CN108548936A - 一种适用于液体表面流速的测定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于液体表面流速的测定装置及方法，所述的测定装置包括运动轨迹限制机构、角位移检测装置（2）、始终浮于液体表面且可随液体流动而自转的浮轮（1）、配重块（5），角位移检测装置（2）设于所述运动轨迹限制机构上，浮轮（1）在转动过程中轴向平行于液面且垂直于液体流动方向，浮轮（1）的浸入深度为X，且0.02R<X<0.4R，其中浮轮（1）的半径为R，运动轨迹限制机构的一端与浮轮（1）的转轴相连，另一端与液体表面上方的固定物（4）相连，配重块（5）与运动轨迹限制机构连接为一体。本发明通过始终浮于液体表面且可随液体流动而自转的浮轮在转动过程中轴向平行于液面且垂直于液体流动方向，不易缠绕水草等杂物，实现连续自动监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种流速测量领域，特别是涉及一种适用于液体表面流速的测定装置及方法。
背景技术
流速计又称“流速仪”，是一种用以测量管路或渠道中流体速度的仪表。测定流速后，再乘以流体截面换算成流量，因而也用于间接测量流量。有测速管、孔流速计、测速喷嘴和文臣里流速计等。
目前，测量非满管道及明渠中液体流速的方法为旋浆式流速仪，旋桨式流速仪主要由旋桨、身架和尾翼三部分组成，旋桨内装有讯号触点和轴承转轴等，能够利用水流动力推动转子旋转，根据转动速度推求流速，其使用方法是将流速仪通过手持测杆或水文缆道悬吊铅鱼等装置浸入液体中，通过测量旋浆的转速，结合水力螺距、仪器常数计算得到液体流速。当液体中存在杂草、淤泥时容易造成旋浆的缠绕堵塞，因此一般不适合连续自动监测。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于液体表面流速的测定装置及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种适用于液体表面流速的测定装置包括运动轨迹限制机构、角位移检测装置、始终浮于液体表面且可随液体流动而自转的浮轮、配重块，所述角位移检测装置设于所述运动轨迹限制机构上，浮轮在转动过程中轴向平行于液面且垂直于液体流动方向，浮轮的浸入深度为X，且0.02R<X<0.4R，其中浮轮的半径为R，运动轨迹限制机构限制浮轮沿一条固定的轨迹随液位的改变而升降，运动轨迹限制机构的一端与浮轮的转轴相连，另一端与液体表面上方的固定物相连，所述配重块与所述运动轨迹限制机构连接为一体。
所述浮轮的运动轨迹为直线或弧线。
所述运动轨迹限制机构包括连杆，所述连杆与所述固定物活动相连，所述配重块与所述固定物、连杆连接为一体。
所述的运动轨迹限制机构还包括连杆稳定装置，所述连杆稳定装置设于液体表面上方的固定物上。
所述的连杆稳定装置由多个定滑轮组组成，连杆穿插过成组定滑轮之间的间隙。
所述的运动轨迹限制机构包括滑轨和连杆，连杆的一端安装有多只直线轴承，所述直线轴承与滑轨滑动相连，所述连杆通过配重拉线与所述配重块相连，所述滑轨固定于液面上方。
所述的一种适用于液体表面流速的测定装置还包括液位检测装置，所述液位检测装置设于所述运动轨迹限制机构上。
所述浮轮为旋成体。
所述固定物为万向节。
液体表面实际流速V的计算公式为：V = Y- YX0/Z + aY3X0/Z - bY3X0/Z2 + c①，其中，V为通过所述的测定装置测量的表面流速，c为仪表参数，Z表示液体深度，X0为浮轮的静态浸入深度，Y表示浮轮下缘流速，a为上抬效应修正系数，b为浅水效应修正系数；
液体表面实际流速V的测量方法包括如下步骤：
1）将标准流速仪与本装置同时置于同一通道的液体内，并保持液体静止，调节配重块使浮轮的浸入深度等于额定的静态浸入深度X0的值；
2）改变实际表面流速V为额定表面流速的5%~10%，为忽略浅水效应，保证10倍以上的液体深度Z与浮轮的浸入深度X的比值，并记录本次测量浮轮下缘流速Y1的值、实际流速V1的值、液体深度Z1的值，其中额定流速为标准流速仪在保证精度条件下能测量的最大值；
3）保持液体深度Z1不变，改变实际表面流速为额定流速的80%~95%，并记录本次测量浮轮下缘流速Y2的值、实际表面流速V2的值；
4）保持实际表面流速V2不变，为模拟浅水效应，调节液体深度使液体深度Z与浸入深度X的比值为2~4倍，并记录本次测量浮轮下缘流速Y3、实际表面流速V3的值、液体深度Z2的值；
5）通过所述的关系式V = Y- YX0/Z + aY3X0/Z - bY3X0/Z2 + c得到如下三个方程式，并通过该方程组确定a、b、c的值；
V1 = Y1 - Y1X0/Z1 + aY1 3X0/Z1 - bY1 3X0/Z1 2 + c；②
V2 = Y2 - Y2X0/Z1 + aY2 3X0/Z1 - bY2 3X0/Z1 2 + c；③
V3= Y3 - Y3X0/Z2 + aY3 3X0/Z2 - bY3 3X0/Z2 2 + c；④
6）在实际测量过程中，通过将a、b、c的值代入①中得到的关系式计算得到液体表面的实际表面流速V。
本发明的有益效果是：
1）现有旋浆式流速仪通过旋桨的转动来测量流速，旋桨在转动过程中旋转轴与液体接触，导致旋桨更易缠绕水草等杂物，而浮轮始终浮于液体表面且随液体流动而自转，浮轮转轴不接触液体，且浮轮在转动过程中轴向平行于液面且垂直于液体流动方向，利用浮轮1随液流的滚动来减小对液流的阻碍，减小兴波，并碾压越过液体中的缠绕物，不易缠绕水草等杂物。
2）连杆稳定装置用以稳定连杆，避免连杆被浮轮的运动所影响，使整个装置更加稳固，提高装置运动的可靠性，优选的，所述的连杆稳定装置由多个定滑轮组组成，多组定滑轮配合使用，能够进一步稳固连杆，连杆穿插过成组定滑轮之间的间隙，定滑轮被固定于渠壁上，当浮轮随液体流动而上下运动时，迫使连杆随浮轮具有相同的运动状态，通过定滑轮的滑动作用，使得连杆在成组定滑轮的间隙中上下运动，达到能使连杆上下运动并固定连杆的作用。
3）直线轴承是一种直线运动系统，用于直线行程与圆柱轴配合使用，由于承载球与轴承外套点接触，钢球以最小的摩擦阻力滚动，因此直线轴承具有摩擦小，且比较稳定，不随轴承速度而变化，能获得灵敏度高、精度高的平稳直线运动，直线轴承与滑轨滑动相连，结构简单，便于安装。
4）运动轨迹限制机构的一端安装在液体表面上方的固定物上，通过测量万向节转过的角度来测量液位的高低，测量方法简单可靠。
5）所述浮轮1为旋成体，能够使得浮轮1浸入液体中的形状在转动过程中保持不变。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为采用连杆时的结构示意图；
图3为采用直线轴承时的结构示意图；
图4为浮轮的截面示意图；
图5为旋桨式流速仪的截面示意图；
图中，1-浮轮，2-角位移检测装置，3-连杆，4-固定物，5-配重块，6-滑轨，7-直线轴承，8-配重拉线，9-定滑轮组。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：如图1所示，一种适用于液体表面流速的测定装置，包括运动轨迹限制机构、角位移检测装置2、始终浮于液体表面且可随液体流动而自转的浮轮1、配重块5。
所述用于流速测量的角位移检测装置2安装在运动轨迹限制机构上，具体的，角位移检测装置2包括敏感元件和触发源，其中光电、磁电敏感元件安装在运动轨迹限制机构上，作为触发源的隔光片、磁铁安装在浮轮1除浮轮中心的其他位置上，所述敏感元件经过防水处理以免浮轮1转动溅起的液体影响正常使用，角位移检测装置2可为角位移传感器或计数器。
当所述角位移检测装置2为角位移传感器时，在要求较高分辨率的场合，可采用旋转编码器（光电式或磁式）来实现对角度位移的测量。
旋转编码器包括光电编码、磁编码以及机械编码几种形式，用于将物体转动角度或角速度转为电信号；光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出。
磁式编码器采用霍尔原理，利用磁性检测方式，具备优异的抗冲击和振动特点，并采用磁电式设计，通过磁感应器件、利用磁场的变化来产生和提供转子的绝对位置，利用磁器件代替了传统的码盘，更具抗震、耐腐蚀、耐污染、性能可靠高、结构更简单。
在要求成本低廉的场合，可采用磁铁/干簧管、光电耦合器（槽型、反射型均可）来达到测量目的。
所述干簧管通常有两个软磁性材料做成的、无磁时断开的金属簧片触点，有的还有第三个作为常闭触点的簧片。这些簧片触点被封装在充有惰性气体(如氮、氦等)或真空的玻璃管里，玻璃管内平行封装的簧片端部重叠，并留有一定间隙或相互接触以构成开关的常开或常闭触点。干簧管比一般机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长；而与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强等特点，工作可靠性很高。
所述光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件，在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，实现电一光一电的转换，起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。
当所述角位移检测装置2为计数器时，将计数器设于浮轮1上，通过计算浮轮1在单位时间内转动的次数来达到计算角位移的目的。
所述固定物4为万向节，是实现变角度动力传递的机件，用于需要改变传动轴线方向的位置，能够保证浮轮1的轴向始终垂直于液体流动方向。
如图4和图5所示，现有旋浆式流速仪通过旋桨的转动来测量流速，旋桨、浆轴在转动过程中与液体接触，导致旋桨更易缠绕水草等杂物，而浮轮1始终浮于液体表面且随液体流动而自转，所述浮轮1的浸入深度为X，且0.02R<X<0.4R，其中浮轮1的半径为R，液体不能淹没轮轴，以免轴承内涌进液体，则浮轮1转轴不接触液体，且浮轮1在转动过程中轴向平行于液面且垂直于液体流动方向，利用浮轮1随液流的滚动来减小对液流的阻碍，减小兴波，并碾压越过液体中的缠绕物，不易缠绕水草等杂物。
进一步的，所述浮轮1为圆柱形浮轮，所述的浮轮1为类似于车轮型的浮轮，一方面能够使得浮轮1浸入到液体下的部分近似为流线型，便于减小浮轮1运动过程中所受的阻力，另一方面，所述浮轮1为旋成体，进一步的，由轮胎和轮毂构成的轮子结构而成的旋成体结构，能够使得浮轮1浸入液体中的形状在转动过程中保持不变。
所述配重块5与所述运动轨迹限制机构连接为一体，所述配重块5的作用在于平衡浮轮1与运动轨迹限制机构的重量使浮轮1在液体中得到适当的浸入深度。
所述运动轨迹限制机构限制浮轮1沿一条固定的轨迹随液位的改变而升降，具体的，所述浮轮1的运动轨迹为直线或弧线，则浮轮1可沿液体运动而上下运动或曲线运动，所述运动轨迹限制机构的一端与浮轮1的转轴相连，则浮轮本体安装于转轴上，另一端与液体表面上方的固定物4相连，用以稳定整个装置。
所述运动轨迹限制机构包括连杆3，所述连杆3与所述固定物4活动相连，使得连杆3可以固定物4为支点转动，所述配重块5与所述固定物4、连杆3连接为一体，通过配重块5的配重作用来间接平衡浮轮1，保证浮轮1的稳定运动。
优选的，所述连杆3为硬质连杆，具体的，所述连杆3为刚性连杆，用以保证浮轮1在液体中运动时，不至因为液体的流动使浮轮1左右移动，进一步保证浮轮1的稳定运动。
如图2所示，所述的运动轨迹限制机构还包括连杆稳定装置，所述连杆稳定装置设于液体表面上方的固定物4上，用以稳定连杆3，避免连杆3被浮轮1的运动所影响，使整个装置更加稳固，提高装置运动的可靠性，优选的，所述的连杆稳定装置由多个定滑轮组9组成，连杆3穿插过成组定滑轮之间的间隙，多组定滑轮配合使用，能够进一步稳固连杆3，连杆3穿插过成组定滑轮之间的间隙，定滑轮被固定于渠壁上，当浮轮1随液位升降而上下运动时，带动连杆3随浮轮1具有相同的运动状态，通过定滑轮的滑动作用，使得连杆3在成组定滑轮的间隙中上下运动，达到能使连杆3上下运动并固定连杆3的作用。
优选的，所述连杆3可采用中空结构，角位移检测装置2的信号线可从连杆3的内部穿过，并从连杆3上部引出，使得信号线在液体流动或液位变化范围较大的场合中也能保持干燥，进而保证信号的正常传输。
如图3所示，所述的运动轨迹限制机构的另一种实现方式为：所述的运动轨迹限制机构包括滑轨6和连杆3，连杆3的一端安装有多只直线轴承7，所述直线轴承7与滑轨6滑动相连，所述连杆3通过配重拉线8与所述配重块5相连，所述滑轨6固定于液面上方。
所述直线轴承7是一种直线运动系统，用于直线行程与圆柱轴配合使用，由于承载球与轴承外套点接触，钢球以最小的摩擦阻力滚动，因此直线轴承7具有摩擦小，且比较稳定，不随轴承速度而变化，能获得灵敏度高、精度高的平稳直线运动。
将直线轴承7安装在连杆3上，能够保证浮轮1在液体流动作用下保持平稳直线运动，提高整个装置的精准度，直线轴承7在滑轨6上下滑动，为整个装置的正常工作提供必要基础，结构简单，便于安装。
所述的一种适用于液体表面流速的测定装置还包括液位检测装置，用以测量液位，所述液位检测装置设于所述运动轨迹限制机构上，针对图1中的结构，所述的液位位移检测装置通过检测连杆3的俯仰角度得到液位，优选的，在图1的结构中，还可以在连杆3上安装倾角传感器测量连杆3的俯仰角，结构更简单，倾角传感器可以采用应变式传感器、3轴加速度结合3轴陀螺仪并卡尔曼滤波传感器，针对图2、图3的结构则是通过测量属于固定物4的配重拉线定滑轮的角位移得到液位。
进一步的，所述液位位移检测装置为旋转编码器，具体的，所述液位位移检测装置可选用绝对式光电编码器或磁编码器。
当旋转编码器为绝对式光电编码器时，绝对式光电编码器的每一个位置绝对唯一、抗干扰、无需掉电记忆，使得测量过程更加方便，测量数据更加精准，当旋转编码器为磁编码器时，作用如前所述。
采用所述测定装置的的测量方法，液体表面实际流速V的计算公式为：V = Y-YX0/Z + aY3X0/Z - bY3X0/Z2 + c.......①，其中，V为通过所述的测定装置测量的表面流速，c为仪表参数，Z表示液体深度（液位），X0为浮轮1的浸入深度，Y表示浮轮1下缘流速，a为上抬效应修正系数，b为浅水效应修正系数；
通过测量浮轮1的转速，结合浮轮半径、仪器常数计算得到液体表面流速，理论上，浮轮运转与液流同步并稳定后，浮轮下缘液体流速为：
Y = ω * R ....... ⑤，
公式⑤中，R 为浮轮1的半径，ω为角位移检测装置2测得的角速度值，Y表示浮轮1下缘流速；
在浮轮1有一定的浸入深度且液体流速不为0时，浮轮下缘流速并不完全等于液面流速，引入仪表系数c表示浮轮转动机构的影响，并考虑由于浮轮浸入深度引起浮轮下过流断面减小的效应，对表面流速进行修正得到：
V= Y* (Z-X)/Z + c ....... ⑥，
其中，V为通过测试装置测量的表面流速，c为仪表参数，Z表示液体深度（液位），X为浮轮1的浸入深度，Y表示浮轮1的下缘流速。
浮轮1动态浸入深度X并非一个固定值，而是与流速、液位有关的变量，当液体流速为零时，浮轮1的静态浸入深度取决于静态浮力和重力的平衡，根据此时浮力和重力相等以及液面高度的变化等于排开液体的体积与液体通道的底面积之商得到液面变化的高度；当液体流速不为零时，情况变得比较复杂，这时会出现两方面的效应：
1）当浸入深度非零时，流动的液体对浮轮有一个上抬力，使浸入深度减小；当浮轮浸入深度与浮轮半径的比值较小时，上抬力与浸入深度近似成正比，与流速的平方成正比；因为流动的液体在浮轮1前缘被整个浮轮1下压，相当于直线运动改为圆周运动，圆心位于浮轮1前液体下，它受到的向心力与线速度平方正比，浮轮1受到的作用力等于这个向心力，故所述的上抬力与流速的平方成正比。
2）根据连续性定理，浮轮下方的液体流速比液面流速更大；再根据伯努利定理，流速增大引起静压力减小，会导致浮轮下沉，浸入深度增加；下沉量与流速平方成正比，与浸入深度与液深的比值（X/Z）成正比，即所谓浅水效应。
为减小误差，一方面应在保证机械运动可靠的前提下尽量减小静态浸入深度与浮轮半径的比值，另一方面，通过引入2个修正系数a、b来分别表示上述两种效应的影响，a可称为上抬效应修正系数，b可称为浅水效应修正系数；并在修正项中用浮轮静态浸入深度X0代替浮轮动态浸入深度，用浮轮下缘液体流速近似代替实际流速；得到浮轮1的动态浸入深度X与静态浸入深度X0存在如下关系：
X = X0 - aY2X0 + bY2X0/Z ....... ⑦
其中a为上抬效应修正系数（单位m^2/s^2），b为浅水效应修正系数（单位m^3/s^2）；
根据⑤、⑥、⑦可得到表面流速的计算公式：
V = Y- YX0/Z + aY3X0/Z - bY3X0/Z2 + c ....... ①
该表面流速测定装置在使用前需要进行率定，率定的方法包括如下步骤：
1）将标准流速仪与本装置同时置于同一通道的液体内，并保持液体静止，调节配重块5使浮轮1的浸入深度等于额定的静态浸入深度X0的值；
所述浮轮1的静态浸入深度X0为一个出厂检验时确定的额定工作指标，其合理的取值范围为浮轮半径的2%~40%；较小的X0有利于减小浮轮1对液流的阻挡和干扰，提高测量的精度，但不利于在浮轮1随液位升降时克服升降运动机构的阻力；在确保浮轮1升降运动机构动作可靠的前提下，应尽量减小浮轮静态浸入深度X0。
2）改变实际表面流速V为额定表面流速的5%~10%，为忽略浅水效应，保证10倍以上的液体深度Z与浮轮1的浸入深度X的比值，并记录本次测量浮轮下缘流速Y1的值、实际流速V1的值、液体深度Z1的值，其中额定流速为标准流速仪在保证精度条件下能测量的最大值；
3）保持液体深度Z1不变，改变实际表面流速为额定流速的80%~95%，并记录本次测量浮轮下缘流速Y2的值、实际表面流速V2的值；
4）保持实际表面流速V2不变，为模拟浅水效应，调节液体深度使液体深度Z与浸入深度X的比值为2~4倍，并记录本次测量浮轮下缘流速Y3、实际表面流速V3的值、液体深度Z2的值；
5）通过所述的关系式V = Y- YX0/Z + aY3X0/Z - bY3X0/Z2 + c得到如下三个方程式，并通过该方程组确定a、b、c的值；
V1 = Y1 - Y1X0/Z1 + aY1 3X0/Z1 - bY1 3X0/Z1 2 + c；②
V2 = Y2 - Y2X0/Z1 + aY2 3X0/Z1 - bY2 3X0/Z1 2 + c；③
V3= Y3 - Y3X0/Z2 + aY3 3X0/Z2 - bY3 3X0/Z2 2 + c；④
6）在实际测量过程中，通过将a、b、c的值代入①中得到的关系式计算得到液体表面的实际表面流速V。
上述测量过程至少测量3次以确定a、b、c的值，也可进行多次测量，进一步减小误差，进一步的，上述测量过程可通过标准水槽实验装置（可改变流速、流量的循环水槽）或利用有闸门的渠道进行，原理同为改变流速进而达到率定目的。
在图1中，在固定物4位置安装液位测量角位移传感器测出连杆3与垂线的夹角进而得到液位，其关系为：
Z = H - L*cos(φ) - R + X -----------------------⑧
式中：Z:液位，H:固定物4的高程，L:连杆3的长度，R:浮轮1的半径 X:动态浸入深度，φ:连杆3与垂线的夹角。
如果采用图2、图3的结构，在固定物4上安装液位测量角位移传感器测出固定物4的角位移，可以得到液位：
Z = R定*φ + X ---------------------------⑨
式中R定:定滑轮半径，φ:定滑轮角位移（单位为弧度），X:动态浸入深度。
同前所述，液体流动时的动态浸入深度与流速、液位相关，在进行数据处理时，可先用静态浸入深度X0代替动态浸入深度X根据⑧或⑨式初步计算出液位Z初步值，再将该初步值代入③式计算出浸入深度X，再将X代入⑧或⑨式计算出准确的液位，再根据①计算流速，从而得到比较准确的结果。
与传统的浮子液位计相比，测量液位的方式并不要求液面处于不流动状态，省去了高昂的测井及连通管修建费用，并且避免了由于测井和渠道中液体流速的不同而产生的测井与渠道之间的液位差异。
角度测量误差对液位测量的影响，液位测量传感器可以采用绝对式光电编码器或绝对磁编码器或倾角传感器，当浮轮1的浸入深度保持不变时，液位测量误差EZ取决于编码器的角度测量误差Eφ，采用图1时其关系如下：
EZ = L * sin(φ) * Eφ，
当φ等于90度时误差最大，为EZmax = L * Eφmax。
目前常用绝对磁编码器角度测量精度可达0.1度，若杆长1m，则液位最大测量误差约1.8mm，能够满足绝大多数使用场合的要求。
目前常用的旋桨式流速仪主要由旋桨、身架和尾翼三部分组成，旋桨内装有讯号触点和轴承转轴等，能够利用水流动力推动转子旋转，根据转动速度推求流速。
本发明与旋桨式流速仪相比，拥有更低的起转流速，起转流速的大小与浮轮1的直径和厚度有关，增加浮轮1直径或厚度可降低起转流速，本发明的浮轮转轴直径、承受的液体推力与旋桨式流速仪相当，而直径却远大于旋桨式流速仪的直径，因而动力臂更长，动力力矩更大，所以具有更低的起转流速。
优选的，浮轮1圆柱面上可做一些小沟槽，以增加与液面的摩擦，使浮轮1的旋转与液面运动尽快同步，并能进一步降低起转流速。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：包括运动轨迹限制机构、角位移检测装置（2）、始终浮于液体表面且可随液体流动而自转的浮轮（1）、配重块（5），所述角位移检测装置（2）设于所述运动轨迹限制机构上，浮轮（1）在转动过程中轴向平行于液面且垂直于液体流动方向，浮轮（1）的浸入深度为X，且0.02R<X<0.4R，其中浮轮（1）的半径为R，运动轨迹限制机构限制浮轮（1）沿一条固定的轨迹随液位的改变而升降，运动轨迹限制机构的一端与浮轮（1）的转轴相连，另一端与液体表面上方的固定物（4）相连，所述配重块（5）与所述运动轨迹限制机构连接为一体。
2.根据权利要求1所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：所述浮轮（1）的运动轨迹为直线或弧线。
3.根据权利要求1所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：所述运动轨迹限制机构包括连杆（3），所述连杆（3）与所述固定物（4）活动相连，所述配重块（5）与所述固定物（4）、连杆（3）连接为一体。
4.根据权利要求3所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：所述的运动轨迹限制机构还包括连杆稳定装置，所述连杆稳定装置设于液体表面上方的固定物（4）上。
5.根据权利要求4所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：所述的连杆稳定装置由多个定滑轮组（9）组成，连杆（3）穿插过成组定滑轮之间的间隙。
6.根据权利要求1所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：所述的运动轨迹限制机构包括滑轨（6）和连杆（3），连杆（3）的一端安装有多只直线轴承（7），所述直线轴承（7）与滑轨（6）滑动相连，所述连杆（3）通过配重拉线（8）与所述配重块（5）相连，所述滑轨（6）固定于液面上方。
7.根据权利要求1所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：还包括液位检测装置，所述液位检测装置设于所述运动轨迹限制机构上。
8.根据权利要求1所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：所述浮轮（1）为旋成体。
9.根据权利要求1所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：所述固定物（4）为万向节。
10.采用如权利要求1-9任一所述测定装置的测量方法，其特征在于：
液体表面实际流速V的计算公式为：V = Y- YX0/Z + aY3X0/Z - bY3X0/Z2 + c①，其中，V为通过所述的测定装置测量的表面流速，c为仪表参数，Z表示液体深度，X0为浮轮（1）的静态浸入深度，Y表示浮轮（1）下缘流速，a为上抬效应修正系数，b为浅水效应修正系数；
液体表面实际流速V的测量方法包括如下步骤：
1）将标准流速仪与本装置同时置于同一通道的液体内，并保持液体静止，调节配重块（5）使浮轮（1）的浸入深度等于额定的静态浸入深度X0的值；
2）改变实际表面流速V为额定表面流速的5%~10%，为忽略浅水效应，保证10倍以上的液体深度Z与浮轮（1）的浸入深度X的比值，并记录本次测量浮轮下缘流速Y1的值、实际流速V1的值、液体深度Z1的值，其中额定流速为标准流速仪在保证精度条件下能测量的最大值；
3）保持液体深度Z1不变，改变实际表面流速为额定流速的80%~95%，并记录本次测量浮轮下缘流速Y2的值、实际表面流速V2的值；
4）保持实际表面流速V2不变，为模拟浅水效应，调节液体深度使液体深度Z与浸入深度X的比值为2~4倍，并记录本次测量浮轮下缘流速Y3、实际表面流速V3的值、液体深度Z2的值；
5）通过所述的关系式V = Y- YX0/Z + aY3X0/Z - bY3X0/Z2 + c得到如下三个方程式，并通过该方程组确定a、b、c的值；
V1 = Y1 - Y1X0/Z1 + aY1 3X0/Z1 - bY1 3X0/Z1 2 + c；②
V2 = Y2 - Y2X0/Z1 + aY2 3X0/Z1 - bY2 3X0/Z1 2 + c；③
V3= Y3 - Y3X0/Z2 + aY3 3X0/Z2 - bY3 3X0/Z2 2 + c；④
6）在实际测量过程中，通过将a、b、c的值代入①中得到的关系式计算得到液体表面的实际表面流速V。
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