本发明涉及一种差力触发型精准灌溉水量计量装置，属于灌溉水量计量装置技术领域。
背景技术：
当今社会，农业用水是水资源消耗大户，近年来各地农业节水工程建设取得了一定成效。然而目前农业灌溉还是普遍采用粗放低效的利用形式，这在一定程度上加剧了水资源短缺程度。实践证明，建设农业用水计量设施、对农业用水进行计量收费与控制是农业可持续发展的有效措施和节水型社会建设的重要一环。但由于长期以来我国农业用水的传统理念，田间灌溉水量计量装置较少，即使有也大多安装于主渠道内，而对于独立田块的灌溉用水量基本不计量，在灌溉结束后通常根据户数平摊水费，造成了农民节水意识不强、大力漫灌、水资源浪费等现象严重，这就给农业水资源的控制管理带来很大的困难。作为灌区量水的重要组成部分，田间灌溉量水既是节约水资源、增加灌溉效率的有力措施，也是实行计划用水和准确配水、灌水的重要手段。
灌溉水量的计量是一项基础而又关键的技术，传统巴歇尔量水槽、u型量水槽等水量测定装置只适合于干渠、沟渠等大水量的测定，用来实现地表水灌区明渠输水的测量，但是这类装置计量精度普遍不高。而一些大型精密流量设备，如超声波流量计、红外线流量计等虽然具有较高的测量精度，但是它们投资成本较高、安装复杂且维护成本较高，会增加农民的负担。针对目前我国农业农田灌溉特点及精准灌溉目标，急需一种结构简单，成本低，计量精度高的田间灌溉水量计量装置，用于对独立田块的灌溉水量进行精确计量，从而为灌溉用水定额管理及合理调配创造条件，以提高我国农业节水灌溉管理水平。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种差力触发型精准灌溉水量计量装置，采用凸轮限位机构实现对连续水流的离散式计量，具有结构简单、计量精确的优点，可用于对田间灌溉用水量的准确计量及自动控制，有利于实现水资源的利用效率及灌溉水量智能化控制。
为达到上述目的，本发明提供一种差力触发型精准灌溉水量计量装置，包括外箱、内箱、用于带动所述内箱升降的升降控制装置、计量系统，所述外箱安装于沟渠护坡中且隔开沟渠护坡与农田，所述外箱内部安装有可升降的所述内箱；所述升降控制装置上端固定设置在所述外箱上，所述升降控制装置下端伸入所述外箱中固定连接所述内箱顶部，所述计量系统电连接所述升降控制装置；所述内箱的进水侧上端或中端开设进水口一，所述内箱的出水侧下端开设出水口一，所述外箱的进水侧开设配合所述进水口一的进水口二，所述外箱的出水侧下端开设配合所述出水口一的出水口二；进水状态时升降控制装置向上提拉所述内箱，进水口一与进水口二至少部分重合且出水口一与出水口二完全错开使得出水口一完全关闭，沟渠护坡中的水进入所述内箱中，当所述内箱中的水量逐渐增大使所述内箱的重力超过下行阻力时，所述内箱下行进入出水状态，此时出水口一与出水口二至少部分重合且进水口一与进水口二完全错开使得进水口一完全关闭，所述内箱中的水流入农田中。
优先地，所述升降控制装置包括升降控制杆、升降控制弹簧和用于调节升降控制弹簧弹力的拉力调节螺母，所述拉力调节螺母螺纹连接所述升降控制杆顶端，所述升降控制弹簧套设在所述升降控制杆中端，所述升降控制弹簧的内直径小于所述拉力调节螺母对角线长度，所述升降控制弹簧位于所述外箱上方，所述升降控制杆底端穿过所述外箱顶壁伸入所述外箱中固定连接所述内箱顶部。
优先地，所述升降控制杆包括控制杆，所述控制杆包括位于上侧的螺纹段和位于下侧的直导轨段，所述升降控制弹簧螺纹连接所述螺纹段，所述直导轨段中端向左右两侧膨出形成凸轮，所述直导轨段上下端、所述凸轮两侧开设导向槽；导向槽的深度为5～8mm。
优先地，所述升降控制装置还包括两个横向限位机构，两个所述横向限位机构对称地设置在所述升降控制杆两侧，所述横向限位机构包括顶杆、顶杆支架、滚轮、平衡弹簧、用于调节平衡弹簧弹力的平衡调节螺母，所述顶杆支架上端固定设置在所述外箱内顶壁上，所述顶杆的外端穿过所述顶杆支架，所述顶杆的内端上开设配合所述滚轮的凹槽，所述滚轮转动连接所述凹槽，所述滚轮均分别抵靠在一个导向槽中，所述顶杆的中端上螺纹连接一所述平衡调节螺母，所述平衡弹簧套设在所述顶杆上，所述平衡弹簧位于所述顶杆支架、所述平衡调节螺母之间，所述平衡调节螺母的对角线长度大于所述平衡弹簧的内直径；所述滚轮为橡胶材质，所述滚轮厚度小于所述导向槽宽度0.5～1mm。
优先地，所述升降控制杆包括控制杆，所述控制杆包括位于上侧的螺纹段和位于下侧的直导轨段，所述升降控制弹簧螺纹连接所述螺纹段，所述直导轨段中端以所述控制杆的轴心为基点沿圆周方向向外侧膨出形成球体，所述球体上开设若干道导向槽；导向槽的深度为5～8mm。
优先地，所述升降控制装置还包括若干个横向限位机构，若干个横向限位机构以所述升降控制杆的轴线为中心线沿圆周方向等间距分布，所述横向限位机构包括顶杆、顶杆支架、滚轮、平衡弹簧、用于调节平衡弹簧弹力的平衡调节螺母，所述顶杆支架上端固定设置在所述外箱内顶壁上，所述顶杆的外端穿过所述顶杆支架，所述顶杆的内端上开设配合所述滚轮的凹槽，所述滚轮转动连接所述凹槽，所述滚轮均分别抵靠在一个导向槽中，所述顶杆的中端上螺纹连接一所述平衡调节螺母，所述平衡弹簧套设在所述顶杆上，所述平衡弹簧位于所述顶杆支架、所述平衡调节螺母之间，所述平衡调节螺母的对角线长度大于所述平衡弹簧的内直径；所述滚轮为橡胶材质，所述滚轮厚度小于所述导向槽宽度0.5～1mm。
优先地，所述升降控制杆包括法兰座，所述控制杆顶端开设配合所述拉力调节螺母的外螺纹，所述控制杆下端通过法兰座与所述内箱顶部固定连接；所述升降控制杆材质为不锈钢。
优先地，所述计量系统包括电池、支架、行程开关和脉冲计数器，所述行程开关通过所述l形的支架固定于所述升降控制杆顶部，所述脉冲计数器固定于外箱顶部，所述脉冲计数器与行程开关电连接，所述电池给行程开关、所述脉冲计数器供电。
优先地，包括进水挡板和出水挡板，所述外箱为一长方体中空箱体，所述外箱左侧壁上部开口，所述外箱左侧壁下部固定连接所述进水挡板，进水挡板上边缘高于渠底(15)10～20cm；所述外箱右侧壁中部固定连接所述出水挡板，所述外箱右侧壁上下均开设出水口二，所述外箱顶板中心还开设有用于安装所述控制杆的限位孔，外箱安装于灌溉渠道靠近农田一侧的沟渠护坡中；所述内箱为一长方体中空箱体，所述内箱左侧壁中部开设进水口一，所述内箱右侧壁下部开设出水口一，顶部开设有用于排气的排气孔，所述内箱外部的长宽与外箱内部的长宽相等。
优先地，所述顶杆支架为u形，所述顶杆支架两端顶部均设有翻边，若干个所述螺钉穿过所述翻边固定连接所述外箱顶壁，所述顶杆支架侧壁上对称地开设有用于容纳所述顶杆的通孔，通孔的直径大于顶杆直径0.5～1mm。
本发明所达到的有益效果：
1)本发明采用分段间歇计量方法，通过累计水箱单次过水量和升降次数来计算总过水量，计量精度高于普通连续式计量装置，可用于对田间灌溉用水量的准确计量及自动控制，有利于实现水资源的利用效率及灌溉水量智能化控制。
2)采用凸轮限位机构实现内箱的自动升降和进排水操作，触发动作迅速，单次过水量稳定性高。同时单次过水量可调节，以适应不同的过水量要求。
3)所采用的间歇过水方式，可有效的稳定沟渠中的水位高度，在同一沟渠中大量使用时下不会造成沟渠上游和下游出现明显的水位波动，适应性强。
4)本装置采用内外箱过水结构，不易受灌溉水中携带的泥沙等杂质的影响，同时进水侧设置的进水挡板可有效的阻挡沟渠底部泥沙进入，保证了装置的长期稳定工作，具有较好的免维护性。
5)本发明具有结构简单，制造和维护成本低，且具有较好的便携性，即适合于农田灌溉用水量的长期运行管理，也适用于临时水量计量控制，具有较好的适应性。
附图说明
附图1是本发明进水状态的剖视图；
附图2是本发明排水状态的剖视图；
附图3是本发明进水状态的右视图；
附图4是本发明实施例一中升降控制杆的立体图；
附图5是本发明中滑动顶杆装置的结构图；
附图6是本发明中外箱出水侧的结构图；
附图7是本发明中外箱进水侧的结构图；
附图8是本发明中内箱出水侧的结构图；
附图9是本发明中内箱进水侧的结构图。
图中的1是水面、2是外箱、3是脉冲计数器、4是升降控制杆、5是拉力调节螺母、6是支架、7是行程开关、8是升降控制弹簧、9是顶杆支架、10是顶杆、11是滚轮、12是平衡弹簧、13是内箱、14是农田、15是渠底、16是沟渠护坡、17是法兰座、18是凸轮、19是直导轨、20是螺纹、21是平衡调节螺母、22是出水挡板、23是进水挡板、24是限位孔、25是导向槽、26是排气孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种差力触发型精准灌溉水量计量装置，包括外箱2、内箱13、用于带动所述内箱13升降的升降控制装置、计量系统，所述外箱2安装于沟渠护坡16中且隔开沟渠护坡16与农田，所述外箱2内部安装有可升降的所述内箱13；所述升降控制装置上端固定设置在所述外箱2上，所述升降控制装置下端伸入所述外箱2中固定连接所述内箱13顶部，所述计量系统电连接所述升降控制装置；所述内箱13的进水侧上端或中端开设进水口一，所述内箱13的出水侧下端开设出水口一，所述外箱2的进水侧开设配合所述进水口一的进水口二，所述外箱2的出水侧下端开设配合所述出水口一的出水口二；进水状态时升降控制装置向上提拉所述内箱13，进水口一与进水口二至少部分重合且出水口一与出水口二完全错开使得出水口一完全关闭，沟渠护坡16中的水进入所述内箱13中，当所述内箱13中的水量逐渐增大使所述内箱13的重力超过下行阻力时，所述内箱13下行进入出水状态，此时出水口一与出水口二至少部分重合且进水口一与进水口二完全错开使得进水口一完全关闭，所述内箱13中的水流入农田14中。
进一步地，所述升降控制装置包括升降控制杆4、升降控制弹簧8和用于调节升降控制弹簧8弹力的拉力调节螺母5，所述拉力调节螺母5螺纹连接所述升降控制杆4顶端，所述升降控制弹簧8套设在所述升降控制杆4中端，所述升降控制弹簧8的内直径小于所述拉力调节螺母5对角线长度，所述升降控制弹簧8位于所述外箱2上方，所述升降控制杆4底端穿过所述外箱2顶壁伸入所述外箱2中固定连接所述内箱13顶部。
进一步地，所述升降控制杆4包括控制杆，所述控制杆包括位于上侧的螺纹段和位于下侧的直导轨段19，所述升降控制弹簧8螺纹连接所述螺纹段，所述直导轨段19中端向左右两侧膨出形成凸轮18，所述直导轨段19上下端、所述凸轮18两侧开设导向槽25；导向槽25的深度为5～8mm。
进一步地，所述升降控制装置还包括两个横向限位机构，两个所述横向限位机构对称地设置在所述升降控制杆4两侧，所述横向限位机构包括顶杆10、顶杆支架9、滚轮11、平衡弹簧12、用于调节平衡弹簧12弹力的平衡调节螺母21，所述顶杆支架9上端固定设置在所述外箱2内顶壁上，所述顶杆10的外端穿过所述顶杆支架9，所述顶杆10的内端上开设配合所述滚轮11的凹槽，所述滚轮11转动连接所述凹槽，所述滚轮11均分别抵靠在一个导向槽25中，所述顶杆10的中端上螺纹连接一所述平衡调节螺母21，所述平衡弹簧12套设在所述顶杆10上，所述平衡弹簧12位于所述顶杆支架9、所述平衡调节螺母21之间，所述平衡调节螺母21的对角线长度大于所述平衡弹簧12的内直径；所述滚轮11为橡胶材质，所述滚轮11厚度小于所述导向槽25宽度0.5～1mm。
进一步地，所述升降控制杆4包括法兰座17，所述控制杆顶端开设配合所述拉力调节螺母5的外螺纹，所述控制杆下端通过法兰座17与所述内箱13顶部固定连接；所述升降控制杆4材质为不锈钢。
进一步地，所述计量系统包括电池、支架6、行程开关7、脉冲计数器3，所述行程开关7通过所述l形的支架6固定于所述升降控制杆4顶部，所述脉冲计数器3固定于外箱2顶部，所述脉冲计数器3与行程开关7电连接，所述电池给行程开关7、所述脉冲计数器3供电，脉冲计数器型号：gw636-1-12-11-1-1。
进一步地，包括进水挡板23和出水挡板22，所述外箱2为一长方体中空箱体，所述外箱2左侧壁上部开口，所述外箱2左侧壁下部固定连接所述进水挡板23，进水挡板23上边缘高于渠底1510～20cm；所述外箱2右侧壁中部固定连接所述出水挡板22，所述外箱2右侧壁上下均开设出水口二，所述外箱2顶板中心还开设有用于安装所述控制杆的限位孔24，外箱2安装于灌溉渠道靠近农田14一侧的沟渠护坡16中；所述内箱13采用pvc板拼合而成，所述内箱13为一长方体中空箱体，所述内箱13左侧壁中部开设进水口一，所述内箱13右侧壁下部开设出水口一，顶部开设有用于排气的排气孔26，所述内箱13外部的长宽与外箱2内部的长宽相等。
进一步地，所述顶杆支架9为u形，所述顶杆支架9两端顶部均设有翻边，若干个所述螺钉穿过所述翻边固定连接所述外箱2顶壁，所述顶杆支架9侧壁上对称地开设有用于容纳所述顶杆10的通孔，通孔的直径大于顶杆10直径0.5～1mm。
本发明的工作原理：
当内箱13处于上位状态时，内箱13左侧的开口位于外箱2的进水挡板23上方，沟渠内的水可以流入到内箱13中，内箱13中的空气通过顶部排气孔26排出，使得水可以顺畅的进入箱体中。此时凸轮18位于顶杆10的上方，顶杆10端部的滚轮11在平衡弹簧12的作用下压紧升降控制杆并限制凸轮18下行，在升降控制弹簧8的弹力以及顶杆10对凸轮18的下行阻力的共同作用下，内箱13一直保持在上位状态。
随着水的不断进入，内箱13的重量不断增加，当内箱13中的水量达到一定重量时，内箱13的总重量达到并超过升降控制弹簧8的弹力与顶杆10对凸轮18的下行阻力之和时，在重力的作用下内箱13带动升降控制杆4下行，凸轮18将顶杆10向两侧顶开，顶杆10端部的滚轮11沿着升降控制杆4的导向槽25滚动，凸轮18越过顶杆10并停留在顶杆10的下方。行程开关7跟随升降控制杆4下行检测到到外箱2顶部，脉冲计数器3接收到行程开关7的脉冲信号后进行计数累加。此时内箱13的左侧开口高度低于外箱2的进水挡板23，沟渠中的水无法进入箱体中。同时内箱13右侧底部的开口与外箱2右侧底部的开口重合，内箱13中的水可以快速的从箱体中流入农田14中，外界的空气通过内箱13顶部的排气孔26进入到内箱13中以保持箱体内外压力平衡，从而使得排水顺畅。在排水过程中，凸轮18位于顶杆10的下方，两侧顶杆10压紧升降控制杆并限制凸轮18上行，从而使得在排水过程中内箱13一直保持在下位状态。
当内箱13中的水快速排出后，内箱13的重量小于此时升降控制弹簧8的弹力与顶杆10对凸轮18的上行阻力之和，在升降控制弹簧8弹力的作用下，凸轮18再次将顶杆10分别向两侧顶开，顶杆10端部的滚轮11沿着升降控制杆4的导向槽25滚动，凸轮18越过顶杆10并回到顶杆10的上方，装置又回到初始进水状态，从而完成一次过水计量过程。
在长期使用过程中，装置的单次排水量需要定期进行标定，以减小弹簧松弛和滚轮磨损所带来的精度误差。通过调节拉力调节螺母5的位置，可以改变升降控制弹簧8的弹力大小，从而改变单次过水量的大小。通过调节平衡调节螺母21的位置，可以改变顶杆10对升降控制杆4的压紧力。两侧顶杆10的压紧力应一致，以减小内箱13的移动阻力。
实施例二
与实施例一不同的是，本实施例中所述升降控制杆4包括控制杆，所述控制杆包括位于上侧的螺纹段和位于下侧的直导轨段19，所述升降控制弹簧8螺纹连接所述螺纹段，所述直导轨段19中端以所述控制杆的轴心为基点沿圆周方向向外侧膨出形成球体，所述球体上开设若干道导向槽25；导向槽25的深度为5～8mm。
进一步地，所述升降控制装置还包括若干个横向限位机构，若干个横向限位机构以所述升降控制杆4的轴线为中心线沿圆周方向等间距分布，所述横向限位机构包括顶杆10、顶杆支架9、滚轮11、平衡弹簧12、用于调节平衡弹簧12弹力的平衡调节螺母21，所述顶杆支架9上端固定设置在所述外箱2内顶壁上，所述顶杆10的外端穿过所述顶杆支架9，所述顶杆10的内端上开设配合所述滚轮11的凹槽，所述滚轮11转动连接所述凹槽，所述滚轮11均分别抵靠在一个导向槽25中，所述顶杆10的中端上螺纹连接一所述平衡调节螺母21，所述平衡弹簧12套设在所述顶杆10上，所述平衡弹簧12位于所述顶杆支架9、所述平衡调节螺母21之间，所述平衡调节螺母21的对角线长度大于所述平衡弹簧12的内直径；所述滚轮11为橡胶材质，所述滚轮11厚度小于所述导向槽25宽度0.5～1mm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。