CN107422142B - 压强法搅拌水流简易测速装置及测速方法 - Google Patents

压强法搅拌水流简易测速装置及测速方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及压强法搅拌水流简易测速装置及测速方法，包括固定架、皮托测速管、计算机系统以及光敏电阻系统，所述固定架设置于搅拌水流容器桶顶部用于固定所述皮托测速管，所述皮托测速管上设置有光敏电阻系统，光敏电阻系统又与计算机系统连接；其中，所述皮托测速管包括依次连接的下部水平设置的变截面部分试管、中部呈倒L型设置的等截面试管和右上部缩小截面的U型管部分；所述下部水平设置的变截面部分试管由锥形装置和与之连接的可自由旋转的进水转头组成。所述光敏电阻系统放置于所述右上部缩小截面的U型管部分中的右侧端头管一侧，用于透过端头管接收该右侧端头管另一侧平行光束并将之转化为电信号并将其传送给计算机系统。

Description

压强法搅拌水流简易测速装置及测速方法
技术领域
本发明涉及一种测速装置，尤其涉及压强法搅拌水流简易测速装置及测速方法，属于测试技术领域。
背景技术
李大望等人的实用新型专利CN201420084216.6“一种海洋钢筋混凝土自然锈蚀模拟装置”对海洋环境进行了模拟，可以作为一种腐蚀环境进行模型实验，该模拟实验装置采用的是一种搅拌容器，其利用螺旋桨对水流的旋转产生运动，形成一种漩涡，从而对钢筋混凝土产生真实运动性的渗透腐蚀，但是该装置并未给出具体的海洋环境背景，比如在混凝土表面的水流速度却并未得出，无法与真实环境进行接口。
发明内容
因此，针对现有技术的上述问题，本发明提供了压强法搅拌水流简易测速装置及测速方法，其目的是通过在专利CN201420084216.6的基础上测试水流的速度，考虑了稳态或者非稳态、半径以及水流深度等不同位置上的水流速度，用以解决测试模拟海洋环境下的水流速度，从而进行调节，以达到跟真实环境契合。
为实现上述发明，本发明提供的技术方案如下：
压强法搅拌水流简易测速装置，包括固定架、皮托测速管、计算机系统以及光敏电阻系统，所述固定架设置于搅拌水流容器桶顶部用于固定所述皮托测速管，所述皮托测速管上设置有光敏电阻系统，光敏电阻系统又与计算机系统连接；其中，所述皮托测速管包括依次连接的下部水平设置的变截面部分试管、中部呈倒L型设置的等截面试管和右上部缩小截面的U型管部分；所述下部水平设置的变截面部分试管由锥形装置和与之连接的可自由旋转的进水转头组成，所述进水转头与中部呈倒L型设置的等截面试管底部通过旋转部位旋转连接，所述进水转头包括与旋转部位连接的管径缩小区以及与之水平连接的管径扩大区，所述管径缩小区与管径扩大区通过管径渐变区连接，水流入口设置于管径扩大区端部，所述水流入口设置于容器内水流测速点位置；所述固定架包括位于容器桶顶部的十字架；所述十字架中心设置有一圆孔，圆孔内设置有一可两端自由伸缩的竖直圆柱体，且所述圆柱体的上、下两端还分别设置有上、下水平伸缩支撑杆，上、下水平伸缩支撑杆一端均设置有圆环，用于固定皮托测速管的中部呈倒L型设置的等截面试管；所述光敏电阻系统放置于所述右上部缩小截面的U型管部分中的右侧端头管一侧，用于透过端头管接收该右侧端头管另一侧平行光束并将之转化为电信号并将其传送给计算机系统。
进一步地，所述计算机系统包括处理器、输入装置和显示装置。
进一步地，所述十字架由四根方形空心铁管焊接在一起，同时两两铁管之间加设有腋支撑。
进一步地，所述皮托测速管右上部缩小截面的U型管部分直径为3mm，进水转头管径扩大区直径为8mm，其余部分皮托测速管的管径为6mm。
进一步地，所述皮托测速管上部不封闭直接与大气相接通。
进一步地，所述光敏电阻系统的电阻阻值大小由计算机系统自动记录。
进一步地，容器桶底部设置有螺旋桨，所述螺旋桨由电机驱动。
上述压强法搅拌水流简易测速装置的测速方法，其测速步骤如下：
步骤一：将皮托测速管固定在十字架上、下水平伸缩支撑杆的两圆环上面，
步骤二：将皮托测速管右上部缩小截面的U型管部分注满带有颜色不透光的墨水；
步骤三：通过调整皮托测速管入水深度以及上、下水平伸缩支撑杆的伸缩长度，即可将皮托测速管水流入口准确放置于待测水流测速点位置以此测量容器桶中任意位置处的水流流速大小；
步骤四：启动测速装置，稍后打开右上部缩小截面的U型管部分一侧的平行光束和计算机系统；
步骤五：在皮托测速管未插入水中前，该U型管部分两边液面齐平；在皮托测速管插入水中后，皮托测速管U型管部分中便会出现高差；当螺旋桨转动时，静止水会产生不定向速度，U型管部分的高差会进一步增大；随着U型管部分中液面的下降或上升，能透过U型管部分照射到光敏电阻系统上面的光就会增多或减少，利用光敏电阻阻值大小的变化引起电路中电流的变化，将电信号与计算机系统相连，从而建立流速和电流之间的关系，达到测量流速的目的。
相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：
本发明的压强法搅拌水流简易测速装置结构简单、操作简便，测试精度可以满足实验检测需要。其可以有效的测量水流速度，尤其是在模拟海洋环境下钢筋混凝土构件锈蚀情况的水流速度，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明压强法搅拌水流简易测速装置示意图；
图2为本发明的固定架结构示意图；
图3为本发明的伸缩圆柱体和支撑杆结构示意图；
图4为本发明的下部水平设置的变截面部分试管结构示意放大图；
图5为本发明的皮托测速管示意图；
图6为本发明的进水转头测量示意图。
附图标记：1-固定架；2-皮托测速管；3-光敏电阻系统；4-容器桶；5-下部水平设置的变截面部分试管；6-中部呈倒L型设置的等截面试管；7-右上部缩小截面的U型管部分；8-锥形装置；9-进水转头；10-旋转部位；11-管径缩小区；12-管径扩大区；13-管径渐变区；14-水流入口；15-斜撑；16-十字架；17-圆柱体；18-上、下水平伸缩支撑杆；19-圆环；20-端头管；21-平行光束；22-腋支撑；23-螺旋桨。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-6所示，本发明的压强法搅拌水流简易测速装置，包括固定架1、皮托测速管2、计算机系统以及光敏电阻系统3。如图1所示，固定架1设置于搅拌水流容器桶4顶部用于固定所述皮托测速管2，皮托测速管2上设置有光敏电阻系统3，光敏电阻系统3又与计算机系统连接，皮托测速管2上部不封闭直接与大气相接通。皮托测速管2包括依次连接的下部水平设置的变截面部分试管5、中部呈倒L型设置的等截面试管6和右上部缩小截面的U型管部分7。下部水平设置的变截面部分试管5由锥形装置8和与之连接的可自由旋转的进水转头9组成，进水转头9与中部呈倒L型设置的等截面试管底部6通过旋转部位10旋转连接，进水转头9包括与旋转部位10连接的管径缩小区11以及与之水平连接的管径扩大区12，管径缩小区11与管径扩大区12通过管径渐变区13连接，水流入口14设置于管径扩大区12端部，水流入口14设置于容器桶4内水流测速点位置，如图4所示。容器桶4底部设置有螺旋桨23，所述螺旋桨23由电机驱动。如图2所示，固定架1包括位于容器桶4顶部的十字架16。十字架16由四根方形空心铁管焊接在一起，同时两两铁管之间加设有腋支撑22。十字架16中心设置有一圆孔，如图3所示，圆孔内设置有一可两端自由伸缩的竖直圆柱体17，且圆柱体17的上、下两端还分别设置有上、下水平伸缩支撑杆18，上、下水平伸缩支撑杆18一端均设置有圆环19，用于固定皮托测速管2的中部呈倒L型设置的等截面试管6。光敏电阻系统3放置于所述右上部缩小截面的U型管部分7中的右侧端头管20一侧，用于透过端头管20接收该右侧端头管另一侧平行光束21并将之转化为电信号并将其传送给计算机系统。计算机系统包括处理器、输入装置和显示装置。光敏电阻系统3的电阻阻值大小由计算机系统自动记录。
上述压强法搅拌水流简易测速装置的测速方法，其测速步骤如下：
步骤一：将皮托测速管2固定在十字架16上、下水平伸缩支撑杆18的两圆环19上面，
步骤二：将皮托测速管2右上部缩小截面的U型管部分7注满带有颜色不透光的墨水；
步骤三：通过调整皮托测速管2入水深度以及上、下水平伸缩支撑杆18的伸缩长度，即可将皮托测速管2水流入口14准确放置于待测水流测速点位置以此测量容器桶4中任意位置处的水流流速大小；
步骤四：启动测速装置，稍后打开右上部缩小截面的U型管部分7一侧的平行光束21和计算机系统；
步骤五：在皮托测速管2未插入水中前，该U型管部分7两边液面齐平；在皮托测速管2插入水中后，皮托测速管U型管部分7中便会出现高差；当螺旋桨23转动时，静止水会产生不定向速度，U型管部分7的高差会进一步增大；随着U型管部分7中液面的下降或上升，能透过U型管部分7照射到光敏电阻系统3上面的光就会增多或减少，利用光敏电阻阻值大小的变化引起电路中电流的变化，将电信号与计算机系统相连，从而建立流速和电流之间的关系，达到测量流速的目的。
具体来说，如图5-6所示，在皮托测速管2未插入水中前，该U型管部分7两边液面齐平，在FO段U型管中的水液面高度将位于2界面；在皮托测速管2插入水中后，U型管部分7中便会出现高差，此时在FO段U型管中的水液面会高于2界面。当螺旋桨23转动时，静止水会产生不定向速度，假设皮托测速管2水流入口14可以无阻力的任意360度旋转，根据力学平衡进水转头9后部配置的锥形装置8只能使得水流入口14在主流方向才能保证平衡，以此来尽可能的减少由于流速方向造成的流速损失。假设此时水流入口14在G点，在K点处会产生流速，G点与K点距离很近且在同一水平线上，最终从K点进入G点的流速会有一定的损失，假设损失量为β，最终U型管上部开口处的液体高度会升高，即从2界面的M点升高到1界面F点。随着U型管内右侧端头管20内液面的下降或上升，能透过端头管20照射到光敏电阻元件上面的光就会增多或减少，利用光敏电阻阻值大小的变化引起电路中电流的变化，从而建立流速和电流之间的关系，达到测量装置中流速的目的，计算机能够实时的自动计算并记录M点到F点之间的高度差Δh。
假设皮托测速管2的底部入水深度为Hz，同时不考虑皮托测速管2形状造成的能量损失，假设空气不可压缩。以GK连线为参考线，G点处的压力水头主要由两部分组成。一是由于水深度而产生的静压力水头，二是由于速度在G点处的转换速度水头；假如将一上端开口直管下部置于G点，此时试管中水会上升一个高度
Figure BDA0001405153950000061
但是现在皮托测速管2在右上部有个U型管部分7，其中注满了水，所以G点的压力水头在使得靠近G点部分的试管水液面上升外，还会使得U型管部分7中的水产生高差。靠近G点部分的试管水液面上升一定高度时，会推动试管中的空气进而使得U型管部分7中靠近开口一端的水产生一个高度，假设空气不可压缩，那么U型管部分7处上升的高度应该为中部等截面段的两倍。所以所求目标速度为V2
Figure BDA0001405153950000071
Figure BDA0001405153950000072
通过平行光束21的照射，然后利用光敏电阻阻值大小的变化引起电路中电流的变化，从而通过计算机系统可以建立流速和电流之间的关系，达到流速测量的目的。
实施例1
尺寸确定：
取β＝0，该容器桶4直径为550mm，净深度为550mm，最外沿速度约为2m/s。
Ho：该装置首先要能满足能够测量到最底面的点流速，故Ho≥550mm，取Ho＝570mm；
MO段与MF段：当测量的点位于容器桶4底最外边点时上升的高度会达到最大值，计算得其上升总高度应该为750mm，所以MO≥500mm，MF≥500mm；取MO＝MF＝500mm；
Ha：取其长度为100mm；
同时，取皮托测速管2右上部缩小截面的U型管部分7直径为3mm，进水转头管径扩大区12直径为8mm，其余部分皮托测速管2的管径为6mm。
随后我们可以利用实验的方法来确定速度损失β的值，同时建立速度与U型管中水柱上升高度公式表，测量时也可以通过此表进行查阅。
入可以以初始水速为1m/s，间隔为0.05m/s，末速度为2.5m/s的一组速度为例，通过计算机系统读出水柱上升的高度，建立起关于速度与U型管中水柱上升高度关系。确定公式的未知参数，使用者测流速时既可以根据公式计算，也可以根据测量的上升高度来查表得出所测点数据。
上述实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本申请所述技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附权利要求书所述范围为准。

Claims (8)

1.压强法搅拌水流简易测速装置，其特征在于；包括固定架(1)、皮托测速管(2)、计算机系统以及光敏电阻系统(3)，所述固定架(1)设置于搅拌水流容器桶(4)顶部用于固定所述皮托测速管(2)，所述皮托测速管(2)上设置有光敏电阻系统(3)，光敏电阻系统(3)又与计算机系统连接；其中，所述皮托测速管(2)包括依次连接的下部水平设置的变截面部分试管(5)、中部呈倒L型设置的等截面试管(6)和右上部缩小截面的U型管部分(7)；所述下部水平设置的变截面部分试管(5)由锥形装置(8)和与之连接的可自由旋转的进水转头(9)组成，所述进水转头(9)与中部呈倒L型设置的等截面试管(6)底部通过旋转部位(10)旋转连接，所述进水转头(9)包括与旋转部位(10)连接的管径缩小区(11)以及与之水平连接的管径扩大区(12)，所述管径缩小区(11)与管径扩大区(12)通过管径渐变区(13)连接，水流入口(14)设置于管径扩大区(12)端部，所述水流入口(14)设置于容器桶内水流测速点位置；所述固定架(1)包括位于容器桶(4)顶部的十字架(16)；所述十字架(16)中心设置有一圆孔，圆孔内设置有一可两端自由伸缩的竖直圆柱体(17)，且所述圆柱体(17)的上、下两端还分别设置有上、下水平伸缩支撑杆(18)，上、下水平伸缩支撑杆(18)一端均设置有圆环(19)，用于固定皮托测速管(2)的中部呈倒L型设置的等截面试管(6)；所述光敏电阻系统(3)放置于所述右上部缩小截面的U型管部分(7)中的右侧端头管(20)一侧，用于透过端头管(20)接收该右侧端头管(20)另一侧平行光束(21)并将之转化为电信号并将其传送给计算机系统。
2.根据权利要求1所述的压强法搅拌水流简易测速装置，其特征在于：所述计算机系统包括处理器、输入装置和显示装置。
3.根据权利要求1所述的压强法搅拌水流简易测速装置，其特征在于：所述十字架(16)由四根方形空心铁管焊接在一起，同时两两铁管之间加设有腋支撑(22)。
4.根据权利要求1所述的压强法搅拌水流简易测速装置，其特征在于：所述皮托测速管(2)右上部缩小截面的U型管部分(7)直径为3mm，进水转头管径扩大区(12)直径为8mm，其余部分皮托测速管(2)的管径为6mm。
5.根据权利要求1所述的压强法搅拌水流简易测速装置，其特征在于：所述皮托测速管(2)上部不封闭直接与大气相接通。
6.根据权利要求1所述的压强法搅拌水流简易测速装置，其特征在于：所述光敏电阻系统(3)的电阻阻值大小由计算机系统自动记录。
7.根据权利要求1所述的压强法搅拌水流简易测速装置，其特征在于：容器桶(4)底部设置有螺旋桨(23)，所述螺旋桨(23)由电机驱动。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的压强法搅拌水流简易测速装置的测速方法，其特征在于：测速步骤如下：
步骤一：将皮托测速管(2)固定在十字架(16)上、下水平伸缩支撑杆(18)的两圆环(19)上面，
步骤二：将皮托测速管右上部缩小截面的U型管部分(7)注满带有颜色不透光的墨水；
步骤三：通过调整皮托测速管(2)入水深度以及上、下水平伸缩支撑杆(18)的伸缩长度，即可将皮托测速管水流入口(14)准确放置于待测水流测速点位置以此测量容器桶(4)中任意位置处的水流流速大小；
步骤四：启动测速装置，稍后打开右上部缩小截面的U型管部分(7)一侧的平行光束(21)和计算机系统；
步骤五：在皮托测速管(2)未插入水中前，该U型管部分(7)两边液面齐平；在皮托测速管(2)插入水中后，皮托测速管U型管部分(7)中便会出现高差；当螺旋桨(23)转动时，静止水会产生不定向速度，U型管部分(7)的高差会进一步增大；随着U型管部分(7)中液面的下降或上升，能透过U型管部分(7)照射到光敏电阻系统(3)上面的光就会增多或减少，利用光敏电阻阻值大小的变化引起电路中电流的变化，将电信号与计算机系统相连，从而建立流速和电流之间的关系，达到测量流速的目的。
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