一种机械式风速测量仪

本实用新型涉及风速计技术领域。

背景技术：

风速测量在部分气象科研实验采样，风力发电的预测与调速，以及在部分实践中需要获取风速信息以对下一步措施作出指示的应用场景中至关重要。关于风速测量仪的准确度，便捷性和使用寿命等相关领域的研究自然不可或缺。

现有技术中，风速仪由监控仪表，风速传感器和连接线缆组成，风速传感器将所测量到的风速从转速信息转换为电信号传输给监控仪表，以供研究人员等查看。但存在安装操作复杂，有时供电不方便等问题，从而降低了风速测量仪的实用性，而且，通过旋转速度来测量风速的装置避免不了高速旋转的使用时间久了后因润滑和其他因素产生的额外阻力，从而影响检测精度。

据检索，目前已有相关的风速测量仪，如中国专利申请号为:2017100867208名称为“一种建筑用的风速仪”的中国发明专利，该装置包括工作平台，测量装置，lcd显示屏，指示灯和光纤。该装置可以检测出风速，并通过lcd显示屏显示风速信息，且有提示周围用户的功能。但该装置分为两大部分，携带不方便。而且测风原理是电磁的，需要保持供电，若供电不足则停止工作，采用电子设备较多，导致系统结构稳定性较差，影响使用寿命。

鉴于上述风速仪的情况，研发一种高稳定性的，且便携式的纯机械式的风速仪是有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种风速测量机构，它能以一种纯机械的方式，在不需要任何供电方式的情况下，有效地将实时风速大小信息直接传递给观测者。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种机械式风速测量仪，包括支座、风杯和手柄，风杯通过连接件与中心环构成一个三风杯构件；中心环的内径与丝杠螺母的外径配合并通过螺钉与固定，且中心环底部与扭簧上端固定；丝杠螺母与滚珠丝杠螺纹配合，其下部直径与深沟球轴承内圈过盈配合；支臂座左端设有三级阶梯圆孔，第一级与深沟球轴承外圈过盈配合，第二级上表面与深沟球轴承下表面接触，第三级与滚珠丝杠延长部分间隙配合；扭簧下端与支臂座的阶梯圆孔外壁固定；滚珠丝杠下部设有刻度，刻度的另一侧设有滑轨；支臂座左端下方设有与滑轨配合的滑槽，另一侧设有l形指针，针尖对准刻度，支臂座右端下方设有方形盲孔，方形盲孔的两侧壁设有螺纹孔；手柄上顶部呈方块状，该方块设有贯穿孔，手柄通过贯穿孔与支臂座右端的方形盲孔通过螺栓固定。

所述的滑槽的上端和l形指针上端均与支臂座底部固定。

所述的支臂座的盲孔与手柄的方块采用间隙配合。

所述的滚珠丝杠顶端设有端帽。

所述的滑槽与滚珠丝杠上的滑轨构成移动副。

本发明的工作过程和工作原理：

使用过程中，观测者可手持该发明并举过头顶，当没有风的时候，由于扭簧的扭力的存在，装置处于初始状态，指针对着滚珠丝杠下的刻度线的零位；当有风吹过时，风杯会感受到风力，并逆时针转动，与之螺钉固定的丝杠螺母也会随之转动，由于丝杠螺母与扭簧固定连接，不会发生垂直方向上的位移，且滚珠丝杠因为滑槽与丝杠上滑轨的配合，不会发生旋转运动，滚珠丝杠以及其下方延长部分雕刻的刻度部分则向下平移。由于指针位置不变，刻度却发生位移，读数则改变。当达到当前风速时，风杯受风力和扭簧的扭力力矩平衡，停止旋转，刻度线也停止发生改变，观测者可直接通过指针对着的刻度读取当前风速。当风速降低时，扭簧顺时针的内扭力矩高于风杯感受到的逆时针的风力矩，风杯与丝杠螺母回转，刻度位置垂直回升，直至扭簧扭力与风杯风力力矩平衡。当风速过大时，端帽抵达丝杠螺母表面，风速仪达到最大测量值，停止工作。其中风杯原理与垂直轴风机类似，不受水平风向影响。且所述的扭簧参数选取是在标准风速仪校准后选取模拟计算好的，以确保刻度显示的风速准确。

与现有技术比较，本发明的有益效果是：

1.本发明采用纯机械式结构，与现有的电子风速仪不同，不需要任何供电设备，采用扭簧和滚珠丝杠-丝杠螺母的巧妙结合来实现风速测量。设备则不会被供电问题和电磁原件老化而影响，也不会因为部分使用不当导致触电、火灾和传感器的损坏；

2.本发明与现有的风速仪原理不同，改变了传统风速仪通过检测风杯带动轴高速旋转切割磁感线产生电流或者通过电流加热金属丝的温度来推算出风速的方法，改为通过检测与风速紧密联系的风力，使之与扭簧力矩平衡来得到风俗信息，从而避开了高速旋转过程的一些不稳定因素；

3.本发明携带和使用方便，体型小巧，手柄和风杯皆可拆卸；符合人体工程学设计准则，手握手柄将风杯举过头时，眼睛正好几乎平视指针与刻度线。

附图说明

图1是本发明的整体外观示意图；

图2是支座与丝杠螺母特征图；

图3是本发明的主视图；

图4是本发明的手柄与支座连接图。

具体实施方式

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种机械式风速测量仪，包括支撑机构和测量机构。支撑机构包括支臂座5和手柄9；测量机构包括风杯1，连接件16，中心环2，滚珠丝杠3，丝杠螺母4和扭簧6。所述的风杯1有三个，分别与三个连接件16固定再与一个中心环2组成一个三风杯构件。所述的中心环2周围有三个互呈120度的螺纹孔，通过三颗螺钉7与丝杠螺母4连接，且中心环2底部与扭簧6固定连接。所述的丝杠螺母4周围有三个螺钉孔，其中心与滚珠丝杠3螺纹配合，其下方圆周面与深沟球轴承11内圈过盈配合。所述的扭簧6底部与支臂座5的阶梯圆孔外壁固定。所述的滚珠丝杠3下方延长部分刻有刻度，刻度的一侧有滑轨15，滚珠丝杠3上方有一端帽14。以图3为主视图，所述的支臂座5左边有一三级阶梯圆孔，第一级与深沟球轴承11外圈过盈配合，第二级上表面与深沟球轴承11下表面接触，第三级与滚珠丝杠3延长部分间隙配合。支臂座5左边下方固定有一滑槽12和l形指针13，滑槽12与滚珠丝杠3上的滑轨15形成移动副。支臂座5右边下方有一方形盲孔，盲孔的两侧壁设有螺纹孔。所述的手柄9上顶部呈方块状，方块的从前到后贯穿一孔，手柄9通过此孔与支臂座5方形盲孔的螺纹孔以螺栓8螺母17连接。

所述的滑槽的上端和l形指针上端均与支臂座底部固定。

所述的支臂座的盲孔与手柄的方块采用间隙配合。

所述的滚珠丝杠顶端设有端帽。

所述的滑槽与滚珠丝杠上的滑轨构成移动副。

所述的滚珠丝杠3与刻度是一个构件，刻度刻在滚珠丝杠3的延长轴上。

本发明的工作过程和工作原理：

使用过程中，观测者可手持该发明并举过头顶，当没有风的时候，由于扭簧6的扭力的存在，装置处于初始状态，指针对着滚珠丝杠3下的刻度线的零位；当有风吹过时，风杯会感受到风力，并逆时针转动，与之螺钉7固定的丝杠螺母也会随之转动，由于丝杠螺母4与扭簧6固定连接，不会发生垂直方向上的位移，且滚珠丝杠3因为滑槽12与丝杠上滑轨15的配合，不会发生旋转运动，滚珠丝杠3以及其下方延长部分雕刻的刻度部分则向下平移。由于l形指针13位置不变，刻度却发生位移，读数则改变。当达到当前风速时，风杯1受风力和扭簧6的扭力力矩平衡，停止旋转，刻度线也停止发生改变，观测者可直接通过指针13对着的刻度读取当前风速。当风速降低时，扭簧6顺时针的内扭力矩高于风杯感受到的逆时针的风力矩，风杯1与丝杠螺母4回转，刻度位置垂直回升，直至扭簧6扭力与风杯1风力力矩平衡。当风速过大时，端帽14抵达丝杠螺母表面，风速仪达到最大测量值，停止工作。其中风杯1原理与垂直轴风机类似，不受水平风向影响。且所述的扭簧参数选取是在标准风速仪校准后选取模拟计算好的，以确保刻度显示的风速准确。