一種手持中空流速儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種手持中空流速儀，包括八個壓力傳感器、八根壓力傳感器傳感器引線、MCU微控單元、八個A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示器、外套管、中空管、電源、鍵盤矩陣和殼體；中空管內(nèi)壁中部向內(nèi)收縮、形成束窄段，四個壓力傳感器均勻?qū)ΨQ分布在中空管進(jìn)口內(nèi)壁上，另外四個壓力傳感器均勻?qū)ΨQ分布在中空管束窄段內(nèi)壁上；八個壓力傳感器分別通過八根壓力傳感器傳感器引線分別與八個A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，MCU微控單元分別與八個A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示器、電源和鍵盤矩陣通過導(dǎo)線連接。本實(shí)用新型是一種性能穩(wěn)定、很少檢修、攜帶方便能夠適應(yīng)復(fù)雜工況的流速儀，同時造價低廉，能夠滿足不同層次精度要求的手持中空流速儀。
【專利說明】一種手持中空流速儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于數(shù)據(jù)采集設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種手持中空流速儀，尤其涉及一種測量河流、湖泊和渠道等水體的水流速度的手持中空流速儀。
【背景技術(shù)】
[0002]流體速度的測量對于研究流體的運(yùn)動規(guī)律和流體內(nèi)部顆粒之間的相互作用機(jī)理具有十分重要的意義。流速儀是測量河流、湖泊和渠道等水體的水流速度的儀器。目前主要有機(jī)械、電測和超聲三種類型。分為旋槳式流速儀、電磁式流速儀、超聲波流速測算儀。
[0003]1、旋槳式流速儀
[0004]主要由旋槳、身架和尾翼三部分組成。旋槳內(nèi)裝有訊號觸點(diǎn)和軸承轉(zhuǎn)軸等，中國“25-1型”旋槳流速儀的轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)中有曲折的迷宮結(jié)構(gòu)，內(nèi)部充滿輕機(jī)油，有較好的防水防沙性能，能在高流速和多沙河流中使用。旋槳式流速儀、旋杯式流速儀和旋葉式流速儀均屬轉(zhuǎn)子式流速儀，工作原理基本相同，是利用水流動力推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，根據(jù)轉(zhuǎn)動速度推求流速。
[0005]旋槳式流速儀是目前科研生產(chǎn)常用的類型，測量數(shù)據(jù)精確，性能較為穩(wěn)定，但是實(shí)際測量過程中，因?yàn)樽x數(shù)和測量分離，往往需要更多的人工，另外不方便攜帶。由于是旋槳結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子裸露在外，受高速泥沙、石子沖擊，及使用不規(guī)范等因素，易于受損，要經(jīng)常檢修，維護(hù)成本高，使用不方便。
[0006]2、電磁式流速儀
[0007]原理是把水流作為導(dǎo)體，在一定的磁場中切割磁力線，即產(chǎn)生電動勢，其電壓與流速成正比。儀器沒有轉(zhuǎn)子，外形光滑，體積小，功耗低，體腔中有勵磁線圈，在表面與磁力線垂直的方向上鑲有一對電極與水體相通。當(dāng)水流在其表面流動時，電極上產(chǎn)生微量電壓信號，用導(dǎo)線傳送到計(jì)數(shù)器上，經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換等電路處理，即可直接顯示流速。
[0008]此種流速儀測試方便，沒有轉(zhuǎn)子，有效地解決了轉(zhuǎn)子易于損壞的問題，但是對測試流體導(dǎo)電性要求較高，適用范圍有很大的局限性。
[0009]3、超聲波測速儀
[0010]把換能器布設(shè)在河岸兩邊某水深處，呈斜線方向，A點(diǎn)發(fā)出一個聲脈沖到達(dá)B點(diǎn)所經(jīng)歷的時段為，反之由B點(diǎn)發(fā)A點(diǎn)收的歷時為，由于流速的存在，逆水方向聲速減低，順?biāo)畡t增高，時間差與流速有線性函數(shù)關(guān)系。用微秒級的測時電路，經(jīng)過處理計(jì)算，即可直接顯示AB線段上的平均流速。
[0011]此種流速儀適用于測試某一線段上的平均流速，不適合測量點(diǎn)的流速，在水力學(xué)研究中較少應(yīng)用，尤其是在復(fù)雜的測量環(huán)境下，難以布設(shè)換能器，實(shí)現(xiàn)測流速的功能。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0012]為了解決上述的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種性能穩(wěn)定、很少檢修、攜帶方便能夠適應(yīng)復(fù)雜工況的流速儀，同時造價低廉，能夠滿足不同層次精度要求的手持中空流速儀。
[0013]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種手持中空流速儀，其特征在于:包括八個壓力傳感器、八根壓力傳感器傳感器引線、MCU微控單元、八個A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示器、外套管、中空管、電源、鍵盤矩陣和殼體；所述的MCU微控單元、A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置在所述的殼體內(nèi)部，所述的顯示器、鍵盤矩陣設(shè)置在所述的殼體上表面；所述的外套管一端穿過所述的殼體下底面與所述的殼體固定連接、另一端穿過所述的中空管中部與所述的中空管固定連接，用于收納所述的八根壓力傳感器傳感器引線；所述的中空管內(nèi)壁中部向內(nèi)收縮、形成束窄段，四個壓力傳感器均勻?qū)ΨQ分布在所述的中空管進(jìn)口內(nèi)壁上，另外四個壓力傳感器均勻?qū)ΨQ分布在所述的中空管束窄段內(nèi)壁上；所述的八個壓力傳感器分別通過所述的八根壓力傳感器傳感器引線分別與所述的八個A/D轉(zhuǎn)換模塊連接，所述的MCU微控單元分別與所述的八個A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示器、電源和鍵盤矩陣通過導(dǎo)線連接，用于與所述的八個壓力傳感器、八個A/D轉(zhuǎn)換模塊、顯示器和鍵盤矩陣進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0014]作為優(yōu)選，所述的手持中空流速儀還包括接地觸頭、八根傳感器屏蔽罩引線，所述的接地觸頭與所述的MCU微控單元通過導(dǎo)線連接、八根傳感器屏蔽罩引線設(shè)置在所述的外套管內(nèi)，所述的接地觸頭一端通過所述的八根傳感器屏蔽罩引線分別與所述的八個壓力傳感器的屏蔽罩連接、另一端與外界地面連接。
[0015]作為優(yōu)選，所述的中空管為外壁有中空腔的中空管，用于收納所述的八根壓力傳感器傳感器弓I線和八根傳感器屏蔽罩引線。
[0016]作為優(yōu)選，所述的中空管束窄段的端頭和端尾均為圓角型。
[0017]作為優(yōu)選，所述的MCU微控單元集成有MEMS傾角傳感器。
[0018]作為優(yōu)選，所述的中空管的進(jìn)口端為圓角型。
[0019]本實(shí)用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:
[0020]1、基于粘性不可壓縮恒定總流能量方程將水流流速指標(biāo)轉(zhuǎn)化為易于測量的水流壓力及儀器傾角信息，利用MCU微控芯片結(jié)合MEMS壓力傳感器、傾角傳感器實(shí)現(xiàn)了相關(guān)信號的自動采集、處理、計(jì)算及流速顯示功能；
[0021]2、中空式流速儀將管內(nèi)水體做為一個整體，相比老式旋槳流速儀對水流的干擾小，高精度傳感器的引入促使流速結(jié)果更為精準(zhǔn)，而中空式的設(shè)計(jì)避免了不必要的機(jī)械故障及機(jī)械磨損，適用面更廣，維護(hù)成本更低；
[0022]3、中空管將各部件封裝在一起，內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的傳輸可靠穩(wěn)定，該設(shè)計(jì)使得儀器具有體積小、重量輕、攜帶方便及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)；
[0023]4、本儀器結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本低廉，便于推廣應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1:本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0025]圖2:本實(shí)用新型實(shí)施例的A-A結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0026]圖3:本實(shí)用新型實(shí)施例的B-B結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0027]圖4:本實(shí)用新型實(shí)施例水平放置時運(yùn)行原理圖。
[0028]圖5:本實(shí)用新型實(shí)施例傾斜放置時運(yùn)行原理圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0029]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0030]請見圖1、圖2和圖3，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種手持中空流速儀，包括八個壓力傳感器1、2、3、4、5、6、7、8、八根壓力傳感器傳感器引線9、MCU微控單元10、八個A/D轉(zhuǎn)換模塊11、接地觸頭12、顯示器13、外套管14、中空管15、八根傳感器屏蔽罩引線16、電源17、鍵盤矩陣18和殼體19 ；MCU微控單元10集成有MEMS傾角傳感器;MCU微控單元10、A/D轉(zhuǎn)換模塊11設(shè)置在殼體19內(nèi)部，顯示器13、鍵盤矩陣18設(shè)置在殼體19上表面；外套管14 一端穿過殼體19下底面與殼體19固定連接、另一端穿過中空管15中部與中空管15固定連接，用于收納八根壓力傳感器傳感器引線9和八根傳感器屏蔽罩引線16 ;中空管15為外壁有中空腔的中空管，用于收納八根壓力傳感器傳感器引線9和八根傳感器屏蔽罩引線16 ;中空管15的進(jìn)口端為圓角型；中空管15內(nèi)壁中部向內(nèi)收縮、形成束窄段，束窄段的端頭和端尾均為圓角型，四個壓力傳感器1、2、3、4均勻?qū)ΨQ分布在中空管15進(jìn)口內(nèi)壁上，另外四個壓力傳感器5、6、7、8均勻?qū)ΨQ分布在中空管15束窄段內(nèi)壁上；八個壓力傳感器1、2、3、4、5、6、7、8分別通過八根壓力傳感器傳感器引線9分別與八個A/D轉(zhuǎn)換模塊11連接，接地觸頭12與MCU微控單元10通過導(dǎo)線連接、八根傳感器屏蔽罩引線16設(shè)置在外套管14內(nèi)，接地觸頭12—端通過八根傳感器屏蔽罩引線16分別與八個壓力傳感器1、2、3、
4、5、6、7、8的屏蔽罩連接、另一端與外界地面連接，MCU微控單元10分別與八個A/D轉(zhuǎn)換模塊11、顯示器13、電源17和鍵盤矩陣18通過導(dǎo)線連接，用于與八個壓力傳感器1、2、3、4、5、
6、7、8、八個A/D轉(zhuǎn)換模塊11、接地觸頭12、顯示器13和鍵盤矩陣18進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0031]下面以測量水流為例，對本實(shí)用新型的中空流速儀的運(yùn)行原理進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。
[0032]本實(shí)用新型依據(jù)恒通量水流的點(diǎn)壓強(qiáng)隨其所在過水?dāng)嗝婷娣e的變化呈現(xiàn)規(guī)律變化，將水流的流速指標(biāo)轉(zhuǎn)化為易于采集的壓強(qiáng)信號，結(jié)合傾角傳感器獲得的傾角信息，即可得出水流的速度。測試時將本實(shí)用新型沿水流流向放于待測點(diǎn)。由于本實(shí)用新型將其內(nèi)外水流隔離，可忽略本實(shí)用新型周邊可能存在的紊流對本實(shí)用新型管內(nèi)水流的干擾；由于進(jìn)口圓角段對水流的牽引重定向，本實(shí)用新型管內(nèi)水流的流線可看作平行于管壁；由于本實(shí)用新型的中空管15的尺寸較小，管內(nèi)水體流速可很好代表待測點(diǎn)的水體流速?？梢哉J(rèn)為中空管15內(nèi)的流體運(yùn)動是恒定流，假設(shè)該流體是不可壓縮均質(zhì)流體。
[0033]請見圖4，為本實(shí)用新型水平放置時運(yùn)行原理圖，以中空管15斷面的中心平面0-0為基準(zhǔn)面，選取A-A斷面及B-B斷面為研究對象，兩斷面間的流體可視為均勻流或漸變流，以斷面中心的點(diǎn)流速代替斷面流速，寫出粘性不可壓縮恒定流體能量方程(默認(rèn)采用相對壓強(qiáng)，下同):
【權(quán)利要求】
1.一種手持中空流速儀，其特征在于:包括八個壓力傳感器(1、2、3、4、5、6、7、8)、八根壓力傳感器傳感器引線(9)、MCU微控單元(10)、八個A/D轉(zhuǎn)換模塊(11)、顯示器(13)、外套管(14)、中空管(15)、電源(17)、鍵盤矩陣(18)和殼體(19);所述的MCU微控單元(10)、A/D轉(zhuǎn)換模塊(11)設(shè)置在所述的殼體(19)內(nèi)部，所述的顯示器(13)、鍵盤矩陣(18)設(shè)置在所述的殼體(19)上表面；所述的外套管(14) 一端穿過所述的殼體(19)下底面與所述的殼體(19)固定連接、另一端穿過所述的中空管(15)中部與所述的中空管(15)固定連接，用于收納所述的八根壓力傳感器傳感器引線(9);所述的中空管(15)內(nèi)壁中部向內(nèi)收縮、形成束窄段，四個壓力傳感器(1、2、3、4)均勻?qū)ΨQ分布在所述的中空管(15)進(jìn)口內(nèi)壁上，另外四個壓力傳感器(5、6、7、8)均勻?qū)ΨQ分布在所述的中空管(15)束窄段內(nèi)壁上；所述的八個壓力傳感器(1、2、3、4、5、6、7、8)分別通過所述的八根壓力傳感器傳感器引線(9)分別與所述的八個A/D轉(zhuǎn)換模塊(11)連接，所述的MCU微控單元(10)分別與所述的八個A/D轉(zhuǎn)換模塊(11)、顯示器(13)、電源(17)和鍵盤矩陣(18)通過導(dǎo)線連接，用于與所述的八個壓力傳感器(1、2、3、4、5、6、7、8)、八個A/D轉(zhuǎn)換模塊(11 )、顯示器(13)和鍵盤矩陣(18)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持中空流速儀，其特征在于:所述的手持中空流速儀還包括接地觸頭(12)、八根傳感器屏蔽罩引線(16)，所述的接地觸頭(12)與所述的MCU微控單元(10)通過導(dǎo)線連接、八根傳感器屏蔽罩引線(16)設(shè)置在所述的外套管(14)內(nèi)，所述的接地觸頭(12) —端通過所述的八根傳感器屏蔽罩引線(16)分別與所述的八個壓力傳感器(1、2、3、4、5、6、7、8)的屏蔽罩連接、另一端與外界地面連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的手持中空流速儀，其特征在于:所述的中空管(15)為外壁有中空腔的中空管，用于收納所述的八根壓力傳感器傳感器引線(9)和八根傳感器屏蔽罩引線(16)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的手持中空流速儀，其特征在于:所述的中空管(15)束窄段的端頭和端尾均為圓角型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持中空流速儀，其特征在于:所述的MCU微控單元(10)集成有MEMS傾角傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的手持中空流速儀，其特征在于:所述的中空管(15)的進(jìn)口端為圓角型。
【文檔編號】G01P5/00GK203772890SQ201420166792
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】周劍, 程毅, 張衍, 熊毅 申請人:武漢大學(xué)