压力传感器式U形渠道自动测流仪的开发研究

论文摘要

U形渠道是一种输水效率高、防渗、防冻胀效果好的灌溉输水渠道,广泛的应用在灌区斗渠及其以下的田间渠道。U形渠道与梯形、矩形等断面形式过水渠道相比,具有过流能力大、输沙能力强、占地少、工程量小、防渗效果好、耐冻胀等优点,因此,U形渠道得以广泛推广应用,特别是在广大灌区斗渠以下各级渠道U形化已成趋势,是农田水利建设的首选输水渠道之一。八五以来,U形渠道在防渗、现场施工、性能及推广应用等方面做了大量的努力,先后取得了“混凝土U形渠槽预制新工艺及配套技术”、“混凝土合成材料在膨胀土渠道工程中的应用研究”等一系列研究成果,提出了膜料、HEC固化土、沥青混凝土等防渗新材料在U型渠道中的应用,同时还研制出U形渠道开挖机、衬砌机等施工机具。为U形渠道在渠道输入水方面奠定了坚实的基础。但U形渠道过流量的测量技术,特别是自动化测量技术,在广大灌区还没有成熟的设施和设备,测流技术的滞后已成为U形渠道广泛推广的限制因素,也是全国多数灌区亟待解决的生产实际问题。本论文以技术相对成熟的U形渠道测流堰槽为基础,开发研究与U形渠道测流堰槽配套使用的自动测流仪(命名为U形直壁式流量测量仪)。首先根据量水槽的测流原理,结合已有的U形渠道测流槽筛选出一种经济合理,测流精度符合要求,施工简单的U形渠道测流槽;再根据筛选出的U形渠道测流槽的体型及过流特征,实验取得的流量计算公式,采用大规模集成电路写入固定程序来实现自动测流。测量仪的工作原理是通过水位传感器把上游水深H,下游水深hs的电信号送入计算机(如确保自由出流,可只测上游水深),通过A/D转换器得到H和hs的水深值。利用计算机模块中“U形渠道量水槽”的流量公式和计算程序,仪器自动将水深值代入公式中进行判断,根据判断结果选择所需的计算公式,然后自动计算出瞬时流量q和某一时段的总流量Q。在测流过程中,可以随时读取当前的瞬时流量q和所测时段的总流量Q。研制出的U形自动测流仪经实际测量,水位误差在1.5%以下、流量误差在3%以内,满足农田灌溉量水精度要求。研制出的U形渠道自动测流仪可实现瞬时测量,定时测量,同时可实现信息下载传输,具有体积小,交直流两用,观测方便,测量范围大,精度较高,性能稳定,操作简单,储存量大等特点。自动测流仪内部采用整装线路板,两块大规模集成电路进行数据处理,结构简单,运行可靠,同时考虑到灌区的实际情况,在仪器内置5V干粉免维护蓄电瓶一块,保证在运离电源处能够正常维持工作2小时。U形渠道自动测流仪研制费3752元(含试验室制作费用、测流槽材料费、施工费),如企业规模化生产,其价格将有较大降低。可以进行小型工厂生产。全国大中型灌区年需求量很大,若全部安装该种形式测流仪,如果向全国推广,利润将更为可观。安装U形自动测流仪后,和传统水尺测量可提高精度测流精度,且可以增加较高的间接经济利益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景、目的和意义
• 1.2 研究现状及发展趋势
• 1.2.1 渠道量水方法概况
• 1.2.2 U 形渠道量水槽研究现状
• 1.2.3 渠道量水理论发展
• 1.2.4 渠道量水技术的发展趋势
• 1.3 主要研究内容和方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 筛选U 形渠道测流堰槽及计算公式
• 2.1 U 形渠道测流槽的选型
• 2.2 U 形渠道量水槽量水精度的比较
• 2.3 U 形直壁式量水槽的体形、水流流态及测流原理
• 2.4 U 形渠道直壁式量水槽技术参数及筛选出的流量计算公式
• 2.4.1 U 形渠道直壁式测流槽三角底基本技术参数及公式
• 2.4.2 U 形渠道直壁式测流槽弓形底基本技术参数及公式
• 2.4.3 用边界层理论计算流量
• 第三章 自动测流仪原理研究
• 3.1 自动测流仪的工作原理
• 3.2 自动测流仪的硬件原理框图和说明
• 3.3 自动测流仪软件框图
• 3.4 自动测流仪的工作参数
• 3.5 自动测流仪传感器安装要求
• 3.6 传感器测量水深和实测水深比较
• 3.7 仪器实测数据分析
• 3.8 U 形自动测流仪实物外观图
• 3.9 U 形自动测流仪使用说明
• 第四章 经济效益分析
• 4.1 市场分析
• 4.2 直接经济效益
• 4.2.1 弓形底直壁式测流槽制作成本
• 4.2.2 U 形自动测流仪制作成本
• 4.3 间接经济效益
• 4.4 社会效益
• 第五章 结论与问题
• 5.1 结论
• 5.2 存在的问题
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介