流体涨落速率测量装置及其使用方法
【专利摘要】本发明一种流体涨落速率测量装置及其使用方法涉及一种流体预警装置。其目的是为了提供一种结构简单、使用安全，能够准确测量出流体涨落速率的测量装置，为提前预警奠定了基础。本发明一种流体涨落速率测量装置，包括：引水管、第一换能器、第二换能器和控制器；所述第一换能器、第二换能器分别设置于所述引水管的不同高度处，且所述第一换能器与第二换能器相向对正设置；所述第一换能器和所述第二换能器分别与所述控制器相连。
【专利说明】
流体涨落速率测量装置及其使用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种流体预警装置，尤其设计一种用于测量流体涨落速率的装置。
【背景技术】
[0002] 水位大小以及长时间内水位的变化情况是研究地下水渗流、堤坝渗流安全、管流 以及防洪的重要参数，因此，水位的测量以及监测具有重要的理论意义与实际意义。
[0003] 在目前的研究与应用中，有人提出了一种利用水具有导电性，待测水体导电性能 的强弱可通过水体电导值反应，通过电导值的大小换算出对应的水位的测量装置。其技术 原理是:水体电导值的大小与水体的电导率和电导电极的电极系数有关，电极系数的大小 与电极的间距成反比，与电极间的导电面积成正比，即：
[0004] G=X · J=X · S/L (1)
[0005] 式中G为电导;X为水体的电导率;J为电极系数;S为导电面积;L为电极间距;S/L。
[0006] 其具体实施技术方案是:在一绝缘性材料的长直管（测量管）中，沿管长设置两根 等间距的金属丝，金属丝相当于两个电极。由于两金属丝间距恒定，即L为常数。当测量管内 有水时，因此导电面积与水位的高度呈正比，根据式(1)，电导值与水位将呈线性关系。水位 变化时，电导值也会对应地改变。在水体的温度和水体中电解质含量（电导率)保持不变的 情况下，该技术方案可及时、准确地反映水位值。
[0007] 在实现本发明过程中，发明人发现上述现有技术中至少存在如下问题：
[0008] 1.由于水的导电性能较弱，所以为了能够捕获所需参数，需要较高的电压，而高电 压很容易导致安全事故的发生；
[0009] 2.上述方案仅对液位高度进行测量，提供现时预警，无法测量液体的涨落速率，从 而也无法做到提前预警。
[0010]上述有关液位预警的弊端在其它流体(如气流)预警领域同样存在。
【发明内容】
[0011] 本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用安全，能够准确测量出流体 涨落速率的测量装置，为提前预警奠定了基础。
[0012] 本发明一种流体涨落速率测量装置，包括：引水管、第一换能器、第二换能器和控 制器；
[0013] 所述第一换能器、第二换能器分别设置于所述引水管的不同高度处，且所述第一 换能器与第二换能器相向对正设置；
[0014] 所述第一换能器和所述第二换能器分别与所述控制器相连。
[0015] 本发明一种流体涨落速率测量装置，其中所述第一换能器和第二换能器的连线与 引水管轴线的夹角为Θ，其中0°<θ<90。
[0016] 本发明一种流体涨落速率测量装置，其中于所述引水管的不同高度处开有探测 孔，所述第一换能器和第二换能器分别设置于对应探测孔处，并将对应探测孔密封。
[0017] 本发明一种流体涨落速率测量装置，其中所述第一换能器、第二换能器分别设置 于所述引水管的内壁上。
[0018] 本发明一种流体涨落速率测量装置，其中所述换能器为超声波换能器。
[0019] 本发明一种流体涨落速率测量装置，其中所述控制器包括计时模块和数据处理模 块；
[0020] 所述计时模块，用于分别记录声波从第一换能器到第二换能器的时间T12，以及记 录声波从第二换能器到第一换能器的时间T 21;
[0021 ]所述数据处理模块，用于计算流体在引流管内的涨落速率：
[0022]
[0023]其中，L表示第一换能器与第二换能器之间的直线距离；
[0024] Θ表示第一换能器和第二换能器的连线与引水管轴线的夹角。
[0025] 使用上述测速装置对流体涨落速率进行测量的方法，包括如下步骤：
[0026] S01:控制器控制第一换能器向第二换能器发出声波，待第二换能器接收到声波 时，计时模块记录从第一换能器发出声波至第二换能器接收到声波的时间间隔T12;
[0027] S02:控制器控制第二换能器向第一换能器发出声波，待第一换能器接收到声波 时，计时模块记录从第二换能器发出声波至第一换能器接收到声波的时间间隔T 21;
[0028] S03:数据处理模块将上述两个时间参数依次代入如下公式，求取流体涨落速率V;
[0029]
[0030]其中，L表示第一换能器与第二换能器之间的直线距离；
[0031 ] Θ表示第一换能器和第二换能器的连线与引水管轴线的夹角。
[0032]本发明一种流体涨落速率测量装置与现有技术不同之处在于使用了两个存在高 度差的换能器，由于声波在两个换能器之间的传播时间存在差异，进而由控制器通过上述 时间差异以及两个换能器之间的距离，进而计算出液体涨落速率，为提前预警奠定了基础。 本发明中仅使用声波在液体内传播，没有高压接入电压，从而保障了操作的安全性。
[0033]下面结合附图对本发明一种流体涨落速率测量装置作进一步说明。
【附图说明】
[0034]图1为本发明一种流体涨落速率测量装置中各零部件之间的连接关系图。
【具体实施方式】 [0035] 实施例一
[0036] 如图1所示，本发明一种流体涨落速率测量装置，包括：引水管1、第一换能器2、第 二换能器3和控制器4;其中第一换能器2和第二换能器3为配对换能器，分别用于接受对方 传送的声波，二者类型相同（如均为超声波换能器）。
[0037] 于引水管1的不同高度处开有探测孔，第一换能器2和第二换能器3分别设置于对 应探测孔处，并将对应探测孔密封。此时第一换能器2与第二换能器3相向对正设置，第一换 能器2与第二换能器3的连线与引水管轴线的夹角为Θ，其中0°<θ<90,优选为45°。
[0038]第一换能器2和第二换能器3分别与控制器4相连;更具体的，控制器4包括计时模 块42和数据处理模块41;
[0039]计时模块42,用于分别记录声波从第一换能器2到第二换能器3的时间T12，以及记 录声波从第二换能器3到第一换能器2的时间T21;
[0040] 数据处理模块，用于计算流体在引流管1内的涨落速率：
[0041]
[0042]其中，L表示第一换能器与第二换能器之间的直线距离；
[0043] Θ表示第一换能器和第二换能器的连线与引水管轴线的夹角。
[0044] 实施例二
[0045] 本实施例与实施例一的区别在于换能器相对引水管的安装方式不同，更具体的本 实施例换能器的安装方式为:第一换能器、第二换能器分别设置于引水管的内壁上。如此设 计的好处在于，将换能器设置于引水管内壁上，避免了在引水管侧壁上开孔，从而消除了引 水管从侧壁孔泄露流体情况的发生，保障了对流体涨落速率测试的准确性。
[0046] 使用本发明对流体涨落速率测试的方法包括如下步骤：
[0047] 首先控制器控制第一换能器向第二换能器发出声波，待第二换能器接收到声波 时，计时模块记录从第一换能器发出声波至第二换能器接收到声波的时间间隔T 12;
[0048] 然后控制器控制第二换能器向第一换能器发出声波，待第一换能器接收到声波 时，计时模块记录从第二换能器发出声波至第一换能器接收到声波的时间间隔T 21;
[0049] 最后数据处理模块将上述两个时间参数依次代入公式
[0050]
[0051]其中，L表示第一换能器与第二换能器之间的直线距离；
[0052] Θ表示第一换能器和第二换能器的连线与引水管轴线的夹角；
[0053] 分别求取流体涨落速率V和声波在流体内的传播速度C;其中流体涨落速率V可以 用于预期流体何时能达到危险警戒位，为提前预警奠定了基础;声波在流体内的传播速度C 可以用于统计声波在该流体内的传播速度，为后期对相同流体预警时换能器的选用提供技 术参考。
[0054] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1. 一种流体涨落速率测量装置，包括：引水管、第一换能器、第二换能器和控制器； 所述第一换能器、第二换能器分别设置于所述引水管的不同高度处，且所述第一换能 器与第二换能器相向对正设置； 所述第一换能器和所述第二换能器分别与所述控制器相连。2. 根据权利要求1所述的一种流体涨落速率测量装置，其特征在于:所述第一换能器和 第二换能器的连线与引水管轴线的夹角为Θ，其中0°<θ<90°。3. 根据权利要求1所述的一种流体涨落速率测量装置，其特征在于:于所述引水管的不 同高度处开有探测孔，所述第一换能器和第二换能器分别设置于对应探测孔处，并将对应 探测孔密封。4. 根据权利要求1所述的一种流体涨落速率测量装置，其特征在于:所述第一换能器、 第二换能器分别设置于所述引水管的内壁上。5. 根据权利要求1所述的一种流体涨落速率测量装置，其特征在于:所述第一换能器、 第二换能器均为超声波换能器。6. 根据权利要求1所述的一种流体涨落速率测量装置，其特征在于:所述控制器包括计 时模块和数据处理模块； 所述计时模块，用于分别记录声波从第一换能器到第二换能器的时间T12，以及记录声 波从第二换能器到第一换能器的时间T21; 所述数据处理模块，用于计算流体在引流管内的涨落速率：其中，L表示第一换能器与第二换能器之间的直线距离； Θ表示第一换能器和第二换能器的连线与引水管轴线的夹角。7. 使用权利要求6所述测速装置对流体涨落速率进行测量的方法，包括如下步骤： SOI:控制器控制第一换能器向第二换能器发出声波，待第二换能器接收到声波时，计 时模块记录从第一换能器发出声波至第二换能器接收到声波的时间间隔!^; S02:控制器控制第二换能器向第一换能器发出声波，待第一换能器接收到声波时，计 时模块记录从第二换能器发出声波至第一换能器接收到声波的时间间隔T21; S03:数据处理模块将上述两个时间参数依次代入如下公式，求取流体涨落速率V;其中，L表示第一换能器与第二换能器之间的直线距离； Θ表示第一换能器和第二换能器的连线与引水管轴线的夹角。
【文档编号】G01F23/296GK105890711SQ201610476205
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】严建华
【申请人】北京国信华源科技有限公司