вода измеряемого потока. Обе ячейки электрически соединены между собой разъемом 17, Блок ячеек подключает ся к усилителю 2 с помснцью кабеля 18. При необходимости может быть собрана гирлянда из нескольких блоков (аналог цепочечных электродов), которая размещается на измерительном створе поперек потока, что уменьшает погрешность измерения в случае отсутствия полного перемешивания индикатора в потоке.

При использовании для измерения электропроводности среды электродной ячейки сопротивление на выходах электродной ячейки связано с количеством вещества, определяющего электропроводность электролита (концентрацию электролита) следующим соот юшением:

(1)

о R--g ,

где R - сопротивление на выводах элект

родюй ячейки;

S - концентрация электролита; Ч - коэффиштент, пропорционалшости,

зависящий от температуры воды

и конструкции ячейки.

Исследования, проведенные в Государственном гидрологическом институте, показали, что

,л.°.(2) где t - температура воды, о( а - коэффициенты, завис5пцие от ко струкции ячейки. Учитывая выражения (1) и (2), пр рашение Концентрации вещества индикато ра {i) можно определить как b(t)G)-G«)C.b), Оц - начальное значение проводимсх ти (до ввода в поток индикато ра), где проводимость - величина, обратная сопротивлению. Если измерительная и компенсацишная ячейки имеют одинаковую конструкцшо и, следовательно, одинаковые коэффициенты, сХ. и Р) , то коэффициент К может быть определен, как К- , , где 5 - концентрация эталонного раствора электролита; ( проводимость к(Ж(пенсаци ной ячейки. Следовательно, влияние температуры и конструкции на проводимость ячейки при определении S (t) можно устранить, производя операцию деления приращения эле ропроводности рабочей ячейки на электропроводность компенсационной ячейки и умножением на известную величину ксящент рации эталонного раствора электролита, в котором помещена компенсационная ячейка. Тогда CQ-GH Эта формула может быть реализована схемой, представленной на фиг. 2. Она со стоит из усилителя 2, составной частые которого являются электродаые ячейки 3 и 4 (коэффициент передачи усилителя равен отношению - ) ; усилителя 5, коэффициент передачи .которого А можно регулировать в широких пределах; генератора 1, сигнал которого поступает на вход обоих усилителей; блока сравнения 6; ус лителя сигнала разбаланса 7. Напряжение на выходч такой цепи буде и и &ЫХ(Ь) гQ где 0„ tt) напряжение на выходе цепи в функции времени; - напряжение на выходе генератора. Изменяя коэффициент передачи Л, можн добиться выполнения условия В атом случае напряжение на выходе цепи будет равно нулю, В случае вьтолне724 (5), учитывая выраже ния ( 3) иия условия (4), можно записать к и etolx(t)ir . J -- - . -/ - Так как величины 5 и U р заранее известны, то, измеряя можно ре делить приращение концентрации вещест ва индикатора на измерительном створе Для определения расхода воды необходимо проинтегрировать выходное напряже-; |ние в пределах, tj и -tg и разделить величину массы сухого индикатора, введе ,ного в поток на пусковом створе, на веJличину интеграла. Таким образом будет реализована форму««ч t-i Ниже рассматривается работа устройст ва по схеме на фиг. 1. Синусоидальный сигнал с выхода генератора синусоидального на1фяжения поступает на выход двух усилителей 2 и 5. Измерительная электродная ячейка включена во вкодную цепь усилителя 2, собранного по инвертирующей схеме, а электродная ячейка компенсатора 3 включена в цепь обратной связи. Коэффициент передачи такого усилителя равен - . Коэффициент передачи усилителя 5 может регулироваться в пределах от О до 20ОО, Таким образом, если соотношение Ci(i и GK будет лежать в указанных пределах, можно найти такой коэффициент передачи, при котором напряжения на выходе обоих усилителей будут равны, т.е. будет вы-полнено условие начальной балансировки. Сигнал с выхода обоих усилителей подается на выход блока сравнения 6, который производит операцию вычитания. Таким образом на выходе блока сравнения реализуется формула (4), Разностный ситлнал усиливается усилителем 7 сигнала разбаланса. Для линейного преобразования переменного напряжения в постоянное использует- ся детектор 8, управляемый генератором 1. После детектирования сигнал интегртфуегся. Время прохождения индикатора через змерительный створ составляет 1О-.15мин. Интегратор с такой постоянной времени нтегрирования лучше выполнить цифроанаоговым, т.е. преобра.Ю1лать () в часоту 4 (t), с последзющим суммированном числа .импульсов на выходе преобраэовате,ля, т.е.: /Чп G,-AG. / .. - коэффициент преобразования напряжения в частоту; fvl - число импульсов на выходе суммируюшего устройства. Таким образом, интегрирующая допь ;срстЪит из преобразователя 9 ййпряжения в частоту и суммирующего счетчика 10. Далее сигнал в двоично-десятичном коде поступает на дешифратор 11 двоичного кода в семисегментный код в десятичном в№ де индицируется на индикаторе 12. Калибровка прибора производится при настройке измерителя изменением коэфф№ента усилителя 7 сигнала разбаланса. Коэффициент усиления выбирается таким, что бы вьгходная Частота преобразователя 9 (шпряжения в частоту соответствовала определенному приращению количества индикатора. Тогда для сатределения расхода во ды необходимо разделить величину массы .введенного в поток индикатора (мг) на число импульсов, получаемых на индикато ре 12, и умножить на величину коэффициента преобразования В. В- н/АЗ В - коэффициент преобразования; . - калибровочная .частота; д S - калибровочное приращение концентрации индикатора. При определении расхода В было выбра но 100. Ф О м у а а и 3 о б р е т е ни я УсЧройство для измерения р;асхода вЬдьг в открыток потоках, содержащее генератор синусоидального напряжения, элект родную измерительную ячейку для измерения электропроводности среды на измерительном створе, последовательно соединенHbie блок сравнения, усилитель сигнала раз баланса, детектор и индикатор, отличающееся тем, что, с целью исключения температурных погрешностей и повышения точнос1|и измерения , устройст во снабжено компенсационной электродной ячейкой с эталонным раствором электролита, по конструкции аналогичной измерительной ячейке, усилителем с коэффициентом усиления, равным - , где О t - , текущее значение электропроводности воды в потоке на измерительном створе; С|„- значение электропроводности эталонной средаг в ксыпенсационной ячейке, погруженной в поток на измерителыюм створе, усилителем с переменным коэффициентом усиления, преобразователем напряжения в частоту, суммирующим счетчиком и дешифратором, причем выходы измерительной и компенсационной электродных ячеек подключены к входам усилителя с коэффйциев том усиления - , выход генератора синусоидального напряжения подключен к входам усилителя с коэффициентом усиления. - и усилителя с пе еменным коэффи циентом усиления, а также к .нходу детектбра, выходы этих усилителей подключены, к входам блока сравнения, а последовательно соединенные преобразователь напряжения в частоту, суммирующий счётчик и дешифратор включены, между детектором и илткатором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ильинский В. М. Бесконтактное из-, мерение расходов, М.,Энергия 197О, с. 9О-92. 2.Пикуш Н. В. Методы и приборы гидрометрии, Л., Гисрометеоиздат , 1967, с. 60-76.

/f «