Устройство для измерения расхода воды в открытых потоках

 

О rf И-C- А Н И Е

< 735924

Союз Советски к

Социалистическик

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 15,03.78 (21) 2589939/18-10 (5! )М. Кл. с присоединением заявки №

QO1 9 1/70

Государственный комитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень № 19 (5З) АК 681.121 (088,8) ло делам изобретений и открытий

Дата опубликования описания 27.05.80

»»»»Ф ФФЬ%ю ». Ь» ; (72) Автор изобретения

А. И, Затыльников

Государственный ордена Трудового Красного Знамени научноисследовательский гидрологический институт (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА

ВОДЫ В.ОТКРЫТЫХ ПОТОКАХ

КМ

Й(е -E- )ь -!

=!!

Изобретение относится к гидрометрии и может быть использовано при определении расхода воды в открытых потоках.

Известны методы измерения расхода потока, заключаюшиеся в том, что в выбранном сечении в поток вводится определенное количество cyxor î индикатора или известный объем раствора индикатора про-. извольной высокой кскцентрации, после

l чего на некотором расстоянии ниже по по току измеряют среднее по сечению потока

10 значение приращения концентрации вещества индикатора в единицах объема потока в функции времени S g, a расход вычисляют по фармуле q М 5 аб(цй где 6,t< — время начала и конца прохождения индикатора через измерительное сечение потока (1).

Известны также устройства для измерь ния расходов открытых потоков, содержащие электродную измерительную ячейку для измерения электропроводности среды; на измерительном створе, генератор сн» нусгоидального напряжения, последовательно соединенные блок сравнения, усилитель сигнала разбаланса, детектор и индикатор pg

С помощью этих устройств измеряют изменение во времени электропроводности воды в момент прохождения через измерительный участок (створ) индикатора.

Перед введением в поток индикатора определенной массы на измерительном створе измеряют начальную проюдимость речной воды и температуру воды и по заранее уотановленной в лаборатерных условиях зависимости электропроводности электродной ячейки от концентрации электролита и температуры, определяют тарировочный коэффициент К. Расход воды вычисляют по фор» муле где Q — искомый расход воды;

8 - масса введенного в поток индикатора;

К вЂ” тарировочный коэффициент;

3 - 7359 ;- текущее значение электропроворности электродной ячейки;

- начальное значение электропроо водности электродной ячейки;

ht - интервал времени снятия пока 5 заний. Недостатком известных устройств для измерения расхода потока является зависимость показаний измерителя от температуры воды. Изменение температуры во ды в процессе измерения может привести

1 к значительным погрешностям. Dame в случае постоянной (в процессе измерения) температуры воды могут возникнуть погрешности, связанные с определением начальной электропроводности и температуры.

Цель изобретения — исключение температурных погрешностей и повышение точности измерения, 20

Это достигается тем, что устройство снабжено компенсационной электродной ячейкой с эталонным раствором электрблита, по конструкции аналогичной измерительной ячейке, усилителем с коэффициен- 2S том усиления, равным — —, где С 1 - теС„

- : ск кущее значение электропроводности воды в потоке на измерительном створе; С,— значение электропроводно стн эталонной среды в компенсационной ячейке, погружен--30 ной в поток на измерительном створе, усилителем с переменным коэффициентом усиления, преобразователем напряжения в чаототу, суммирующим счетчиком и дешифратором, причем выходы измерительной и компенсационной электродных ячеек подключены к входам усилители с коэффициентом усиления —, выход генератора синусоС ок идального напряжения подключен к входам усилителя с коэффициентом усиления — 40

Ga бк и усилителя с переменным коэффициентом усиления, а также к входу детектора, вы) ходы этих усилителей подключены к вхо/ дам блока сравнения, а последовательно соединенные преобразователь напряжения 45 в частоту, суммирукиций счетчик и дешиф» ратор включены между детектором и янди» катором.

На фиг. l приведена структурная схема предлагаемого устройства для измерения s0 расхода воды в; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема усилителей и блока сравнения; на фиг-, 3 конструкция измерительной и компенсационной электролит ячеек. 55

Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения; усилитель 2, имеюСэ щий коэффициент усиления -- — ° измерис,<

24 ф тельную 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; детектор 8; преобразователь 9 напряжения в частоту; суммирующий счетчик 10; дешифратор 11, преобразующий двоично-десятичнй код в семисегментный индикатор 12.

R - сопротивления измерительной электродной ячейки; R - сопротивление компенк сационной электродной ячейки; Я вЂ” потенциометр регулировки коэффициента усиления усилителя 5; Й вЂ” потенциометр регулировки коэффициента усиления усилителя 7, Блок электродных ячеек состоит из и . мерительной 3 и компенсационной 4 яче ек, корпуса которых стянуты гайкой 13.

Конструкция обеих ячеек совершенно идентична, aименно: :их электроды. 14 имеют одинаковые рабочие поверхности, а расстояния между электродами ячеек равнй между собой. Внутренняя полость компенсационной ячейки заполняется через отверстие 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 подключается к усилителю 2 с помощью 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 средьr электродной ячейки сопротивление на выходах электродной ячейки связано с количеством вещества, определяющего электропроводность электролита (концентрацию электролита) следующим соотношением: где R — сопротивление на выводах электр род-ой ячейки;

8 « «концентрация электролита;

К - коэффиш ент, пропорционалнюсти, зависящий от температуры воды и конструкции ячейки.

Исследования, проведенные в Государственном гидрологическом институте, показали, что

М .1Р1О, (2) 7359

5 где t «температура воды, о. - коэффициенты, зависящие от кон- струкции ячейки, Учитывая выражения (1) и (2), приращение концентрации вещества индикато ра 5, {t) можно определить как

+(<). (с, ° (+@ o) где (, — начальное значение проводимосн ти (до ввода в поток индикато-. .0 ра), где проводимость — величина, обратная сопротивлению,.

Если измерительная и компенсационная ячейки имеют одинаковую конструкцию и, следовательно, одинаковые коэффициенты. аС и р, .то коэффициент К может быть определен, как

К=—

Сз где S - концентрация эталонного раствок ра электролита;

20 (— проводимость компенсационной к ячейки.

Следовательно, влияние температуры и конструкции на проводимость ячейки при определении S (t) можно устранить, про25 изводя операцию деления приращения электропроводности рабочей ячейки нв электропроводность компенсационной ячейки и умножением на известную величину концентс рации эталонного раствора электролита, в

30 котором помещена компенсационная ячейка.

Тогда Crt) GH к (З)

Эта формула может быть реализована схемой, представленной на фиг. 2. Она состоит из усилителя 2, составной частью которого являются электродные ячейки 3 и 4 (коэффициент передачи усилителя ра- 40 вен отношению ); усилителя 5, коG(»

Ск эффициент передачи. которого А можно регулировать в широких пределах; генератора 1, сигнал которого поступает на вход обоих усилителей; блоке сравнения 6; уси- 45 лителя сигнала разбалансв 7.

Напряжение на выходе такой цепи будет равно . д г.

=0 ьюх(ь „ (4) к к 50 где g (ц- напряжение на выходе цепи в функции времени;

О„- напряжение на выходе генератора.

Изменяя коэффициент передачи Л, можно

55 добиться выполнения условия к С н C5)

В этом случае напряжение нв выходе цепи будет равно нулю, В случае выпсане24 6 ния условия (5), учитывая выражения (3) и (4), можно записать

{6)

Ь.) "выем(t) U

Р

Так как величины 5 и О заранее известны, то, измеряя U ., можно опььи(О ределить приращение концентрации веществ ва индикатора на измерительном створе.

Для определения расхода воды необхсьдимо проинтегрировать выходное напряже ние 0 „ в пределах . и и разделить величину массы сухого индикатора, введен1 ,ного в поток на пусковом створе, нв ве ,личину интеграла.

Таким образом будет реализована формула Я

% .

5 6(gas

Ниже рассматривается работа устройства по схеме на фиг, 1. Синусоидвльный сигнал с выхода генератора синусоидального напряжения поступает на выход двух усилителей 2 и 5.

Измерительная электродная ячейка включена во входную цепь усилителя 2, собранного по инвертирующей схеме, а электродная ячейка компенсаторв Э включена в цепь обратной связи.

Коэффициент передачи такого усилителя равен с

Коэффициент передачи усилителя 5 может регулироваться в пределах от 0 до 2000, Таким образом, если соотношение C (О и (; будет лежать в указанных пределах, к можно найти такой коэффициент передачи, при котором напряжения на выходе обоих усилителей будут равны, т.е. будет выполнено 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). Рвзностный сит нал усиливается усилителем 7 сигнала раэ1 баланса.

Для линейного преобразования переменного напряжения в постоянное используется детектор 8, управляемый генератором 1.

После детектировшшя сигнал интегрирует ся. Время прохождения индикатора через измерительный створ составляет 10-15 мин.

Интегратор с такой постоянной времени интегрирования лучше выполнить цифроаналоговым, т,е. преобразовать „,() в истоту 5 (С), с последующим суммированием

7 7359 числа импульсов на выходе преобразователя, т.е.: ,, ф, n .,;-д С, S(t)dt=Z — " 5 K =N, к

5 п ч напряжения в частоту;

f4 — число импульсов на выходе суммирующего устройства.

Таким образом, интегрирующая цопь состоит йз преобразователя 9 напряжения в частоту и суммирующего счетчика 10.

Далее сигнал в двоичнсдесятичном ходе поступает на дешифратор 11 двоичного ко-1s да в семисегментный код в десятичном виде индицируется на индикаторе 12.

Калибровка прибора производится при настройке измерителя изменением коэффиента усилителя 7 сигнала разбаланса. Ко- 20 эффициент усилении выбирается таким, чтобы выходная частота преобразователя. 9

Йапряжения в частоту соответствовала определенному приращению количества индикатора. Тогда для определения расхода во 5 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. 9 = т„!ьЯ где  — коэффициент преобразованйя; . калибровочная;частота; а S — калибровьчное приращение концентрации индикатора.

При определении расхода В было выбра-З5 но 100, Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для измерения расхода вЬды в Открытых потоках, содержущее генератор синусоидального напряжения, элект24 8 родную измерительную ячейку для измерения электропроводности среды на измерительном створе, .последовательно соединенные блок сравнения, усилитель сигнала раз- баланса, детектор и индикатор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью иоключения температурных погрешностей и повышения точнос ри измерения, устройство снабжено компенсационной электродной ячейкой с эталонным раствором электролита, по конструкции аналогичной измерительной ячейке, усилителеМ с коэффициен« том усиления, равным где Ci 1-. к

» текущее значение электропроводности воды в потоке íà измерительном створе;

С1„- значение электропроводности эталон» ной среды в. компенсационной ячейке, погруженной в поток на измерительном створе, усилителем с переменным коэффициентом усиления, преобразователем напряжения в частоту, суммирующим счетчиком и дешифратором, причем выходы измерительной и компенсационной электродпьх ячеек подключены к входам усилителя с коэффициент том усиления —,выход генератора сину\ соидального напряжения подключен к вхо дам усилителя с коэффициентом усиления + и усилителя с переменным коэффициентом усиления, а также х входу детек» тора, выходы этих усилителей подключены к входам блока сравнения, а последователь но соединенные преобразователь наттряжения вчастоту,,суммирующий счетчик и дешифратор включены между детектором и индикатором, ИстОчники информацииу принятые во внимание при экспертизе

1. Ильинский B. М, Бесконтактное из-, мерение расходов, М.,"Энергия, 1970, с. 90-92.

2. Пикуш H. В, Методы и приборы гидрометрии, Л., Гидрометеоиздат, 1967, с. 60-76.

735924

Составитель Н, Андреева

p9l36KTop Т, Иванова Техред Л. Теслюк Корректор А. Грииенко

Заказ 2411/320 Тираж 801 Подписное

БНИИПИ Государственого комитета СССР ио делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раущская наб„д, 4/5

Филиал ППП «Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4