一種非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于工程勘探領(lǐng)域，尤其涉及一種用于水文地質(zhì)參數(shù)測試的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置，包括水泵和連接在水泵上的出水管道，出水管道上設(shè)有智能流量計，智能流量計的上游端和下游端分別設(shè)有第一直管道和第二直管道，第一直管道通過過濾器與出水管道相連通；水泵上通過電線還連接有變頻控制器，變頻控制器還通過電線與智能流量計相連，使用本實(shí)用新型的方法是通過智能流量計傳感器測量到的實(shí)際流量變送電流對應(yīng)的反饋信號值與目標(biāo)信號值的內(nèi)部對比，調(diào)整PID控制參數(shù)，進(jìn)而動態(tài)調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速，以此實(shí)現(xiàn)出水流量的恒定控制和實(shí)時監(jiān)測，本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高、操作方便。
【專利說明】一種非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于工程勘探領(lǐng)域，尤其涉及一種用于水文地質(zhì)參數(shù)測試的非穩(wěn)定流 抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在工程勘探領(lǐng)域，地下水含水層水文地質(zhì)參數(shù)是確定含水層的富水程度，評價井 孔出水能力及工程設(shè)計的重要依據(jù)，水文地質(zhì)參數(shù)的獲取通常采用室內(nèi)試驗(yàn)或現(xiàn)場抽水試 驗(yàn)確定。室內(nèi)試驗(yàn)需要現(xiàn)場原位取土，受取樣代表性、取土擾動等因素影響，試驗(yàn)結(jié)果往往 不能準(zhǔn)確反映實(shí)際情況?，F(xiàn)場抽水試驗(yàn)通過對試驗(yàn)含水層現(xiàn)場抽水，通過實(shí)測的水位降深 及井孔對應(yīng)涌水量資料，選用合適的計算公式，即可求出含水層的相關(guān)水文地質(zhì)參數(shù)，試驗(yàn) 結(jié)果較室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果更為可靠。
[0003] 現(xiàn)場抽水試驗(yàn)分為穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)和非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)要求在 一定持續(xù)的時間內(nèi)出水流量和水位同時相對穩(wěn)定。非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，是在抽水鉆孔中僅 保持水量穩(wěn)定并使水位不斷改變，或僅保持水位穩(wěn)定使水量不斷改變的抽水試驗(yàn)，較穩(wěn)定 流抽水試驗(yàn)更接近實(shí)際，且能研究更多的因素，如越流因素、彈性釋水因素等。此外，通過非 穩(wěn)定抽水試驗(yàn)可以測求含水層更多的參數(shù)，如導(dǎo)水系數(shù)（T)、越流系數(shù)（B)、壓力傳導(dǎo)系數(shù) (a)、滲透系數(shù)（K)及給水度（μ )或釋水系數(shù)（S)。
[0004] 采用定流量非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)時，流量的定量控制受地下水滲出量的影響，雖然 規(guī)定鉆孔涌水量變化幅度應(yīng)不大于3%，但由于地下水滲出量難以準(zhǔn)確估計，適宜水泵的選 擇難度較大，因而造成出水流量難以控制。實(shí)際抽水試驗(yàn)過程中，一般通過在水泵出水管加 裝回水系統(tǒng)，或通過加裝堰箱并在堰箱側(cè)壁安裝回水系統(tǒng)，由回水系統(tǒng)閥門控制回流入鉆 孔（或井）中水量的方式，實(shí)現(xiàn)出水量的定流量控制。上述方法雖然可以實(shí)現(xiàn)出水流量的 控制，但需要加裝流量計或通過測定堰箱堰口水深測算出水流量，根據(jù)出水流量的變化情 況人工調(diào)整回水系統(tǒng)閥門實(shí)現(xiàn)出水流量的恒定，人工操作不僅精度較低，且費(fèi)工費(fèi)時。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有水文地質(zhì)勘探中非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量控制與 測量技術(shù)的不足，而提供一種用于定流量非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定控制的裝置，在進(jìn)行 抽水試驗(yàn)時，可根據(jù)抽水試驗(yàn)的目的及需要動態(tài)調(diào)節(jié)出水流量，實(shí)現(xiàn)流量的基本恒定，并可 對出水量進(jìn)行監(jiān)測。
[0006] 本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案：
[0007] -種非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置，包括水泵和連接在水泵上的出水管 道，其特征在于：所述出水管道上設(shè)置有具有瞬時流量顯示功能和電流變送功能的智能流 量計，所述智能流量計的上游端和下游端分別設(shè)置有第一直管道和第二直管道，其中第一 直管道通過過濾器與出水管道相連通；所述水泵上通過電線還連接有用于對其進(jìn)行控制的 具有PID控制功能的變頻控制器，所述變頻控制器還通過電線與智能流量計相連。
[0008] 所述出水管道上還設(shè)置有減壓管道，減壓管道的一端與出水管道相連通。
[0009] 所述減壓管道的進(jìn)水端設(shè)置有調(diào)壓閥。
[0010] 所述出水管道上設(shè)置有控制閥，控制閥位于減壓管道與出水管道連接處上游位 置。
[0011] 所述調(diào)壓閥和控制閥為球閥或蝶閥。
[0012] 所述第一直管道的長度L1大于智能流量計的公稱直徑D的20倍，所述第二直管 道的長度L2大于智能流量計的公稱直徑D的5倍。
[0013] 所述智能流量計為渦輪流量計。
[0014] 所述變頻控制器上設(shè)置有電流信號輸入端和模擬信號共同端，所述智能流量計由 蓄電池提供電能，所述智能流量計的模擬電流輸出端的正極通過電線與蓄電池正極相連， 其模擬電流輸出端的負(fù)極通過電線與變頻控制器的電流信號輸入端相連，所述蓄電池負(fù)極 與變頻控制器的模擬信號共同端相連。
[0015] 本實(shí)用新型的有益效果：
[0016] 1、本實(shí)用新型可同時實(shí)現(xiàn)定流量非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)出水流量的定量控制和實(shí)時 監(jiān)測。
[0017] 2、本實(shí)用新型利用變頻控制器的PID控制功能，通過PID參數(shù)的整定，可實(shí)現(xiàn)抽水 試驗(yàn)出水量的恒定控制。
[0018] 3、本實(shí)用新型出水流量可通過智能流量計精確測量并實(shí)時顯示，且測定的流量信 號可變送為電流信號反饋到變頻控制器，變頻控制器根據(jù)PID參數(shù)設(shè)定的目標(biāo)信號與反饋 信號的比較，實(shí)時調(diào)整變頻控制器運(yùn)行參數(shù)，確保出水流量恒定。
[0019] 4、本實(shí)用新型可通過控制閥和減壓閥的配合調(diào)節(jié)，確保水泵啟動后瞬時高壓水流 對流量計傳感器造成沖擊而損壞。
[0020] 5、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高且操作方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是本實(shí)用新型非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 如圖1所示，一種非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置，包括變頻控制器1、智 能流量計2、為變頻控制器1和智能流量計2供電的蓄電池3、水泵4、過濾器5及減壓管道 8,其中，變頻控制器1具有PID控制功能，并可輸入4-20mA模擬信號；智能流量計2為渦輪 流量計，具有瞬時流量顯示功能和電流變送功能，可輸出4-20mA流量變換電流模擬信號。 水泵4的出水口安裝有出水管道21，出水管道上安裝有智能流量計2,智能流量計2的上游 端和下游端分別安裝有第一直管道6和第二直管道7,且第一直管道6和第二直管道7內(nèi) 壁光滑清潔，無凹痕、積垢和起皮等缺陷，其中第一直管道6通過過濾器5與出水管道21相 連通，第一直管道6的長度L1大于智能流量計的公稱直徑D的20倍，所述第二直管道7的 長度L2大于智能流量計的公稱直徑D的5倍，過濾器5用于過濾水中雜質(zhì)，以防對智能流 量計2造成損壞；在出水管道上還安裝有減壓管道8,減壓管道8的左端與出水管道21相 連通，且減壓管道8安裝于出水管道21上位于過濾器5的上游位置；出水管道21上安裝有 控制閥9,控制閥9位于減壓管道8與出水管道21的連接處上游位置，減壓管道8的進(jìn)水 端安裝有調(diào)壓閥10,控制閥9和調(diào)壓閥10為球閥或蝶閥，通過減壓管道8首部的調(diào)壓閥10 與控制閥9的配合，調(diào)整水泵4啟動時進(jìn)入智能流量計2中的水量，能夠避免瞬時水流高速 沖擊智能流量計傳感器而造成智能流量計損壞。水泵4和智能流量計2通過電線14和變 頻控制器1相連，變頻控制器1上設(shè)有電流信號輸入端19和模擬信號共同端18,智能流量 計2由蓄電池3提供電能，智能流量計2的模擬電流輸出端的正極16通過電線與蓄電池正 極15相連，其模擬電流輸出端的負(fù)極通20過電線與變頻控制器1的電流信號輸入端19相 連，蓄電池3的負(fù)極17與變頻控制器1的模擬信號共同端18相連；變頻控制器1的額定控 制功率應(yīng)大于水泵4的額定功率。智能流量計2的流量測量范圍應(yīng)包含抽水試驗(yàn)預(yù)期流量 控制值。蓄電池3的供電電壓應(yīng)與變頻控制器1和智能流量計2的額定輸入電壓相匹配。
[0023] 在利用本實(shí)用新型進(jìn)行抽水試驗(yàn)時，首先根據(jù)智能流量計2的規(guī)格，采用螺紋或 法蘭方式與第一直管道6、第二直管道7連接，并與過濾器5、控制閥9、調(diào)壓閥10及減壓管 道8進(jìn)行連接，然后與水泵4的出水管21相連，第一直管道6、第二直管道7保持水平放置。 然后，將蓄電池3的正極15與智能流量計2模擬電流信號輸出端的正極16連接，負(fù)極17 與變頻控制器1模擬信號共同端18連接，將變頻控制器1回控電流信號輸入端19與智能 流量計2模擬電流信號輸出端的負(fù)極20連接。最后，將變頻控制器1的控制端子13與水 泵4供電電纜線14的對應(yīng)線序相連，將變頻控制器1的電源端子12與供電電源的接線端 11的對應(yīng)線序連接。
[0024] 進(jìn)行定流量非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)時，首先，接通供電電源11為變頻控制器1供電，根 據(jù)變頻控制器的規(guī)格型號，通過參數(shù)設(shè)置變頻控制器1的基本參數(shù)，打開PID功能并設(shè)置 為通過模擬電流信號回授控制模式；其次，預(yù)設(shè)目標(biāo)信號值，目標(biāo)信號值即出水流量預(yù)期穩(wěn) 定值對應(yīng)的電流信號值，一般以出水流量預(yù)期穩(wěn)定值占智能流量計2流量量程的百分?jǐn)?shù)表 示；然后，關(guān)閉控制閥9,并同時打開調(diào)壓閥10至最大開度，啟動變頻控制器1的運(yùn)行按鈕， 水泵4將同時啟動并出水，逐漸打開控制閥9使智能流量計2中緩慢充水，并同步緩慢減小 減壓閥10開度至關(guān)閉狀態(tài)，以減小瞬時啟動高壓水流沖擊流量計2的傳感器而造成損壞。
[0025] 實(shí)際操作中，通過實(shí)時觀察智能流量計2顯示的流量震蕩情況，調(diào)整變頻控制器1 的比例增益P、積分時間I和微分時間D，常用的參數(shù)整定方法有經(jīng)驗(yàn)法也叫現(xiàn)場湊試法、 衰減曲線法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線法等，以上主要依賴工程經(jīng)驗(yàn)，直接在控制系統(tǒng)的試 驗(yàn)中進(jìn)行，方法簡單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。以經(jīng)驗(yàn)法為例，具體的調(diào)整步 驟為：（1)確定比例增益P :確定比例增益P時，首先去掉PID的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，即設(shè)定積 分時間I和微分時間D為0,使PID為純比例調(diào)節(jié)，輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%? 70%，由0逐漸加大比例增益P，直至智能流量計2顯示流量值出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時 的比例增益P逐漸減小，直至振蕩消失，記錄此時的比例增益P，設(shè)定PID的比例增益P為當(dāng) 前值的60%?70%，比例增益P調(diào)試完成。（2)確定積分時間I :比例增益P確定后，設(shè)定 一個較大的積分時間I的初值，然后逐漸減小I，直至智能流量計2顯示流量值出現(xiàn)振蕩， 之后再反過來，逐漸加大I，直至振蕩消失，記錄此時的I，設(shè)定PID的積分時間I為當(dāng)前值 的150%?180%，積分時間I調(diào)試完成。（3)確定微分時間D :微分時間D-般不用設(shè)定， 為0即可，若要設(shè)定，與確定P和I的方法相同，取不振蕩時的30%。如此通過PID參數(shù)整 定，可實(shí)現(xiàn)出水量的恒定。
[0026] 定流量非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)要求抽水試驗(yàn)流量的基本恒定，由以上利用本實(shí)用新型 進(jìn)行非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制方法可以看出，能夠利用本實(shí)用新型變頻控制器的 PID控制功能，通過PID參數(shù)的整定，可實(shí)現(xiàn)抽水試驗(yàn)出水量的恒定控制。出水流量可通 過智能流量計精確測量并實(shí)時顯示，且測定的流量信號可變送為電流信號反饋到變頻控制 器，變頻控制器根據(jù)PID參數(shù)設(shè)定的目標(biāo)信號與反饋信號的比較，實(shí)時調(diào)整變頻控制器運(yùn) 行參數(shù)，確保出水流量恒定。
【權(quán)利要求】
1. 一種非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置，包括水泵和連接在水泵上的出水管 道，其特征在于：所述出水管道上設(shè)置有具有瞬時流量顯示功能和電流變送功能的智能流 量計，所述智能流量計的上游端和下游端分別設(shè)置有第一直管道和第二直管道，其中第一 直管道通過過濾器與出水管道相連通；所述水泵上通過電線還連接有用于對其進(jìn)行控制的 具有PID控制功能的變頻控制器，所述變頻控制器還通過電線與智能流量計相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置，其特征在于：所述 出水管道上還設(shè)置有減壓管道，減壓管道的一端與出水管道相連通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置，其特征在于：所述 減壓管道的進(jìn)水端設(shè)置有調(diào)壓閥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置，其特征在于：所述 出水管道上設(shè)置有控制閥，控制閥位于減壓管道與出水管道連接處上游位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置，其特征在于： 所述調(diào)壓閥和控制閥為球閥或蝶閥。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置，其特征在于：所述 第一直管道的長度L1大于智能流量計的公稱直徑D的20倍，所述第二直管道的長度L2大 于智能流量計的公稱直徑D的5倍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置，其特征在于：所述 智能流量計為渦輪流量計。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)流量恒定的控制裝置，其特征在于：所述 變頻控制器上設(shè)置有電流信號輸入端和模擬信號共同端，所述智能流量計由蓄電池提供電 能，所述智能流量計的模擬電流輸出端的正極通過電線與蓄電池正極相連，其模擬電流輸 出端的負(fù)極通過電線與變頻控制器的電流信號輸入端相連，所述蓄電池負(fù)極與變頻控制器 的模擬信號共同端相連。
【文檔編號】G05D7/06GK203882203SQ201420312189
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】樊向陽, 胡艷玲, 黃仲冬, 李平, 齊學(xué)斌, 李中陽, 喬冬梅, 趙志娟, 胡超 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所