[发明专利]一种利用气泡测量渠道流速的方法及便携气泡流速仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用气泡测量渠道流速的方法及便携气泡流速仪，属于河道或渠道流速的测量以及流量计量及数据远传技术领域。 

背景技术

目前，现有的渠道流速手动测量方法多采用如下两种：①手持旋浆流速仪，②手持声波测杆流速仪，其方法都是通过在测桥上的人手持旋浆流速仪，逐点按不同深度进行手工测量。上述这两种方式都不能离开逐点测量垂线流速，一般为1-3点，无法实现连续的检测垂线流速，精度较低，并且对测量人员素质要求较高，不利用推广应用。 

发明内容

本发明目的是提供一种利用气泡测量渠道流速的方法及便携气泡流速仪，实现检测连续垂线流速，高精度计算流量，便于管理部门管理，解决背景技术中存在的上述问题。 

本发明的技术方案是： 

一种利用气泡测量渠道流速的方法，带有气体通道的测杆插至渠道底部，测杆底部设有排气孔，利用测杆底部排气孔直径大小控制气泡直径，通过气泡上升速度公式得出气泡上升速度；在气泡上升的过程中，受流速的作用产生位移，利用测杆本身作为渠水水深测量工具，得到渠水水深，再利用渠水水深确定气泡位移距离；然后利用渠水水深和气泡上升速度得到气泡上升时间，利用气泡上升时间和气泡位移距离得出渠水流速。气泡上升时间是气泡从渠道底部上升到水面的时间。

所述的气泡上升速度V_P公式如下； 

 

式中: σ为水的表面张力, 纯水在20℃时σ= 72175dynes/cm。

g为重力加速度, 气泡为直径dp，取决于测杆底部排气孔直径大小，利用测杆底部排气孔直径大小控制气泡直径，ρ1为水的密度。 

本发明更具体的实施方式： 

采用便携气泡流速仪进行测量，所述便携气泡流速仪包含智能仪表、测杆、测头、滑动浮子、绳索、位移浮子、气源和阀门，智能仪表匹配在测杆的顶部，测头匹配在测杆的底部，滑动浮子套在测杆上，位移浮子通过绳索、滑动浮子与智能仪表相连，气源通过阀门与智能仪表及测杆相连，测杆中心设有气体通道，测杆底部设有排气孔；测量步骤如下：

①在渠道上方将测杆直插水底；

②气源产生的气体通过智能仪表后，进入测杆气体通道，自测杆底部冒出；

③气体自测杆底部冒出后形成气泡，气泡上浮，并在水流的作用下顺流移动，最终在水面形成一串气泡；

④测杆上的滑动浮子漂浮在水面，绳索经过滑动浮子后，绳索前端的位移浮子也牵引着绳索顺流向下游方向移动，智能仪表计量绳索放出的长度；

⑤当位移浮子到达水面气泡出水位置时，关闭阀门，气体停止进入测杆气体通道，渠水经测杆底部进入测杆内的气体通道，由于测杆内的气体通道已有空气，渠水经测杆底部进入测杆后，在测杆内气体通道的已有空气作用下产生与水深相对应的压强，压强信号传递到智能仪表，测出渠水水深；

⑥由于测杆长度已知，绳索放出的长度已知，渠水水深已知，位移浮子的位移距离L为：L=绳索的长度-（测杆长度-渠水水深）。

⑦气泡上升速度如下公式，可得气泡上升时间t； 

  

式中: σ为水的表面张力, 纯水在20℃时σ= 72175dynes/cm。

g为重力加速度, 气泡为直径dp，取决于测杆底部排气孔直径大小，利用测杆底部排气孔直径大小控制气泡直径，ρ1为水的密度； 

    由于渠水水深已知，得出气泡上升速度，就能得出气泡上升时间t；

⑧气泡上升时间t就是在流速作用下位移浮子产生位移距离L的时间，则渠水流速V为：                v=L/t

式中：渠水流速v，位移浮子的位移距离L，气泡上升时间t。

本发明中，本气泡上升公式或其它气泡上升的相关公式是公知的内容。 

本发明利用测杆底部排气孔直径大小控制气泡直径使其满足上升速度公式，在气泡上升的过程中，受流速的作用产生位移，又利用测杆本身作为水深测量工具，再利用水深确定位移距离，然后利用水深测得气泡上升时间，利用上升时间与位移距离计算出流速，环环相扣，缺一不可，构思精巧，设计严谨。其结果是设计出一款结构简单，操作简便，测量精度高，结果自动生成的、简单实用的渠道流速测量设备。