一种水冲力流速仪的制作方法

1.本发明涉及一种流速仪，具体涉及一种通过水冲力间接测定水流速的流速仪。


背景技术：

2.流速是准确测定水量最基本的参数。流速仪根据具体的应用领域不同而有多种款式，但对于测量农田灌溉中的斗渠和毛渠通常使用的方法是闸门开度计量和渠道水位流量关系线计量法。这两种方法在实际工作中因没有实时监测水流速的数据而存在较大的误差，而且目前在性价比上也没有较好的在上述情况下可以实时监测水流速的装置。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种水冲力流速仪，该水冲力流速仪能适应不同泥沙含量的水流（不同流域），而且可以有效避免水中草絮缠绕，测速准确，使用方便，维护简便，可以达到精确计量水量的目的。
4.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种水冲力流速仪，包括测速机构和远程终端单元，其特征在于，所述测速机构包括支架，在所述支架上设有转轴，所述转轴与连杆垂直相连，连杆的一端与一空心球体相连，在所述球体的底部设有进水孔，在球体上设有透气孔，所述进水孔和透气孔均与所述球体的内腔相连通，在所述支架上还设有编码器，所述编码器将所述转轴的转动角度编码并输出信号，所述远程终端单元接收所述信号并转换成水的流速。
5.优选的，所述支架包括第一支座和第二支座，第一支座和第二支座顶部经横梁相连，所述转轴的两端分别转动设在第一支座和第二支座上，所述连杆连接在第一支座和第二支座之间的转轴上，在第一支座或第二支座上设有所述编码器。
6.进一步优选的，所述编码器为光电编码器或磁编码器。
7.优选的，所述编码器为磁编码器，所述磁编码器包括设在所述转轴一端的径向磁铁和与所述径向磁铁相对设置的磁性编码芯片和信号处理电路。
8.进一步优选的，所述磁性编码芯片为as5600磁性编码芯片，所述信号处理电路为msp430f123单片机电路，msp430f123单片机电路将as5600磁性编码芯片编码的角度数据上传到远程终端单元。
9.优选的，所述球体为不锈钢球体，球体的外径为70-90毫米，球体的壁厚为0.5-2毫米，所述进水孔的直径为8-12毫米，所述透气孔的直径为4-8毫米，所述连杆从所述转轴到所述球体顶部的长度为160-190毫米。
10.优选的，在所述连杆与所述球体的连接处罩有圆锥形护角，所述圆锥形护角顶部套在所述连杆外，底部与所述球体的表面贴合，所述透气孔设在所述圆锥形护角的边缘外。
11.优选的，在所述支架上设有水平仪。
12.优选的，所述远程终端单元为计算机终端，所述编码器通过无线发射电路将所述信号输出，通过2g、3g、4g、5g网络或互联网传输给所述计算机终端。
13.上述技术方案中，将水冲力流速仪水平设置在水渠的水面上方，而使球体全部或部分进入水体内，水体通过球体上的进水孔进入球体内腔中，这样实现通过所测水体对球体进行自然配重，这样不管水体所含泥沙的多少都可以将球体自重对测速的影响降低到最小，即如果是密封或配重好的球体，则球体的自重很难适应不同泥沙含量（即水密度不同）和不同流速下的稳定度，此时就会产生漂浮（配重小）或下坠（配重大）的情况，在水流速度小而配重偏大时则有可能不偏转，或者相同流速时偏转角则不一样。球体的形状可以有效避免水草叶条或丝絮状物的缠绕，顶部的圆锥形护角可以有效防止草絮状物缠绕在连杆和球体的连接处（即不留死角）。本流速仪利用水冲力带动球体和连接杆偏转，偏转的角度可以被磁性编码器检测，而偏转角度的大小与水流速存在一一对应关系，这样就可以准确测定水流速。本装置造价成本低维护简便，适合安装在水渠上对灌溉用水进行水流测速，而且测速不受不同含沙量水体的影响，可以实时监测且测速准确，方便应用和推广。
附图说明
14.图1为本发明的测速机构立体结构示意图；图2为本发明的测速机构局部爆炸后立体结构示意图；图3为本发明的测速机构另一角度结构示意图。
具体实施方式
15.下面结合附图，对本发明做进一步说明：如图1至图3所示，本水冲力流速仪包括测速机构和远程终端单元，测速机构具有支架1，支架1包括第一支座101和第二支座102，第一支座101和第二支座102在顶部经横梁103相连。在一个实施例中，第一支座101和第二支座102为圆筒形，并与横梁103一体成型形成一个整体。在第一支座101和第二支座102内均设有轴承，转轴2的两端转动安装在两侧的轴承上。在第一支座101和第二支座102的中间部分的转轴2上垂直固定连接连杆3，连杆3与空心球体4相连。在一个实施例中，转轴2上固定垂直设有套筒201，套筒201上设有螺孔202，连杆3的上端插入套筒201中，然后经螺钉拧入螺孔202并固定住连杆3，以此将连杆3与转轴2固定在一起。球体4为不锈钢空心球体，在底部设有进水孔5，在球体4的上部设有透气孔6，测流速时将球体4全部或局部浸泡入水流中，水从进水孔5进入球体4的内腔中，球体4内的气体随着水进入内腔而从透气孔6排出。水进入内腔后实现对球体4的自动配重，不管灌溉中的水所含泥沙多少，均可以使球体4经连杆3对转轴2的作用力一致，而不会像封闭球体那样在不同密度的水体内对转轴的下坠或上顶力不同从而在相同流速的水体内出现不同的连杆带动转轴的旋转角度。在支架1上设有编码器7，编码器7将转轴2的旋转角度编码成数字信号并输出，因为转轴2的不同旋转角度对应不同的水流速（角度与水流速的对应关系需要提前测出），因此编码器7输出的数字信号被远程终端单元接收后即可换算出相应的水流速度。
16.编码器7可以采用光电编码器或磁编码器，均是在转轴旋转时随着旋转角度的不同产生相应的光电信号或磁信号，该光电信号或磁信号被接收芯片转换成数字量。在一个实施例中采用绝对值磁编码器，即在转轴2的一端设置径向磁铁8，并且相对径向磁铁8设置磁性编码器和信号处理电路。例如，磁性编码芯片可采用型号为as5600的磁性编码芯片，信
号处理电路可采用msp430f123单片机电路并通过线缆11与电源相连，msp430f123单片机电路将as5600磁性编码芯片编码的径向磁铁旋转的角度数据上传到远程终端单元，远程终端单元根据角度与流速的对应关系给出流速数据。
17.在使用过程中，待测流速的水体里常漂浮有水草、树枝枝条、丝絮状物等，在遇到球体4时则随着连杆3带动转轴2旋转并使球体4抬起而顺利通过，并不会缠绕在球体4上而影响流速测定。但是这些草絮有时则会兜挂在球体4与连杆3的连接处。为了避免连接处形成的死角兜挂，在连杆3上套上圆锥形护角9，圆锥形护角9顶端套在连杆3出，底部的圆形口贴紧在球体4的顶部，这些在兜挂草絮后，草絮则会顺着圆锥形护角9的坡度滑到球体4上并再次滑落，从而避免兜挂草絮。透气孔6则设置在圆锥形护角9的外边缘处。
18.测定流速时，将支架1的横梁103朝上并且水平设置，为了保证水平度，可以在第二支座102的外侧横向嵌入水平仪104，用于观察支架1是否水平。
19.本流速仪可根据实际需要设计相应尺寸，尺寸确定后测流速时不同的转轴偏转角即对应特定的流速，测得角度与流速的对应关系后即可根据实测的角度得到相应待测水体的实际流速。例如，在一个实施例中，球体4为不锈钢球体，球体4的外径为70-90毫米，球体4的壁厚为0.5-2毫米，进水孔5的直径为8-12毫米，透气孔6的直径为4-8毫米，连杆3从转轴2到球体4顶部的长度为160-190毫米。
20.使用本水冲力流速仪时，将支架1水平设置在水渠内水体的水面上方，球体4全部或局部浸泡入水体内，水流入球体4的内腔中，水流的冲力作用到球体4的外表面会带动球体4运动并通过连杆3带动转轴2旋转。转轴2的旋转角度被编码器捕捉并转换成数字信号，然后通过单片机电路上传至远程终端单元，然后可根据角度与流速预先测量得到的关系转换成流速。
21.本实施例只是对本发明构思和实现的说明，并非对其进行限制，在本发明构思下，未经实质变换的技术方案仍然在保护范围内。

技术特征：
1.一种水冲力流速仪，包括测速机构和远程终端单元，其特征在于，所述测速机构包括支架，在所述支架上设有转轴，所述转轴与连杆垂直相连，连杆的一端与一空心球体相连，在所述球体的底部设有进水孔，在球体上设有透气孔，所述进水孔和透气孔均与所述球体的内腔相连通，在所述支架上还设有编码器，所述编码器将所述转轴的转动角度编码并输出信号，所述远程终端单元接收所述信号并转换成水的流速。2.如权利要求1所述的水冲力流速仪，其特征在于，所述支架包括第一支座和第二支座，第一支座和第二支座顶部经横梁相连，所述转轴的两端分别转动设在第一支座和第二支座上，所述连杆连接在第一支座和第二支座之间的转轴上，在第一支座或第二支座上设有所述编码器。3.如权利要求1或2所述的水冲力流速仪，其特征在于，所述编码器为光电编码器或磁编码器。4.如权利要求3所述的水冲力流速仪，其特征在于，所述编码器为磁编码器，所述磁编码器包括设在所述转轴一端的径向磁铁和与所述径向磁铁相对设置的磁性编码芯片和信号处理电路。5.如权利要求4所述的水冲力流速仪，其特征在于，所述磁性编码芯片为as5600磁性编码芯片，所述信号处理电路为msp430f123单片机电路，msp430f123单片机电路将as5600磁性编码芯片编码的角度数据上传到远程终端单元。6.如权利要求1所述的水冲力流速仪，其特征在于，所述球体为不锈钢球体，球体的外径为70-90毫米，球体的壁厚为0.5-2毫米，所述进水孔的直径为8-12毫米，所述透气孔的直径为4-8毫米，所述连杆从所述转轴到所述球体顶部的长度为160-190毫米。7.如权利要求1所述的水冲力流速仪，其特征在于，在所述连杆与所述球体的连接处罩有圆锥形护角，所述圆锥形护角顶部套在所述连杆外，底部与所述球体的表面贴合，所述透气孔设在所述圆锥形护角的边缘外。8.如权利要求1所述的水冲力流速仪，其特征在于，在所述支架上设有水平仪。9.如权利要求1所述的水冲力流速仪，其特征在于，所述远程终端单元为计算机终端，所述编码器通过无线发射电路将所述信号输出，通过2g、3g、4g、5g网络或互联网传输给所述计算机终端。

技术总结
本发明公开了一种水冲力流速仪，包括测速机构和远程终端单元，所述测速机构包括支架，在所述支架上设有转轴，所述转轴与连杆垂直相连，连杆的一端与一空心球体相连，在所述球体的底部设有进水孔，在球体上设有透气孔，所述进水孔和透气孔均与所述球体的内腔相连通，在所述支架上还设有编码器，所述编码器将所述转轴的转动角度编码并输出信号，所述远程终端单元接收所述信号并转换成水的流速。该水冲力流速仪能适合不同泥沙含量的水流，而且可以有效避免水中草絮缠绕，测速准确，使用方便。使用方便。使用方便。


技术研发人员：李实杰 周保林 刘永明 孙占国 王珂 魏尧 王雷 刘义滨 施敬 彭伟 王中文 张东梅 邢栋 张磊 杨敏 杜康宁 姜明康 顾雪冬 张宽宽 邓智文
受保护的技术使用者：焦作市黄河华龙工程有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/10/7