CN101625370B - 管道内流体的瞬时流速流向测量仪 - Google Patents
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Abstract
管道内流体的瞬时流速流向测量仪，本发明涉及一种流速、流向测量仪。它解决了现有的管道流速测量仪无法测量流体的瞬时流速、以及无法测量流体流向的问题。它的叶轮与光栅平行设置且通过传动轴固定连接，光源设置在感光元件的感光面的正上方，感光元件固定在管筒的外壁上，光栅外边缘的明、暗条纹置于光源与感光元件之间，管筒的同一侧壁上设置有四个接线柱且成正四边形排列，浆板带动接触开关与设置在接线柱上的触点连接。本发明适用于管道内流体的流速测量过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种流速流向测量仪。
背景技术
现有的流速测量仪多采用涡轮测量明渠的水流流速，涡轮在水流的带动下旋转，感应电磁开关，产生电信号脉冲，根据脉冲信号计量涡轮的流速，进而确定水流速度。但是，在输水管道内涡轮的水流阻力较大，涡轮转一圈才能计算流速，计量周期较长，无法测量输水管道内瞬时流速；同时，现有的流体内流向都是在明渠中直接目测，对于非明渠中的流体流向则无法进行测量。
发明内容
本发明为了解决现有的管道流速测量仪无法测量流体的瞬时流速、以及无法测量流体流向的问题，从而提出了一种管道内流体的瞬时流速流向测量仪。
管道内流体的瞬时流速流向测量仪，它包括叶轮、传动轴、光栅、光源、感光元件、信号采集模块、信号分析模块、管筒、连接杆、浆板、第一接线柱、第二接线柱、第三接线柱、第四接线柱和接触开关，管筒的筒壁上开有轴孔，所述轴孔的内径与传动轴的截面直径相同，所述传动轴穿过所述轴孔且与管筒的筒壁垂直，所述传动轴的一端与叶轮的中心固定连接，所述传动轴的另一端与光栅的中心固定连接，所述叶轮位于管筒内，光栅位于管筒外，叶轮和光栅相互平行；光源设置在感光元件的感光面的正上方，感光元件固定在管筒的外壁上，光栅外边缘的明、暗条纹置于光源与感光元件之间；所述感光元件的电信号输出端与信号采集模块的采集信号输入端连接，所述信号采集模块的采集信号输出端与信号分析模块的信号输入端连接；第一接线柱、第二接线柱、第三接线柱和第四接线柱均固定在管筒的同一侧外壁上，且第一接线柱、第二接线柱、第三接线柱和第四接线柱成正四边形排列且均为所述正四边形的端点，所述第一接线柱和第三接线柱的连线、第二接线柱和第四接线柱的连线为所述正四边形的对角线；所述正四边形的对角线的交点处的管筒上开有杆孔，连接杆的一端穿过所述杆孔并延伸至管筒内且与浆板的中心连接，所述连接杆的另 一端与接触开关连接；所述接触开关的四个触点分别位于第一接线柱、第二接线柱、第三接线柱和第四接线柱上，所述第一接线柱、第二接线柱、第三接线柱和第四接线柱分别与信号采集模块的第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端和第四信号输入端连接。
有益效果：本发明在使用时，将管筒与待测管道连通，叶轮位于流体中，从而带动光栅旋转，通过光栅明暗条纹的变化，只要有1个条纹的数据就能够获得流速计算管道内的流体流速，测量效率高；并且流体流动时能够推动桨板，桨板带动开关接触第一接线柱和第四接线柱或第二接线柱和第四界线柱，从而使电源极性改变。本发明能够测量瞬时管道流速，以及测量管道内流体的方向，具有能量损失小、安装简便、结构简单的优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明测量流体流向部分的俯视图；图3是具体实施方式二的结构示意图，图4是本发明的测量流体流向的电路连接图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1和图2说明本具体实施方式，管道内流体的瞬时流速流向测量仪，它包括叶轮1、传动轴2、光栅3、光源4、感光元件5、信号采集模块6、信号分析模块7、管筒10、连接杆19、浆板20、第一接线柱21、第二接线柱22、第三接线柱23、第四接线柱24和接触开关25，管筒10的筒壁上开有轴孔，所述轴孔的内径与传动轴2的截面直径相同，所述传动轴2穿过所述轴孔且与管筒10的筒壁垂直，所述传动轴2的一端与叶轮1的中心固定连接，所述传动轴2的另一端与光栅3的中心固定连接，所述叶轮1位于管筒10内，光栅3位于管筒10外，叶轮1和光栅3相互平行；光源4设置在感光元件5的感光面的正上方，感光元件5固定在管筒10的外壁上，光栅3外边缘的明、暗条纹置于光源4与感光元件5之间；所述感光元件5的电信号输出端与信号采集模块6的采集信号输入端连接，所述信号采集模块6的采集信号输出端与信号分析模块7的信号输入端连接；第一接线柱21、第二接线柱22、第三接线柱23和第四接线柱24均固定在管筒10的同一侧外壁 上，且第一接线柱21、第二接线柱22、第三接线柱23和第四接线柱24成正四边形排列且均为所述正四边形的端点，所述第一接线柱21和第三接线柱23的连线、第二接线柱22和第四接线柱24的连线为所述正四边形的对角线；所述正四边形的对角线的交点处的管筒10上开有杆孔，连接杆19的一端穿过所述杆孔并延伸至管筒内且与浆板20的中心连接，所述连接杆19的另一端与接触开关25连接；所述接触开关25的四个触点分别位于第一接线柱21、第二接线柱22、第三接线柱23和第四接线柱24上，所述第一接线柱21、第二接线柱22、第三接线柱23和第四接线柱24分别与信号采集模块6的第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端和第四信号输入端连接。
本发明在使用时，可以通过一个或两个法兰盘18将本发明的管筒10与管道连通，亦或将本发明整体置放于管道中。
工作原理：当管道10内的流体通过叶轮1时，叶轮1通过传动轴2带动光栅3旋转，感光元件5在光栅3的明条纹时获得光信号，而在光栅3的暗条纹处没有光信号，光栅的明、暗条纹交替一次获得一个脉冲信号。通过计量脉冲信号的周期，并通过公式： 
从而计量出管道内流体的流速V；式中n为光栅条纹的个数；R为光源到光栅圆心的水平距离；t为1个脉冲周期。
参见图4说明本发明测量流体流向的原理：流体在正向流动时推动桨板20，桨板20带到接触开关25与第一接线柱21、第三接线柱23接触或与第二接线柱22、第四接线柱24接触，通过信号采集模块采集的与接线柱上连接的负载R两端电压的正负值即可确定管道内流体的流向。本发明还可以接入一个光敏电阻R1，利用光敏电阻R1实现流体的流速与流向的同步测量。
具体实施方式二、结合图3说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的管道内流体的瞬时流速流向测量仪的区别在于，它还包括第一挡板11、第二挡板12、第三挡板13和第四挡板14，所述第一挡板11、第二挡板12、第三挡板13和第四挡板14均固定在管道10的内壁上，且每个挡板均与一个接线柱相对应，所述浆板20位于四个挡板所形成的区域内，且其长度大于四个挡板所成的对角线的长度。所述浆板20的两端分别位于互为对 角的两个挡板的异侧。
本实施方式通过四个与接线柱一一对应的档板，限制浆板20的活动区域，避免因流体流速过大造成接线柱损坏。
具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一或二所述的管道内流体的瞬时流速流向测量仪的区别在于，感光元件为光敏晶体管、光敏电阻。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式三所述的管道内流体的瞬时流速流向测量仪的区别在于，光源4为红外发光二极管。
具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一、二或四所述的管道内流体的瞬时流速流向测量仪的区别在于，信号采集模块6为数据采集卡，所述采集卡的型号为National Instruments的6024E。
Claims (5)
1.管道内流体的瞬时流速流向测量仪，其特征是：它包括叶轮(1)、传动轴(2)、光栅(3)、光源(4)、感光元件(5)、信号采集模块(6)、信号分析模块(7)、管筒(10)、连接杆(19)、浆板(20)、第一接线柱(21)、第二接线柱(22)、第三接线柱(23)、第四接线柱(24)和接触开关(25)，管筒(10)的筒壁上开有轴孔，所述轴孔的内径与传动轴(2)的截面直径相同，所述传动轴(2)穿过所述轴孔且与管筒(10)的筒壁垂直，所述传动轴(2)的一端与叶轮(1)的中心固定连接，所述传动轴(2)的另一端与光栅(3)的中心固定连接，所述叶轮(1)位于管筒(10)内，光栅(3)位于管筒(10)外，叶轮(1)和光栅(3)相互平行；光源(4)设置在感光元件(5)的感光面的正上方，感光元件(5)固定在管筒(10)的外壁上，光栅(3)外边缘的明、暗条纹置于光源(4)与感光元件(5)之间；所述感光元件(5)的电信号输出端与信号采集模块(6)的采集信号输入端连接，所述信号采集模块(6)的采集信号输出端与信号分析模块(7)的信号输入端连接；第一接线柱(21)、第二接线柱(22)、第三接线柱(23)和第四接线柱(24)均固定在管筒(10)的同一侧外壁上，且第一接线柱(21)、第二接线柱(22)、第三接线柱(23)和第四接线柱(24)成正四边形排列且均为所述正四边形的端点，所述第一接线柱(21)和第三接线柱(23)的连线、第二接线柱(22)和第四接线柱(24)的连线为所述正四边形的对角线；所述正四边形的对角线的交点处的管筒(10)上开有杆孔，连接杆(19)的一端穿过所述杆孔并延伸至管筒内且与浆板(20)的中心连接，所述连接杆(19)的另一端与接触开关(25)连接；所述接触开关(25)的四个触点分别位于第一接线柱(21)、第二接线柱(22)、第三接线柱(23)和第四接线柱(24)上，所述第一接线柱(21)、第二接线柱(22)、第三接线柱(23)和第四接线柱(24)分别与信号采集模块(6)的第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端和第四信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的管道内流体的瞬时流速流向测量仪，其特征在于，它还包括第一挡板(11)、第二挡板(12)、第三挡板(13)和第四挡板(14)，所述第一挡板(11)、第二挡板(12)、第三挡板(13)和第四挡板(14)均固定在管道(10)的内壁上，且每个挡板均与一个接线柱相对应，所述浆板(20) 位于四个挡板所形成的区域内，且其长度大于四个挡板所成的对角线的长度。
3.根据权利要求1或2所述的管道内流体的瞬时流速流向测量仪，其特征在于，感光元件(5)为光敏晶体管、光敏电阻。
4.根据权利要求3所述的管道内流体的瞬时流速、流向测量仪，其特征在于光源(4)为红外发光二极管。
5.根据权利要求1、2或4所述的管道内流体的瞬时流速流向测量仪，其特征在于信号采集模块(6)为数据采集卡。
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