CN206546248U - 基于piv的综合流体测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于PIV的综合流体测量仪，包括有流体测量实验架、离心泵、水箱、综合流体测量仪主机、激光器和高速相机，流体测量实验架上有粗玻璃流管、细玻璃流管和突扩玻璃管三根测量管，各测量管上都设置有电磁控制阀门和电磁流量计，突扩玻璃管两侧上设置有压差计接口，主管上设置有两个调节阀，主管上端留有外接口；综合流体测量仪主机上具有五位数码显示、调节阀控制旋钮、离心泵控制旋钮、显示按键、各控制阀按键、功能开关和信号通信接口。综合流体测量仪能完成流体阻力、离心泵性能、流体流速特性等多种实验项目，同时能对流量信息进行测量和信号通信，适用于流体力学、自动控制等课程的测量与教学实验。

Description

基于PIV的综合流体测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种基于PIV的综合流体测量仪，属于电子技术、激光技术的应用和实验应用的领域。

背景技术

流体实验是流体力学、自动化测试技术、自动控制等课程的必要实验，传统的流体实验装置都往往是体积庞大，结构独立，功能单一，忽视了各实验间的共性及其内在联系，传统陈旧的实验设备远远不能适应现代科技发展对实验的需要，不能适应高校对创新人才培养的要求。为解决和完善实验教学实际需要，所以研制新型的综合性流体实验的测量装置很有必要。

PIV粒子图像测速技术是一种新型的流场测量技术，可用于显示与测量气体或液体的流场分布。PIV技术综合了激光技术、数字信号处理技术、图像处理技术等多种新技术，是研究涡流、湍流等复杂流动结构的有力工具，并且可获得传统测试技术无法观察到的一些流场的瞬态结构。同时离心泵也是最常见的流体输送设备，离心泵的特性曲线是确定离心泵适宜操作条件和选用泵的重要依据，离心泵的特性曲线目前还不能用解析方法进行准确计算，只能通过实验来测定。

本实用新型提出了一种基于PIV的综合的流体性能测量和控制的实验装置，研制出符合多专业自身需求的实验教学设备，可完成离心泵性能、PIV流速测量、流量测量及控制等相关实验项目，并可完成流体流动图像的捕获和分析，能很好地满足当前本科实验教学工作，还可作为课程设计毕业设计的实践平台。

本实用新型能让学生对所学理论知识进行综合运用，这种综合性的实验装置的开发，对于激发学生的创新欲望，培养创新能力有较大帮助，同时涉及知识面宽，无论是本科教学还是毕业设计，都能起到巩固和加深学生对知识的理解，能拓展学生的知识综合运用能力，满足教学与科研的需要。

实用新型内容

针对现有的测量和实验仪器的不足，现有的流体测量实验装置都太大，功能单一，本实用新型设计的基于PIV的综合流体测量仪更为小型，占地面积小，造价低。

本实用新型的综合流体测量仪，采用了透光的玻璃材料作为流体测量管，集成了多种流体阻力实验、离心泵特性和PIV流速的测量实验，可进行离心泵特性曲线测定、细管、粗管的阻力损失及流量控制和流速测量等的流体输送与流体流动特性分析等多项实验。结合激光器和高速相机，通过对流体粒子图像的获取和分析，可更清晰和准确的得到流体流动的特性参数，还可进行设计组合实验项目，增加了实验的多样性。

本实用新型的综合流体测量仪包括有流体测量实验架、离心泵、水箱、综合流体测量仪主机、激光器和高速相机，流体测量实验架上有粗玻璃流管、细玻璃流管和突扩玻璃管三根测量管，各测量管上都设置有电磁控制阀门和电磁流量计，突扩玻璃管两侧上设置有压差计接口，主管上设置有两个调节阀，主管上端留有外接口；综合流体测量仪主机上具有五位数码显示、调节阀控制旋钮、离心泵控制旋钮、显示按键、各控制阀按键、功能开关和信号通信接口。

本实用新型的综合流体测量仪主机的调节阀控制旋钮有两个，分别控制两个调节阀，即调节阀1和调节阀2，用于控制测量管流体流量和外接的流体流量。而测量仪主机上的控制阀按键有三个，分别控制三根测量管的流体通断。

本实用新型的激光器采用He-Ne激光器，输出功率大于5mW，波长632.8nm。高速相机采用数码化的高速相机，可拍摄动态或静态图像，在分辨率1024*1024的情况下，最快速度达840fps。

本实用新型中采用小型卧式离心泵MS60/0.55，流量3.6m³/h，功率0.55Kw。

附图说明

图1是本实用新型的结构图，其中的1是流体实验架，2是离心泵，3是水箱，4是激光器，5是高速相机，6是细玻璃流管，7是粗玻璃流管，8是突扩玻璃管，9是电磁控制阀1，10是电磁控制阀2，11是电磁控制阀3，12是调节阀1，13是调节阀2，14是压差计接口，15是外接管口，16、17、18是电磁流量计，19是信号线，20是激光器调节座，21是高速相机底座，22是高速相机信号线，23是计算机。

图2是综合流体测量仪主机外观图，其中的24是五位数码显示，25是调节阀1控制旋钮，26是调节阀2控制旋钮，27是离心泵控制旋钮、28是显示按键，29是控制阀按键，30是信号通信端，31是功能旋钮。

具体实施方式

结合附图，下面具体说明基于PIV的综合流体测量仪的工作和使用情况。

本实用新型的综合流体测量仪在使用中，水箱中的流体经水泵可流经流体实验架上的各流管，并且通断受各流管上的电磁控制阀和调节阀的控制，最后流体再重新流回水箱，进行新的循环；流体实验架上的信号线连接到综合流体测量仪主机，完成信号的传输和控制。而计算机通过高速相机信号线与高速相机相连接，完成图像的获取，激光器放于流体实验架侧面，以侧光入射。

本实用新型的综合流体测量仪在设计中考虑实验设备的经济性和小型化，离心泵选用小功率的卧式单级离心泵，各测量管配有电磁流量计和电磁控制阀，再结合电磁调节阀和离心泵控制，可分别完成多种方式的不同流态的流体测量。水箱采用不锈钢制成，所用介质为清水，循环使用。

本实用新型的突扩玻璃管两侧上设置有压差计接口，可用于外接精准液压计，测量两侧压强差，进一步计算流体阻力。

在本实用新型的使用中，实验过程可通过对各种电磁阀和调节阀的控制，同时可在流体中加入各种微米级的反光粒子，结合激光器的侧射，对加入粒子的流体进行照射，用高速相机从正面捕获运动的粒子图像，还可采用单根流管和多根流管结合的方式，可进行多种实验项目的转换和选择。

本实验装置综合了离心泵的定速变速、流量测量和控制、PIV流速测量等多个实验项目，能让学生对所学理论知识进行综合运用，同时本实用新型预留了主管的外接管口，可通过外接流体，增加完成双泵或者双液面流体实验。

本综合流体测量仪的电磁调节阀选用西门子MXG461系列的电磁调节阀，它是通过在线圈两端加调制电压，该电压向线圈内的金属芯施加一种克服弹簧张力的定位力，金属芯的位置是由电压大小决定的，这可以在不引起任何磨损的情况下，使控制迅速、准确。由于电磁传动产生的定位力相对较小，所以电磁控制阀阀芯采用压力补偿结构，所需要的能源非常小。

本实用新型能完成流体阻力、离心泵性能、流速特性等多种实验项目，同时能对流量信息进行测量和信号通信，通过对不同流速下各种阻力损失及相关系数变化规律的分析，加深学生对阻力系数及流体力学理论的理解。适用于流体力学、自动控制等课程的测量与教学实验。

Claims (3)

1.一种基于PIV的综合流体测量仪，其特征是：包括有流体测量实验架、离心泵、水箱、综合流体测量仪主机、激光器和高速相机，流体测量实验架上有粗玻璃流管、细玻璃流管和突扩玻璃管三根测量管，各测量管上都设置有电磁控制阀门和电磁流量计，突扩玻璃管两侧上设置有压差计接口，主管上设置有两个调节阀，主管上端留有外接口；综合流体测量仪主机上具有五位数码显示、调节阀控制旋钮、离心泵控制旋钮、显示按键、各控制阀按键、功能开关和信号通信接口；在使用中，水箱中的流体经水泵流经流体实验架上的各流管，并且通断受各流管上的电磁控制阀和调节阀的控制，最后流体再重新流回水箱，进行新的循环；流体实验架上的信号线连接到综合流体测量仪主机，完成信号的传输和控制；而计算机通过高速相机信号线与高速相机相连接，完成图像的获取；激光器放于流体实验架侧面，以侧光入射。

2.根据权利要求1所述的基于PIV的综合流体测量仪，其特征是：其综合流体测量仪主机的调节阀控制旋钮有两个，分别控制两个调节阀；其控制阀按键有三个，分别控制三根测量管的通断。

3.根据权利要求1所述的基于PIV的综合流体测量仪，其特征是：其离心泵采用小型卧式离心泵MS60/0.55；其激光器采用He-Ne激光器，输出功率大于5mW，波长632.8nm。