三維自動尋找水流方向的河渠水流流速測量儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液體流速測量儀器，尤其是指一種三維自動尋找水流方向的水速測量儀。
【背景技術(shù)】
[0002]河渠水流流速測量是水利、廠礦、環(huán)保監(jiān)測、水文地質(zhì)調(diào)查、農(nóng)業(yè)等部門對環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控管理的重要測試內(nèi)容?，F(xiàn)有的與河水接觸式水流流速測量儀，按照水流速傳感器的不同有螺旋槳式和旋杯式等，但主流的還是螺旋槳式。螺旋槳式流速傳感器的物理原理是:水推動螺旋槳葉片轉(zhuǎn)動，螺旋槳葉片轉(zhuǎn)動通過連接機(jī)構(gòu)驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，帶動轉(zhuǎn)子上的兩個磁鋼轉(zhuǎn)動，當(dāng)磁鋼轉(zhuǎn)到靠近干簧管時(shí)，干簧管導(dǎo)通，輸出一個開關(guān)信號。螺旋槳轉(zhuǎn)動一圈，可輸出兩個開關(guān)信號。水流速越快，螺旋槳葉片轉(zhuǎn)動也就越快，干簧管輸出的開關(guān)信號頻率就越高。干簧管輸出的開關(guān)信號送到流速測算儀進(jìn)行信號處理，就可以顯示水的流速了。流速傳感器最前端是螺旋槳，中間是機(jī)殼和轉(zhuǎn)子等，后端是尾翼或尾錐。尾翼或尾錐的作用是自動維持流速傳感器與水流方向平行(或相同)。流速傳感器是安裝在支撐機(jī)構(gòu)上的，支撐機(jī)構(gòu)有適合淺水水流速測量的立桿式(或稱測桿式)，深水測量的鋼絲繩懸吊安裝再加鉛魚配重式等。但是現(xiàn)有技術(shù)中的各種與河水接觸式水流流速測量儀中的流速傳感器，只有水平方向自動尋找水流方向功能，沒有垂直方向自動尋找水流方向功能，流速傳感器在豎向上難以保證時(shí)時(shí)與水流方向平行，這使得水流推動流速傳感器前端的螺旋槳旋轉(zhuǎn)的力減小，降低了水流流速測量的測量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種三維自動尋找水流方向的河渠水流流速測量儀，它可自動與河渠中水流方向保持一致，并且結(jié)構(gòu)簡單、成本低，易于制造和使用。
[0004]了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明把流速傳感器8通過導(dǎo)線9與流速測算系統(tǒng)10電連接，豎向轉(zhuǎn)軸7穿過流速傳感器8上的轉(zhuǎn)孔并留有活動間隙，轉(zhuǎn)環(huán)6安裝在豎向轉(zhuǎn)軸7上，豎向轉(zhuǎn)軸7安裝在框架2上，橫向轉(zhuǎn)軸3穿過框架I及框架2的側(cè)邊框，橫向轉(zhuǎn)軸3與框架2上的側(cè)邊轉(zhuǎn)孔之間留有可轉(zhuǎn)動的間隙，框架I安裝在支撐機(jī)構(gòu)上。
[0005]為了便于觀察河渠水中流速傳感器8的情況，避免船只等碰觸流速傳感器8等相關(guān)部件，還把框架I的上邊框與標(biāo)桿13安裝在一起。標(biāo)桿13上端帶有醒目裝置。
[0006]為了減小流速傳感器8與豎向轉(zhuǎn)軸上7之間及框架2與橫向轉(zhuǎn)軸3之間的轉(zhuǎn)動阻力并且延長導(dǎo)線9在相應(yīng)區(qū)段導(dǎo)線的使用壽命，導(dǎo)線9在框架I和框架2之間及傳感器8附近區(qū)域的導(dǎo)線為多股導(dǎo)線擰成股后再繞成螺旋狀的彈簧結(jié)構(gòu)。
[0007]由于本發(fā)明把流速傳感器8安裝在了由豎向轉(zhuǎn)軸7、橫向轉(zhuǎn)軸3、框架1、框架2等組成的三維橫向縱向都可轉(zhuǎn)動的支撐機(jī)構(gòu)上，因此，流速傳感器8可在河水中自動與水流方向保持一致(或稱平行)，這就避免了由于各種原因引起的流速傳感器8的方向與水流方向不一致帶來的測量誤差。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用、成本低、可靠性好。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]在圖1中，流速傳感器8 (更確切地說是流速傳感器8上的干簧管)通過導(dǎo)線9與流速測算系統(tǒng)10電連接。豎向轉(zhuǎn)軸7穿過流速傳感器8上的轉(zhuǎn)孔并留有活動間隙。轉(zhuǎn)環(huán)6安裝在豎向轉(zhuǎn)軸7上。豎向轉(zhuǎn)軸7安裝在框架2上，其安裝方式用螺絲或插接式固定。橫向轉(zhuǎn)軸3穿過框架I及框架2的側(cè)邊框(兩邊是對稱的)。橫向轉(zhuǎn)軸3的直徑比框架2上的側(cè)邊轉(zhuǎn)孔直徑略小，以保證框架2可以在橫向轉(zhuǎn)軸3上自由轉(zhuǎn)動。橫向轉(zhuǎn)軸3與左螺母4擰緊，就把橫向轉(zhuǎn)軸3固定在了框架I的側(cè)邊框上了 ；右螺母5擰緊在橫向轉(zhuǎn)軸3的末端(用兩個螺母相互擰緊，以方松脫)。當(dāng)橫向轉(zhuǎn)軸3的外端為帶螺紋的結(jié)構(gòu)時(shí)，可去掉左螺母4及右螺母5，此時(shí)要在框架I上攻上絲扣，只要把橫向轉(zhuǎn)軸3擰緊在框架I上就可。托環(huán)6用螺絲與豎向轉(zhuǎn)軸7相互固定，為了使得流速傳感器8在水平方向與水流方向一致的靈敏度高、轉(zhuǎn)動摩擦力小，轉(zhuǎn)環(huán)6可采用軸承結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)環(huán)6可安裝到流速傳感器8的下部，如果轉(zhuǎn)環(huán)6采用滾珠軸承結(jié)構(gòu)的，可直接把軸承的外圈與流速傳感器8固定，軸承的內(nèi)圈固定在豎向轉(zhuǎn)軸7上。由于流速傳感器8的前端在水中的橫向及豎向擺動角度不會超過180度，因此框架I和框架2的橫向及豎向尺寸不必太大，只要留出流速傳感器8及框架2的擺動余地就行(圖1及圖2畫的較大，為的是使得圖更清晰)。
[0011]安裝使用時(shí)，把框架I安裝在起支撐作用的立桿14上，立桿14插入河底的河床上固定好，標(biāo)桿13的上端露出水面作為醒目裝置。立桿14為支撐機(jī)構(gòu)的一種。
[0012]為了便于觀察河渠水中流速傳感器8的情況，避免船只等碰觸流速傳感器8等相關(guān)部件，還把框架I的上邊框與標(biāo)桿13安裝在一起?？捎眉庸贪?1及螺絲12把框架I與標(biāo)桿13安裝固定在一起，也可用現(xiàn)場焊接的方式。立桿14的上端與框架I的下邊框之間的固定方式與上述相同。立桿14是由多節(jié)剛性管(比如金屬管或硬質(zhì)塑料管)的端頭相互套接再加上緊固螺絲而成，通過改變立桿14的節(jié)數(shù)使得其總長度可以自由選擇，因此深水水域也可用立桿式固定，可節(jié)省龐大復(fù)雜的鉛魚和懸吊系統(tǒng)。標(biāo)桿13也是這種可自由選擇總長度結(jié)構(gòu)的。為便于觀察醒目，標(biāo)桿最上端的醒目裝置小球應(yīng)涂成白色或其他醒目的顏色，最好帶有LED指示燈(為節(jié)電，可只晚上自動打開)。
[0013]為了減小流速傳感器8與豎向轉(zhuǎn)軸上7之間及框架2與橫向轉(zhuǎn)軸3之間的轉(zhuǎn)動阻力并且延長導(dǎo)線9相應(yīng)區(qū)段導(dǎo)線的使用壽命，導(dǎo)線9在框架I和框架2之間及傳感器8附近區(qū)段的導(dǎo)線為多股導(dǎo)線繞成的彈簧結(jié)構(gòu)，具體地講，就是把多股直徑0.2毫米左右的漆包線擰成一股，然后再從直徑4毫米左右直徑的鐵絲上纏繞成螺旋狀的彈簧狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線，其可彎折次數(shù)幾乎是永久性，并且柔韌性很好、防水不腐蝕。
[0014]當(dāng)上述機(jī)構(gòu)使用時(shí)，流速傳感器8上的尾翼隨著水流方向自動擺動，可保持流速傳感器8在水平方向自動與水流方向一致(平行，也即水平方向兩者之間無夾角);而立桿14由于安裝誤差或水流速快慢變化而形成的沖擊力導(dǎo)致的在豎向上，流速傳感器8與水流方向不一致(不平行，也即在豎向兩者之間有一個夾角)的變化，被框架2繞著橫向轉(zhuǎn)軸3的轉(zhuǎn)動而抵消了。這個使流速傳感器8的前后端上下?lián)u頭的擺動力，是由水流驅(qū)動流速傳感器8的尾翼而自動產(chǎn)生的，因此，流速傳感器8的尾翼應(yīng)該帶有橫向及縱向葉片。
[0015]在實(shí)施例2的圖2中，鉛魚15被懸索鋼絲繩17及其懸索鋼絲繩17后面的安裝在河岸的牽引機(jī)構(gòu)(這都是現(xiàn)有技術(shù)中常見的，圖2中未畫出)懸吊在河水中，由于鉛魚15尾部有尾翼，當(dāng)水速高到一定數(shù)值時(shí)，可使得河水流動時(shí)鉛魚軸線方向的橫向截面方向自動與水流方向平行，但是這種在水平方向自動與水流方向平行的靈敏度遠(yuǎn)低于前述的流速傳感器8的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，并且由于水流速度的快慢不同且經(jīng)常變化，這將導(dǎo)致鉛魚15的頭部仰俯角時(shí)常會變化。但是，本發(fā)明的框架2以橫向轉(zhuǎn)軸3為轉(zhuǎn)軸的仰俯轉(zhuǎn)動(也即上下擺動)，恰好抵消了上述鉛魚15的頭部仰俯角的變化?？蚣躀的下邊框通過固定件16固定在鉛魚15的頭部。固定件16可由鋼管再配上緊固螺絲組成，也可用現(xiàn)場焊接方式。這就構(gòu)成了支架2的另一種支撐機(jī)構(gòu)。圖2中本段文中沒提到的圖標(biāo)名稱，與實(shí)施例1完全相同。
[0016]本發(fā)明把實(shí)施例1和實(shí)施例2等的支撐機(jī)構(gòu)總稱支撐機(jī)構(gòu)。流速傳感器8可以用常見的螺旋槳式的，也可以用其他類型如旋杯式的等等。
[0017]本發(fā)明可以做各種變化，比如流速傳感器8用其他類型的、支撐機(jī)構(gòu)用其他類型的、流速測算系統(tǒng)10為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、相關(guān)部件的形狀變化，但是這些變化都沒有偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維自動尋找水流方向的河渠水流流速測量儀，流速傳感器(8)通過導(dǎo)線(9)與流速測算系統(tǒng)(10)電連接，其特征是豎向轉(zhuǎn)軸(7)穿過流速傳感器(8)上的轉(zhuǎn)孔并留有活動間隙，豎向轉(zhuǎn)軸(7 )安裝在框架(2 )上，轉(zhuǎn)環(huán)(6 )安裝在豎向轉(zhuǎn)軸(7 )上，橫向轉(zhuǎn)軸(3 )穿過框架(I)及框架(2)的側(cè)邊框，橫向轉(zhuǎn)軸(3)與框架(2)上的側(cè)邊轉(zhuǎn)孔之間留有可轉(zhuǎn)動的間隙，框架(I)安裝在支撐機(jī)構(gòu)上。
2.按權(quán)利要求1所述的三維自動尋找水流方向的河渠水流流速測量儀，其特征是框架(I)的上邊框與標(biāo)桿(13)安裝在一起，標(biāo)桿(13)上端帶有醒目裝置。
3.按權(quán)利要求1所述的三維自動尋找水流方向的河渠水流流速測量儀，其特征是導(dǎo)線(9)在框架(I)和框架(2)之間及傳感器(8)附近的區(qū)段為多股導(dǎo)線擰成股后再繞成螺旋狀的彈簧結(jié)構(gòu)。
4.按權(quán)利要求1所述的三維自動尋找水流方向的河渠水流流速測量儀，其特征是所說的支撐機(jī)構(gòu)是由多節(jié)剛性管的端頭相互套接再緊固在一起構(gòu)成。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維自動尋找水流方向的河渠水流流速測量儀，流速傳感器8與流速測算系統(tǒng)10電連接，豎向轉(zhuǎn)軸7穿過流速傳感器8并留有活動間隙，豎向轉(zhuǎn)軸7安裝在框架2上，橫向轉(zhuǎn)軸3穿過框架1及框架2的側(cè)邊框，橫向轉(zhuǎn)軸3與框架2之間留有可轉(zhuǎn)動的間隙，框架1安裝在支撐機(jī)構(gòu)上。它解決了現(xiàn)有技術(shù)中的河渠水流流速測量儀在使用時(shí)，由各種原因引起的流速傳感器8與水流方向不一致引起的測量誤差問題。它可用于各種河渠水流流速測量儀或接入物聯(lián)網(wǎng)水情監(jiān)測系統(tǒng)，提高河渠中水流流速的測量精度。
【IPC分類】G01P5-00
【公開號】CN104614546
【申請?zhí)枴緾N201510086085
【發(fā)明人】趙杰, 王吉華
【申請人】趙杰
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月17日