TWI580932B - Discharge flow measurement method and flow measurement device - Google Patents

Description

洩流流量之量測方法及流量量測裝置

本發明是有關於一種洩流流量之量測方法及流量量測裝置，特別是指一種冷卻水塔之蓄水池之洩流流量之量測方法及其流量量測裝置。

參閱圖1，冷卻水塔之蓄水池11是以一注水管12來注入水，且利用蓄水池11內底部的噴嘴13向下淋水。該蓄水池11之洩水量主要受該等噴嘴13之結構或佈置的影響，且是鑑別冷卻水塔效率的主要因子之一。然而，該洩水量往往只能藉由量測液位變化(即液位差)來獲得，且不易量測準確。因此，有必要尋求解決之道。

因此，本發明之目的，即在提供一種洩流流量之量測方法。

於是，本發明洩流流量之量測方法，適用於即時量測一蓄水池內的液體之流量，並包含下列步驟：一液位計量測該液體之一液位值；一運算模組根據該液位值，運算該液位值移動之一速度；及該運算模組藉由將該速度與該蓄水池之一截面積相乘，運算該液體之該流量。

因此，本發明之另一目的，即在提供一種流量量測裝置。

於是，本發明流量量測裝置包含一液位計及一運算模組。該液位計用以量測該液體之一液位值。該運算模組電連接至該液位計，並用以根據該液位值，運算該液位值移動之一速度，繼而藉由將該速度與該蓄水池之一截面積相乘，運算該液體之該流量。

本發明之功效在於：藉由將該截面積與該以液位值表示之速度相乘，可簡便及迅速地即時運算出蓄水池之洩流流量，而不需量測液位變化。

在本發明被詳細描述的前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1、2，在進行本發明洩流流量之量測方法之前，需先進行如圖2所示之前置作業。首先，如圖2步驟21所示，當蓄水池11注滿水時，停止注水，並開始洩流。

接著，如步驟22所示，同時測量液位值 h及時間變化 t，直到洩流結束。

接著，如步驟23所示，透過測得的液位值 h及對應時間 t，以 n次多項式建立擬合曲線 以及 ，可獲得係數 及 ，其中， n為正整數。由於液位移動的速度 V為 h對 t的全微分，即 ，故將上述 t為 h的函數代入後，可得 。

接著，如步驟24所示，定義蓄水池11之截面積 A隨液位值 h變化的函數為 A( h)( A亦可為一常數)，以建立流量 Q與液位值 h間的關係。亦即，將 代入 Q= AV，可建立流量 Q與液位值 h及蓄水池截面積 A之間的關係函數： 。透過此關係式，即可計算液位穩定於 h處的流量。

參閱圖3，當液位值 h為時間 t的二次函數時，時間 t對液位值 h的函數可透過求得的反函數表示，且該前置作業如圖3所示，與圖2略有不同。圖3之步驟21、22與圖2之步驟21、22相同，故不再贅述。至於圖3步驟25，先透過測得的液位值 h及對應時間 t，以二次多項式建立擬合曲線 ，以獲得擬合曲線係數 a、 b、 c。經求解 ，可得 t為 h的函數，即 。因時間 t為正數， ，並要求 以確保 t為實數，且要求 以確保 t為正數。由於液位移動的速度 V為 h對 t的全微分，即 ，故將上述 t為 h的函數代入後，可得 。

接著，如步驟26所示，定義蓄水池11之截面積 A隨液位值 h變化的函數為 A( h)( A亦可為一常數)，以建立流量 Q與液位值 h間的關係。亦即，將 代入 Q= AV，可建立流量 Q與液位值 h及蓄水池截面積 A之間的關係函數： ，且 。透過此關係式，即可計算液位穩定於 h處的流量。

本案發明人在實際應用案例中，針對一冷卻水塔回水的蓄水池11進行上述圖3之前置作業時，先透過量測值建立二次曲線擬合方程式：h=0.0109*t ²-1.0633*t+26.212，其R²大於0.97，代表方程式具有良好解釋性，繼而建立流量Q與h之關係式：，因而可運算出液位值h對應之流量Q，如以下表1所示。

參閱圖4、5、6，本發明洩流流量之量測方法之實施例適用於即時量測蓄水池11內的液體之流量。本案洩流流量之量測方法之實施例以及前述前置作業係以一流量量測裝置4來進行。如圖5所示，在本實施例中，本發明流量量測裝置4包含一控制儀表41及一耦接至該控制儀表41之浮球式液位計42。該浮球式液位計42用以量測液面10之液位值h，並包括一置於蓄水池11底部之基座 421、一設置於該基座421之上表面之垂直桿422及一可與液面10一起上下移動地套設於該垂直桿422之浮球423。由於該浮球式液位計42之細部結構並非本案之重點，故諒可不需在此贅述，但可參照中華民國第I442029號專利案中所揭示的浮球式液位量測裝置。或者，請參閱圖7，本實施例之其他變化例可使用超音波液位計43，且該超音波液位計43是藉由四隻支架44置於蓄水池11底部。

如圖6所示，該控制儀表41包括一計時器411、一運算模組412及一控制面板413。該計時器411用以執行步驟22之時間量測功能。該運算模組412可為一運算晶片，並具有儲存時間t及液位值h的功能。因此，使用者可操作該控制面板413來進行上述前置作業，以在運算模組412中建立流量Q與液位值h之關係式，並進一步藉由該關係式來即時量測洩流流量Q。

如圖4所示，本案洩流流量之量測方法之實施例包含以下步驟。首先，如步驟31所示，利用浮球式液位計42或超音波液位計43等數位液位計來量測該液位值h。接著，如步驟32所示，該運算模組412根據該液位值h，運算該液位值移動之速度V。其中，該運算模組412根據其在前置作業過程中所建立的關係式，來運算液位值h移動之速度V。然後，如步驟33所示，該運算模組412藉由將該速度V與蓄水池11之截面積A相乘，運算洩流流量Q。如上所述，當n=2時，h=at ²+bt+c， ，且 。

綜上所述，本發明應用「液位變化速度 V為液位位移函數 h對時間 t的微分」之物理觀念，藉由將該截面積 A與該以液位值h表示之速度 V相乘，可簡便及迅速地即時運算出蓄水池11之洩水流量 Q，建立 Q與 h函數關係後，不再需量測液位變化(即液位差)，所以確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

10‧‧‧液面

11‧‧‧蓄水池

12‧‧‧注水管

13‧‧‧噴嘴

21~26‧‧‧步驟

31~33‧‧‧步驟

4‧‧‧流量量測裝置

41‧‧‧控制儀表

411‧‧‧計時器

412‧‧‧運算模組

413‧‧‧控制面板

42‧‧‧浮球式液位計

421‧‧‧基座

422‧‧‧垂直桿

423‧‧‧浮球

43‧‧‧超音波液位計

44‧‧‧支架

A‧‧‧截面積

h‧‧‧液位值

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一示意圖，說明冷卻水塔蓄水池； 圖2是一流程圖，說明本發明洩流流量之量測方法之前置作業； 圖3是一流程圖，說明本發明洩流流量之量測方法之前置作業，其中，液位值 h為時間 t的二次函數； 圖4是一流程圖，說明本發明洩流流量之量測方法之實施例； 圖5是一立體圖，說明本發明流量量測裝置之實施例； 圖6是一功能方塊圖，說明該流量量測裝置之實施例之一控制儀表；及 圖7是一立體圖，說明該實施例中的流量量測裝置之變化例。

31~33‧‧‧步驟

Claims (8)

1. 一種洩流流量之量測方法，適用於即時量測一蓄水池內的液體之洩流流量，並包含下列步驟：(A)一液位計量測該液體之一液位值h；(B)一運算模組根據該液位值h，運算該液位值h移動之一速度V，其中，該運算模組根據下列公式，運算該液位值h移動之該速度V： 其中，液位值h隨時間t之變化是透過多項式擬合，時間t隨液位值h之變化是透過多項式擬合，n為正整數；及(C)該運算模組藉由將該速度V與該蓄水池之一截面積相乘，運算該液體之該流量。
2. 如請求項第1項所述的洩流流量之量測方法，其中，在該(A)步驟中，該液位計為一浮球式液位計。
3. 如請求項第1項所述的洩流流量之量測方法，其中，在該(A)步驟中，該液位計為一超音波液位計。
4. 如請求項第1項所述的洩流流量之量測方法，其中，當n=2時，h=at ²+bt+c，，且b ² 4a(c-h) c h。
5. 一種流量量測裝置，適用於即時量測一蓄水池內的液體之洩流流量，並包含：一液位計，用以量測該液體之一液位值h；及一運算模組，電連接至該液位計，並用以根據該液位值h，運算該液位值h移動之一速度V，繼而藉由將該速度 V與該蓄水池之一截面積相乘，運算該液體之該流量，其中，該運算模組根據下列公式，運算該液位值h移動之該速度V： 其中，液位值h隨時間t之變化是透過多項式擬合，時間t隨液位值h之變化是透過多項式擬合，n為正整數。
6. 如請求項第5項所述的流量量測裝置，其中，該液位計為一浮球式液位計。
7. 如請求項第5項所述的流量量測裝置，其中，該液位計為一超音波液位計。
8. 如請求項第5項所述的流量量測裝置，其中，當n=2時，h=at ²+bt+c，，且b ² 4a(c-h) c h。