水文低水位高流速水尺的制作方法

本实用新型涉及水文测验水尺，特别是一种水文低水位高流速水尺，特别适用于低水位高流速条件下的水深测量。

背景技术：

水文测验是水文工作的一个重要组成部分，是国家一项重要的基础工作，在水利规划、水工程建设管理、防汛抗旱、水资源管理与保护工作中都发挥着重要作用。流速面积法是一种量测流量的方法，由测定流速和过水断面面积两部分工作组成，根据断面流速分布来求算流量，即通常利用流速仪或浮标求出流速，利用水尺测定水深，对整个测流断面积分，从而得出流量。

其中，利用水尺测量水深具有易操作、效率高、适应恶劣条件的能力较强等优点，在流量测验中为完整控制流量过程、准确计算水沙总量、分析水位流量关系及水文资料整编提供了可靠依据。但现有水尺在实际工作中通常存在以下问题：

1、现有水文水尺较宽，表面粗糙，造成雍水导致读数偏高，在高流速或低水位条件下会引起较大误差。水文站现有水尺通常采用标有刻度的木板或木杆，阻水面积相对较大，水流经过水尺时会雍起一定高度。在流速较快的情况下，流速越快误差越大；在水位偏低的情况下，水位越低误差越大。

2、现有水文水尺采用刻度标注，精度较低，观测误差较大。水文站现有水尺通常采用标有刻度的木板或木杆，其标注刻度通常只能精确到毫米，在低水位条件下会引起较大误差，且测量水深通常由施测人员肉眼观测，存在较大的人为误差。

流速面积法是在实际工作中最常用的一种量测流量的方法，利用水尺测定水深也是水文测验中必不可少的一环，但在低水位或高流速的水文条件下，现有水尺会引起较大的误差，严重影响水深的测量精度，本申请就是针对以上这些问题而提出的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了提供一种解决上述问题的水文低水位高流速水尺， 其装置简单，测量精度高，克服了现有水尺由于雍水及肉眼观测造成的测量误差和人为误差大的缺陷，保证测验资料的准确性，使得测流工作更加规范化。

本实用新型的技术方案是：

一种水文低水位高流速水尺，包括金属外壳，其技术要点是：所述金属外壳内部设有水位指示杆、水位探针、驱动水位指示杆和水位探针在垂直方向上反向运动的传动机构，所述金属外壳下端对应水位探针下行位置设有通孔并在通孔处设绝缘套，所述金属外壳下端面对应通孔外侧位置另固定有钩状支撑体，所述金属外壳上部外表面设有垂向布置且将实际刻度放大N倍的放大标尺，所述金属外壳对应放大标尺的位置由上至下设有供水位指示杆上行的垂直通道，所述水位探针的行程是水位指示杆行程的1/N，所述金属外壳内另设有电池，金属外壳外表面设有工作指示灯和超限指示灯，所述水位探针由金属针体、金属外套、夹于两者之间的绝缘层组成，所述金属针体的下端探出金属外套，金属针体与工作指示灯串联后与电池负极相连，所述金属外套与超限指示灯串联后与电池负极相连，所述电池正极与金属外壳相连。

上述的水文低水位高流速水尺，所述钩状支撑体的弯曲部分的高度是放大标尺长度的1/N。

上述的水文低水位高流速水尺，所述传动机构由支撑于金属外壳中的主动齿轮、与主动齿轮同轴且与水位指示杆上的齿条结构啮合的驱动齿轮I、支撑于金属外壳中且与主动齿轮啮合的从动齿轮、与从动齿轮同轴且与水位探针上的齿条结构啮合的驱动齿轮II组成，所述主动齿轮所在轴外端固定有手旋柄，所述主动齿轮、驱动齿轮I和驱动齿轮II的直径相等且为从动齿轮直径的1/N。

上述的水文低水位高流速水尺，所述金属针体的下端探出金属外套1mm，以先接触水面。

上述的水文低水位高流速水尺，所述钩状支撑体的弯曲部分呈C形，且表面光滑，弯曲部分的开口侧与待测水流方向相对，避免雍水。

上述的水文低水位高流速水尺，所述放大标尺的数值由上至下依次增大。

上述的水文低水位高流速水尺， N=5。

本实用新型的有益效果是：

1. 采用水位探针和钩状支撑体配合，极大的缩减了阻水面积，克服了现有水尺阻水面积大、表面粗糙导致雍水引起的误差，提高测量精度。

2. 采用传动机构放大设计，利用齿轮组传导，放大水位探针的变化幅度，减少施测人员肉眼观测引起的人为误差，提高测量精度。

3. 采用指示灯设计，操作简单，显示结果直观。仅工作指示灯亮起，说明水位探针刚好与水面接触；工作指示灯与超限指示灯同时亮起，说明水位超限，需及时调整水位探针高度。施测人员能够及时确定水位探针下降位置，避免因探针入水过深导致的测量误差，提高测量精度。

4. 本实用新型投入使用后，克服了现有水尺在低水位高流速条件下在测量和观测两个环节中造成的较大误差，使得测流工作更加规范化，保证测验资料的准确性，保障水文工作有序进行。

附图说明

图1是本实用新型的内部结构示意图；

图2是图1的右视图；

图3是本实用新型的水位指示杆与金属外壳及驱动齿轮I的配合结构示意图；

图4是本实用新型的水位探针与金属外壳和传动机构的配合结构示意图；

图5是本实用新型的使用状态示意图；

图6是金属外壳上部的俯视图；

图7是水位探针下端的剖面图。

图中：1.金属外壳、2.主动齿轮、3.手旋柄、4.从动齿轮、5.驱动齿轮II、6.水位探针、601.金属针体、602.绝缘层、603.金属外套、7.绝缘套、8.钩状支撑体、9.水位指示杆、10.驱动齿轮I、11.放大标尺、12.垂直通道、13.工作指示灯、14.超限指示灯、15.电池。

具体实施方式

如图1-图7所示,该水文低水位高流速水尺，包括金属外壳1，其中，所述金属外壳1内部设有水位指示杆9、水位探针6、驱动水位指示杆9和水位探针6在垂直方向上反向运动的传动机构。

所述金属外壳1下端对应水位探针6下行位置设有通孔并在通孔处设绝缘套7，所述金属外壳1下端面对应通孔外侧位置另固定有钩状支撑体8。所述金属外壳1上部外表面设有垂向布置且将实际刻度放大N倍的放大标尺11，所述金属外壳1对应放大标尺11的位置由上至下设有供水位指示杆9上行的垂直通道12，所述水位探针6的行程是水位指示杆9行程的1/N，所述钩状支撑体8的弯曲部分的高度是放大标尺11长度的1/N。

所述传动机构由支撑于金属外壳1中的主动齿轮2、与主动齿轮2同轴且与水位指示杆9上的齿条结构啮合的驱动齿轮I10、支撑于金属外壳1中且与主动齿轮2啮合的从动齿轮4、与从动齿轮4同轴且与水位探针6上的齿条结构啮合的驱动齿轮II5组成，所述主动齿轮2所在轴外端固定有手旋柄3，所述主动齿轮2、驱动齿轮I10和驱动齿轮II5的直径相等且为从动齿轮4直径的1/N。

所述金属外壳1内另设有电池15，金属外壳1外表面设有工作指示灯13和超限指示灯14，所述水位探针6由金属针体601、金属外套603、夹于两者之间的绝缘层602组成，所述金属针体601的下端探出金属外套603，金属针体601与工作指示灯13串联后与电池15负极相连，所述金属外套603与超限指示灯14串联后与电池15负极相连，所述电池15正极与金属外壳1相连。

本实施例中， N=5。所述金属针体601的下端探出金属外套603 1mm，以先接触水面。所述钩状支撑体8的弯曲部分呈C形，弯曲部分的开口侧与待测水流方向相对，避免雍水。所述钩状支撑体8的弯曲部分表面为光滑表面，以减少与水体间的摩擦力。金属外壳1为铝合金外壳，金属外壳1内对应水位指示杆9的位置设有垂向滑道，所述垂向滑道与放大标尺11处的垂直通道12连通，垂向滑道对水位指示杆9具有导向和夹持作用，只有在驱动齿轮I10的驱动下水位指示杆9才能沿滑道移动。金属外壳1内对应水位探针6的位置设有垂向滑道，对水位探针6具有导向和夹持作用，只有在驱动齿轮II5的驱动下水位探针6才能沿滑道移动。

本实施例中，放大标尺11的量程为8cm，数值由上至下依次增大，放大标尺11的实际长度为40cm。钩状支撑体8弯曲部分的高度为8cm。测量前，水位探针6下端与钩状支撑体8弯曲部分的顶点平齐，即水位探针6下端至钩状支撑体8弯曲部分的下端点的垂向距离为8 cm，水位指示杆9的顶端与放大标尺11的8cm标记处平齐。

工作原理：

水尺在测量水深时，将钩状支撑体8插入到水中沿水流方向布置，与水流方向平行，此时，旋转手旋柄3带动主动齿轮2旋转，则驱动齿轮I10旋转并驱动水位指示杆9上行，同时，从动齿轮4旋转并带动驱动齿轮II5旋转，驱动齿轮II5驱动水位探针6下行，当水位探针6下伸至水面，连通水位探针6的金属针体601和金属外壳1，则工作指示灯13亮起，提醒工作人员水位探针6下端至水面，停止旋转手旋柄3，此时水位指示杆9上端在放大标尺11的位置显示了水深；若手旋柄3过量旋转，金属外套603与水面接触，连通金属外套603和金属外壳1，超限指示灯亮14起，提醒工作人员水位探针6位移过量，以便于工作人员及时反向旋转手旋柄3，至只有一个工作指示灯13亮起，保证采集数据的准确性。