流量测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本公开设及水文水资源工程、水±保持、水循环产汇流实验的流量测量，特别是设 及一种流量测量装置及方法。
【背景技术】
[0002] 目前国内外±壤侵蚀和产汇流实验小区的流量测量都采用体积法，即采用圆柱桶 存放出流水量，用水位计测量桶内水位高度，然后计算流量。在野外天然降雨和室内实验过 程中，实验小区的出流往往是先小流量，随着降雨的持续，小区内±壤达到饱和，流量增加。 如果采用圆柱桶体积法测流，刚刚开始出流的小流量很难测量到，随着持续的降雨，出现大 流量时，携带大量泥沙，底部会渺积泥沙，一定时段后，圆柱桶会存满水，不能测量流量。由 于研究的需要，刚刚出流流量和大流量都需要精确测量，因此需要设计一种高精度宽流量 的测量装置。
【发明内容】
[0003] 本公开的目的是提供一种流量测量装置及方法，其克服了现有流量测量装置容易 渺积泥沙的缺点，能够实现高精度宽流量的流量测量。
[0004] 本公开的一方面提供一种流量测量装置，包括：
[0005] 测流器，所述测流器自下而上依次包括沉沙部件、体积法测流部件和=角堪测流 部件，所述沉沙部件、体积法测流部件和=角堪测流部件的外周依次连接、内部贯通，所述 沉沙部件的底部设有排沙孔，所述体积法测流部件的底部设有排水孔；
[0006] 液位传感器，用于测量所述测流器中的水位高度；W及
[0007] 数据采集器，用于采集所述液位传感器测量的水位高度。
[000引优选地，所述沉沙部件具有四棱台外形，所述沉沙部件的底面是边长为ai的正方 形，顶面是边长为bi的正方形，高为hi，且ai〉bi。
[0009] 优选地，所述体积法测流部件具有四棱台外形，所述体积法测流部件的底面是边 长为日2的正方形，顶面是边长为b2的正方形，高为h2，且日2邻2。
[0010] 优选地，所述立角堪测流部件具有四棱柱外形，底面是边长为33的正方形，所述立 角堪测流部件的一个侧面设置有=角形堪口，所述=角形堪口的顶角为0，顶点位于所述= 角堪测流部件的一个侧面的垂直中屯、线上，且所述顶点与所述=角堪测流部件的底面的距 离为h3、与所述=角堪测流部件的顶面的距离为h4。
[0011] 优选地，ai = 0.6m，bi = 0. lm，hi = 0.3m。
[0012] 优选地，日2 = 0.1 m，b2 = 0.6m，h2 = 0.6m。
[0013] 优选地，a3 = 0.6m，h3 = 0.1 m，h3+h4=0.3m，目= 30°。
[0014] 优选地，所述液位传感器的量程为0至Im,测量精度为1mm。
[0015] 优选地，所述数据采集器的数据采集时间间隔为5s。
[0016] 本公开的另一方面提供一种采用上述流量测量装置的流量测量方法，包括W下步 骤：
[0017] 步骤I:打开所述排沙孔，排空所述沉沙部件内部的泥沙；
[0018] 步骤2:关闭所述排沙孔，打开所述排水孔，向所述流量测量装置中注水，直到水从 所述排水孔溢出；
[0019] 步骤3:通过所述数据采集器采集所述液位传感器测量的水位高度，并基于W下公 式计算瞬时流量：
[0020] 当 ht<h2 时：
[0021 ] Vt= ((a2+(b2-a2)ht/h2)2+a22+( (a2+(b2-a2)ht/h2)*a2)°.已）*ht/3
[0022] Qt=(Vt-Vt-I)/At
[0023] 当 h2<ht<h2+h3 时：
[0024] ￥* =曰3柄3*化广112)
[0025] Qt=(Vt-Vt-I)/At
[0026] 当h2+h3<ht < h2+h3+h4时：
[0028] 其中，ht表示t时刻W所述体积法测流部件的底面为零基准面测量的水位高度，即 所述液位传感器测量的水位高度，Vt表示t时刻所述测流器中的液体体积，Vt-I表示t-1时刻 所述测流器中的液体体积，Qt表示t时刻的瞬时流量，Cd为流量系数，Kh为考虑粘滞力和表面 张力综合影响的校正值，e为所述=角形堪口的顶角。
[0029] 本公开的流量测量装置的有益效果是通过设置带有排沙孔的沉沙部件而不易渺 积泥沙。此外，通过在流量测量装置中设置两种不同形式的流量测量部件，既可W对刚出流 的小流量进行精确测量，又能够长时间地对大流量进行精确测量，从而实现了高精度宽流 量的流量测量。
【附图说明】
[0030] 通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述W及其它 目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例方式中，相同的参考标号 通常代表相同部件。
[0031 ]图1示出了根据示例性实施例的流量测量装置的示意图；
[0032] 图2示出了根据示例性实施例的流量测量方法的流程图。
【具体实施方式】
[0033] 下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的 优选实施例，然而应该理解，可W W各种形式实现本公开而不应被运里阐述的实施例所限 审IJ。相反，提供运些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整 地传达给本领域的技术人员。
[0034] 图1示出了根据示例性实施例的流量测量装置的示意图，根据本公开的流量测量 装置包括：
[0035] 测流器，测流器自下而上依次包括沉沙部件1、体积法测流部件2和S角堪测流部 件3,沉沙部件1、体积法测流部件2和=角堪测流部件3的外周依次连接、内部贯通，沉沙部 件的底部设有排沙孔1-1，体积法测流部件的底部设有排水孔2-1;
[0036] 液位传感器4,用于测量测流器中的水位高度；W及
[0037] 数据采集器5,用于采集液位传感器测量的水位高度。
[0038] 排沙孔打开时，可W排空沉沙部件内部的泥沙。排沙孔关闭，排水孔打开时，侧流 器中的水位上升，随着水位的升高，水可从排水孔溢出。
[0039] 液位传感器可W采用任何适当的现有传感器，其优选地设置在测流器顶部，W便 于测量测流器中的水位高度。
[0040] 数据采集器可W采用任何适当的现有数据采集器，其可W有线或无线(例如射频、 蓝牙等)方式与液位传感器进行通信，并能够将采集的数据传输至外部数据处理设备进行 处理。
[0041] 本公开的流量测量装置设置带有排沙孔的沉沙部件，从而不易渺积泥沙，克服了 现有技术的缺陷。此外，在沉沙部件上方设置带有排水孔的体积法测流部件，当打开排水孔 时，水位正好处于体积法测流部件的底面，该底面可作为水位测量的零基准面。体积法测流 部件很容易检测到刚刚出流的小流量，测量精确。而=角堪测流部件则是为了测量相对较 大流量而设计的。通过自上而下依次设置沉沙部件、体积法测流部件和=角堪测流部件，该 流量测量装置不仅可W对刚出流的小流量进行精确测量，又能够长时间地对大流量进行精 确测量，而且不易沉积泥沙。
[0042] 作为优选方案，沉沙部件具有四棱台外形，沉沙部件的底面是边长为al的正方形， 顶面是边长为bi的正方形，高为hi，且ai〉bi。
[0043] 作为优选方案，体积法测流部件具有四棱台外形，体积法测流部件的底面是边长 为曰2的正方形，顶面是边长为b2的正方形，高为h2，且a2<b2。
[0044] 作为优选方案，=角堪测流部件具有四棱柱外形，底面是边长为曰3的正方形，=角 堪测流部件的一个侧面设置有S角形堪口 3-1，S角形堪口 3-1的顶角为0，顶点位于S角堪 测流部件的一个侧面的垂直中屯、线上，且顶点与S角堪测流部件的底面的距离为h3、与S 角堪测流部件的顶面的距离为h4。
[0045] 选择棱台形状的沉沙部件和体积法测流部件W及棱柱形状的=角堪测流部件的 主要原因是流量公式计算简便、便于计算瞬时流量，此外制作和安装也比较简单便捷。应当 指出的是，也可选用其他形状的部件。
[0046] 作为优选方案，ai = 〇.6m，bi = 0. lm，hi = 0.3m。
[0047] 作为优选方案，日2 = 0.1 m，b2 = 0.6m，h2 = 0.6m。
[004引 作为优选方案，a3 = 0.6m，h3 = 0.1 m，h3+h4=0.3m，目= 30°。
[0049] 作为优选方案，所述液位传感器的量程为0至Im,测量精度为1mm。
[0050] 上述尺寸设置基本可W满足一般条件下的流量测量要求，如果应用于特殊条件， 例如流量极大或极小的情况，可W根据实际情况调整上述尺寸。
[0051] 作为优选方案，数据采集器的数据采集时间间隔为5s，可W根据实际需求进行调 整。
[0052] 本公开的另一方面提供一种采用上述流量测量装置的流量测量方法，包括W下步 骤，如图2所示：