流速仪校准装置的制作方法

本发明涉及流速仪技术领域，更具体地说，涉及流速仪校准装置。

背景技术：

流速测量在水利行业中是一项重要的工作。从大型水利枢纽工程的测量到防洪抗旱等决策的制定起到重要的作用。目前，流速仪主要分为接触式测量和非接触式测量。接触式的流速仪包括机械式转子流速仪，电磁式流速仪和超声式流速仪等。非接触的流速仪包括电波流速仪和雷达波流速仪等。

因为流速仪的测量结果的准确性关系到水文信息的准确性，因此出厂后的流速仪需要经过检定和校准，确定其参数性能合格后，才能投入使用；另外，由于流速仪常常需要工作在含有泥沙和盐份较高的自然水体中，流速仪的结构可能会被磨损，导致参数性能的变化，因此需要定期重新检定和校准。

根据国家标准《gb/t21699-2008直线明槽中的转子式流速仪检定/校准方法》的规定，“流速仪的检定采用在横断面均匀一致，静水的直线水槽中，以各种稳定的速度牵引流速仪，测定牵引车的速度和流速仪转子转速，从这两组数据中，建立一个或几个方程式并指出其使用范围”。多个水位仪器设备中心都建立了静水槽法的流速仪校准装置。

现有的流速仪校准装置采用电机带动小车移动的方式，流速仪从静止加速到较高速度时需要较长的距离，从而导致了检定水槽的长度一般都在100m以上，整个工程的造价非常的高；并且小车轨道经过长时间的摩擦，导致小车和小车轨道间摩擦系数发生变化，进而使得推进小车的速度会出现偏差，影响流速仪的校准。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出流速仪校准装置，欲实现减小检定水槽的长度以减小成本，以及提高校准精度的目的。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种流速仪校准装置，包括：运动线圈11、圆柱形的定子12、测速传感器13、水槽14、三相交流电源模块15、驱动电路16、控制器17和上位机18；

所述定子12的材料为金属，所述定子12与所述水槽14平行设置；

所述运动线圈11的孔径大于所述定子12的直径，所述运动线圈11套在所述定子12外，所述运动线圈11包括多个线圈111，每个所述线圈111与所述三相交流电源模块15连接；

所述运动线圈11的靠近所述水槽14的部分包括悬挂机构112，所述悬挂机构112用于悬挂待校准流速仪19；

所述驱动电路16分别连接所述控制器17和所述三相交流电源模块15；

所述测速传感器13与所述控制器17连接；

所述上位机18分别与所述待校验流速仪19和所述控制器17通信连接。

可选的，所述三相交流电源模块15包括：供电导轨151、电刷152、第一供电电源153、第二供电电源154和第三供电电源155；

所述供电导轨151包括初始供电段1511、中间供电段1512和制动供电段1513、以及设置在每两个供电段之间的绝缘段1514，所述绝缘段1514使得每两个供电段之间不导电；

所述运动线圈11通过所述电刷152与所述初始供电段1511连接，被所述第一供电电源153供电时，受到指向所述定子12终端方向的力大于阻力做加速运动；

所述运动线圈11通过所述电刷152与所述中间供电段1512连接，被所述第二供电电源154供电时，受到指向所述定子12终端方向的力等于阻力做匀速运动；

所述运动线圈11通过所述电刷152与所述制动供电段1513连接，被所述第三供电电源155供电时，受到指向所述定子12起始端方向的力做减速运动。

可选的，所述第一供电电源153为三相高压脉冲电容器和电子开关，所述第二供电电源154为三相正弦电源，所述第三供电电源155为三相脉冲电容器和电子开关。

可选的，上述流速仪校准装置，还包括：设置在所述水槽14中的搅动装置，用于搅动所述水槽14中的水。

可选的，上述流速仪校准装置，还包括：吹风装置，用于向所述水槽14中的水面吹风。

可选的，所述定子12的材料为铝合金。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的流速仪校准装置，将运动线圈11套在圆柱形的定子12外，在运动线圈11中通有三相交流电时，在运动线圈11和定子12之间会产生的运动磁场使运动线圈11受到与定子12径向平行的力，如果运动线圈11和定子12不同轴时，该径向力会拉动运动线圈11到与定子12同轴的位置，因此，运动线圈11在定子12上悬浮运动，提高了流速仪的校准精度；以及，通过三相交流电源模块15可以为运动线圈11提供较大电流，进而使得运动线圈11产生较大的轴向加速力和制动力，实现较快加速和减速，进而可以减小水槽14的长度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1～3为本发明实施例提供的一种流速仪校准装置的结构示意图；

图4为运动线圈在定子上轴向运动原理示意图；

图5为运动线圈在定子上悬浮原理示意图；

图6为本发明一个实施例提供的三相交流电源模块的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

本发明实施例提供一种流速仪校准装置。参见图1～3，该流速仪校准装置包括：运动线圈11、圆柱形的定子12、测速传感器13、水槽14、三相交流电源模块15、驱动电路16、控制器17和上位机18。其中，

定子12与水槽14平行设置。具体的，可以通过定子支架21固定在水槽14的上方。定子12的材料为金属，在本发明一个优选的实施例中定子12的材料为铝合金，定子12的长度与水槽14长度一致。

运动线圈11的孔径大于定子12的直径，运动线圈11套在定子12外。运动线圈11的孔径尺寸根据定子12的直径尺寸来确定；运动线圈11套在定子12外同轴时，两者之间存在7mm以上的间隙。运动线圈11包括多个线圈111，每个线圈111与三相交流电源模块15连接。运动线圈11包括的多个线圈111分为三部分，每部分线圈与一相电压连接，例如，第一部分线圈111连接a相电压，第二部分线圈111连接b相电压，以及第三部分线圈111连接c相电压。需要说明的是，各部分线圈连接的某一相电压可以是变化的，例如为运动线圈11提供不同方向的轴向力时，各部分线圈连接的相电压是不同的。

运动线圈11的靠近水槽14的部分包括悬挂机构112，悬挂机构112用于悬挂待校准流速仪19。

驱动电路16分别连接控制器17和三相交流电源模块15。测速传感器13与控制器17连接。上位机18分别与待校验流速仪19和控制器17通信连接。

流速仪校验过程。当运动线圈11运动时，通过测速传感器13测量运动线圈11的运动速度，控制器17将测速传感器13测量的运动线圈11的运动速度传输给上位机18；上位机18在运动线圈11运动时，还获取待校验流速仪19的测量值，通过与运动线圈11进行比对，来计算待校验流速仪19的精度，并对待校验流速仪19进行校准。控制器17还用于通过驱动电路16控制三相交流电源模块15对运动线圈11的供电情况。上位机19还用于对待校验流速仪19的校准数据进行显示，完成人机交互的功能。

运动线圈11在定子12上悬浮运动原理。参见图4，当流过线圈11的a、b、c三相电流依次相差120°时，在运动线圈11会在与定子12之间产生一个运动磁场。该运动磁场的频率与电源频率一致。同时运动线圈11中的电流在定子12上产生感应电流。根据洛伦兹力定理，定子12上产生的感应电流和运动线圈11产生的磁通相互作用，产生定子轴向的推力。由于定子12固定不动，运动线圈12在该轴向推力作用下在轴向方向运动。参见图5，半径为r的线圈在通有电流的电流环id作用下径向受力dfr为dfr＝idl×bz。所以运动线圈11也受到径向力作用。如果运动线圈11和定子12在不同轴时，该径向力会拉动运动线圈11到和定子12同轴的位置，所以运动线圈11在轴向运动过程中，会与定子12同轴，由于运动线圈11的孔径大于定子12的直径，因此，在两者同轴时不会产生接触，进而不会产生摩擦，实现了运动线圈11在定子12上悬浮运动。

参见图6，三相交流电源模块15包括供电导轨151、电刷152、第一供电电源153、第二供电电源154和第三供电电源155。供电导轨151包括初始供电段1511、中间供电段1512和制动供电段1513、以及设置在每两个供电段之间的绝缘段1514。绝缘段1514采用绝缘材料，使得每两个供电段之间不导电。运动线圈11与电刷152的一端固定连接，电刷152的另一端于供电导轨151滑动接触。

运动线圈11通过电刷152与初始供电段1511连接，被第一供电电源153供电时，受到指向定子12终端方向的力大于阻力，这时运动线圈11做加速运动。运动线圈11通过电刷152与中间供电段1512连接，被第二供电电源154供电时，受到指向定子12终端方向的力等于阻力，这时运动线圈11做匀速运动；运动线圈11通过电刷152与制动供电段1513连接，被第三供电电源155供电时，受到指向定子12起始端方向的力，这时运动线圈11做减速运动。

运动线圈11产生的运动磁场的方向和运动线圈11中三相电流相序有关，相序为abc与相序为acb，产生的运动磁场的方向相反。第一供电电源153用abc相序来产生一个指向定子12终端方向的力，即加速度力。第二供电电源154用稳定的电流源来产生一个稳定的运动磁场，使得运动线圈受到指向定子12终端方向的力等于阻力，做匀速运动。第三供电电源155用acb相序来产生一个指向定子12起始端方向的力，即减速度力。

第一供电电源153为三相高压脉冲电容器ca、cb、cc和电子开关sa、sb、sc。第二供电电源154为三相正弦电源ac。第三供电电源155为三相脉冲电容器ca、cb、cc和电子开关sa、sb、sc。第一供电电源153采用三相高压脉冲电容器ca、cb、cc，放电非常快且电流大，运动线圈11瞬间加速到给定速度，在1m距离内即可使得运动线圈11达到20m/s的运动速度。第二供电电源154为运动线圈11供电时，使得运动线圈11匀速运动时，开启待校验流速仪，进行流速仪校准，运动线圈11匀速运动一秒左右即可完成待校验流速仪的校准，因此，对于量程范围达到20m/s的流速仪，该阶段对应的距离大于25m即可满足测量需求。第三供电电源155为运动线圈11供电时，对运动线圈11进行制动，该阶段对应的距离为2m左右。为保障安全停止，在最后设置2m左右的安全停止距离。因此，本发明提供方案，对于量程范围达到20m/s的流速仪也仅需要30m左右的水槽14。

第一供电电源153。a相高压脉冲电容器ca和电子开关sa串联后，连接在供电导轨l1和供电导轨ln之间；b相高压脉冲电容器cb和电子开关sb串联后，连接在供电导轨l2和供电导轨ln之间；c相高压脉冲电容器cc和电子开关sc串联后，连接在供电导轨l3和供电导轨ln之间。

第二供电电源154。三相正弦电源ac的a相，连接在供电导轨l1和供电导轨ln之间；三相正弦电源ac的b相，连接在供电导轨l2和供电导轨ln之间；三相正弦电源ac的c相，连接在供电导轨l3和供电导轨ln之间。

第三供电电源155。a相脉冲电容器ca和电子开关sa串联后，连接在供电导轨l1和供电导轨ln之间；b相脉冲电容器cb和电子开关sb串联后，连接在供电导轨l3和供电导轨ln之间；c相脉冲电容器cc和电子开关sc串联后，连接在供电导轨l2和供电导轨ln之间。

为了防止流速仪在平静的睡眠产生镜面反射，影响测量的准确性，可以在水槽14中设置搅动装置，用于搅动所述水槽14中的水；或者，设置吹风装置，用于向水槽14中的水面吹风。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。