УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВОДНОГО ПОТОКА

Полезная модель относится к гидрометрии и может быть использовано при гидрологических работах, связанных с измерением скорости водного потока в открытых водотоках.
Известен измеритель параметров течения [1] в котором рабочий орган под действием набегающего потока отклоняется в вертикальной плоскости в направлении потока. Угол отклонения от вертикали рабочего органа измеряется электронным устройством прибора. По измеренному углу отклонения и характеристике прибора, определяющей зависимость отклонения прибора от скорости набегающего потока, определяется скорость течения.
Недостатком этого устройства является узкий диапазон измерения.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является измеритель скорости водного потока, содержащий соединенные линией связи погружаемый герметичный первичный преобразователь скорости потока в электрический сигнал, выполненный в виде индукционной катушки с системой из четырех периферийных диаметрально противоположно расположенных электродов, подключенных к входу предварительного усилителя, и береговой измерительный блок, в состав которого входят источник питания и блок обработки и регистрацию. Источник питания выполнен в виде источника переменного тока, а первичный преобразователь скорости потока в электрический сигнал выполнен со штангой, на рабочем конце которой закреплен цилиндрический сердечник, на боковой поверхности и торцах которого размещены соответственно индукционная катушка с системой из четырех периферийных диаметрально противоположно расположенных электродов и верхняя и нижняя фокусирующие катушки, подключенные к выходу источника питания встречно относительно индукционной катушки.
Недостатком устройства-прототипа являются ограниченные функциональные возможности.
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве измерения скорости водного потока, содержащий погружаемый в воду первичный преобразователь скорости в электрический сигнал и измерительное устройство, первичный преобразователь скорости в электрический сигнал выполнен в виде вертушки, состоящей из корпуса и ходового механизма, при чем корпус вертушки выполнен в виде полого металлического цилиндра, на котором размещен ходовой механизм с параболически изогнутым лопастным винтом, расположенным на конце корпуса и закрепленным с помощью стопорного винта на оси ходового механизма, который состоит из двух радиально-упорных подшипников, зажимаемых специальной гайкой между наружной и внутренней распорными втулками, а также муфты зажимной, закрепляющей лопастной винт на ходовом механизме, входящем в полость лопастного винта, при этом в задней части лопастного винта, запрессован постоянный магнит, который при прохождении над магнитоуправляемым контактом, расположенным в торце корпуса, замыкает магнитоуправляемый контакт, один вывод которого соединен электрически с корпусом, а другой через контакт-прижим и токопровод с клеммой сигнальной, к которой подключено положительным полюсом электрическое питание постоянным током, а на клемму корпусную подается постоянное напряжение отрицательного полюса, при этом измерительное устройство выполнено в виде преобразователя, содержащего входной формирователь импульсов, вход которого подключен к клемме сигнальной, а выход соединен с входом узла микроконтроллера, выходы которого соединены с клавиатурой, с индикатором и с источником питания.
На фиг. 1 представлена конструкция вертушки устройства измерения скорости водного потока, содержащая корпус 1, ось ходового механизма 2, стопорный винт 3, зажимные винты 4, винт для крепления штанги стабилизатора 5, стабилизатор 6, радиально-упорные подшипники 7, наружная 8 и внутренняя 9 распорные втулки, специальная втулка 10, лопастной винт 11, муфта зажимная 12, контакт-прижим 13, постоянный магнит 14, магнито-управляемый контакт 15, футляр-изолятор 16, отверстие для выталкивания футляр-изолятора 17, токопровод 18, клемма сигнальная (плюсовая) 19, клемма корпусная (минусовая) 20. На фиг. 2 представлена схема преобразователя, содержащего входной формирователь импульсов 21, вход которого подключены к клемме сигнальной (плюсовой) 19, а выход соединен с входом узла микроконтроллера 22, выходы которого соединены с клавиатурой 23, с индикатором 24 и с источником питания 25.
Принцип работы предлагаемого способа и устройства основан на преобразовании набегающего водного потока во вращение лопастного винта с частотой оборотов, пропорциональной скорости потока. В результате вращения лопастного винта 11 с помощью герметизированного магнитоуправляемого контакта (геркона) 15 и постоянного магнита 14, на клеммах 19, 20 вырабатывается сигнал в виде электрических импульсов с частотой следования, равной частоте оборотов лопастного винта (один импульс за один оборот винта).
При измерении скорости водного потока устройство устанавливается на средство погружения его в воду. В гидрометрической практике для этой цели используется либо штанга, либо гидрометрический груз. При работе со штангой устройство жестко закрепляется двумя зажимными винтами 4 на расстоянии, задаваемом от нижнего опорного конца при определении средней скорости потока по вертикали.
При гидрометрических работах в потоках глубиной меньше 3 м устройство удобно крепить на штанге, при больших глубинах устройство со стабилизатором направления целесообразно подвешивать на тросе с обтекаемым гидрометрическим грузом при помощи карабинов.
Работа преобразователя основана на формировании из выходных сигналов вертушки электрических импульсов, счет их количества, вычисления значения частоты вращения лопастного винта и скорости вращения по индивидуальной функции преобразования (ИФП) вертушки, усредненных за время измерения.
При проведении измерений скорости водного потока и установления вертушки на средство погружения подключают сигнальный и корпусной провода к клеммам 19, 20 вертушки. Помещают преобразователь в у удобном месте на средстве переправы (в лодке, катере, на мостике, в люльке) и погружают вертушку в воду. По миганию светодиода определяют поступление сигнала от вертушки, означающего, что лопастной винт вертушки вращается. Далее начинают измерения, контролируя процесс измерения по индикатору 24. Измерение начинается с приходом первого импульса от вертушки. Сигнал от вертушки передается во входной формирователь импульсов 21 преобразователя, в котором преобразуют его в электрические импульсы, производят селекцию входных импульсов по амплитуде и длительности, далее передают полученные импульсы на узел микроконтроллера 22, в котором производят подсчет импульсов, подавление дребезга фронтов импульсов и формирование времени водного потока, при этом параметры, необходимые для измерений, вводят с помощью клавиатуры 23. После этого начинается отсчет времени на верхнем индикаторе 24, и преобразователь начинает подсчет поступающих импульсов.
Заканчивается измерение при совпадении двух условий:
- продолжительность времени измерения должна быть не менее 60 секунд;
- пришло необходимое количество сигналов от вертушки (измерение заканчивается по приходу очередного импульса).
Преобразователь автоматически увеличивает время измерения (максимальное - 300 сек) до тех пор, пока не выполнится условие:
- количество оборотов, сделанное лопастным винтом вертушки за время измерения, должно быть не менее 15 для однооборотных вертушек или не менее 3 для двадцатиоборотных вертушек.
Остановка времени измерения на индикаторе 24 означает окончание процесса измерения.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1307343, G01P 5/07, опубл. 1987
2. Патент №2133038 RU, G01P 5/08, опубл. 10.07.1999 г.