一种水箱出流的流量测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及实验量测领域，特别涉及一种基于作用水头的孔口和管嘴类水箱 出流的流量测量装置。
【背景技术】
[0002] 水力学及流体力学是工科院校许多专业的一门主要专业基础课。现代水力学是建 立在实验、理论、计算三大支柱上的，因此，实验是教学环节中不可或缺的内容。其中，孔口 与管嘴出流是该教学领域重要的学习内容之一。在容器垂直壁上开孔，流体经过孔口流出 的流动现象叫孔口出流，其出流条件可以是定水头下的出流或者变水头下出流，可以是流 入空气中，也可以是流入同一介质的流体中。在孔口的周界上安装一个长度约为孔口直径 3~4倍的短管，这样的短管称圆柱形外管嘴。管嘴按其形状可分为：流线型管嘴，柱形外 管嘴，圆锥形管嘴。流体流经该短管，并在出口断面形成满管流，这种流动现象称为管嘴出 流。
[0003] 作为工程上常见的水力设施一一孔口管嘴，与孔口管嘴相关的重要流体力学教学 实验就有孔口管嘴实验和动量定律实验。这2种实验教学仪器国内以发明专利号的活塞式 动量定律实验仪和带移动触头的孔口管嘴实验仪为代表已被国内几百所院校采用，在实际 实验教学中都需要测量多组不同水头下的孔口管嘴出流流量，以验证相关的流体力学基本 定律。传统测定孔口管嘴流量时需要在稳定水头下，用重量法（即通过秒表计时，在孔口管 嘴出流的下游水槽出流口用水筒接取一筒水，并用电子秤称重换算得到水体积，再除以计 时时间即能得到出流流量）或体积法（直接用大的量筒接取出流水，并用秒表计时）去测 量孔口管嘴的出流流量，费时费力，实验环境也容易搞湿搞脏，学生对这类传统的流量测量 方法学习1~2次以后即可达到实验教学目的，不需要对每个流体力学实验都重复这类手 工传统的测量方法，容易浪费宝贵的实验操作时间。同时，传统流量测量方法也无法实时测 量孔口管嘴的出流流量。
[0004] 随着现代量测技术的发展，其他各行业领域的实验仪器在现代量测技术的创新和 应用上已远远领先于流体力学类实验教学仪器。而对于孔口管嘴实验和动量定律实验这类 实验仪器想要实现全面的数字化量测甚至将来实现面向MOOC的网络远程实验，第一步要 解决的就是如何实现孔口管嘴出流流量的数字化实时量测。
[0005] 市面上和公开技术资料显示有很多种有关管道、明渠液体流量测量的现代量测装 置及发明专利，但针对桌面型实验仪器低压水头下的孔口管嘴出流流量还没有什么较好的 高精度数字化实时测量装置。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型提供了一种水箱出流的流量测量装置，可以方便的数字化精确量测流 体力学基本实验中的动量实验仪和孔口与管嘴实验仪中孔口与管嘴的射流流量，并具有很 好的教学效果。
[0007] -种水箱出流的流量测量装置，包括：
[0008] 侧壁带出流口的实验水箱；
[0009] 设置在所述实验水箱内的液气转换测压筒，所述液气转换测压筒的底部与所述实 验水箱的内部空间连通，所述液气转换测压筒的侧壁设有出气排水口，该出气排水口的上 沿与所述出流口的中轴水平面齐平；
[0010] 与所述液气转换测压筒连接，用于检测所述液气转换测压筒内压缩空气与外界空 气压差的流体压差传感器；
[0011] 与所述流体压差传感器连接，用于将流体压差传感器检测到的压差转化成出流口 流量的微电脑。
[0012] 本实用新型中，实验时，实验水箱通过水泵充水，液位会有较大波动的摆动上升， 此时液气转换测压筒（简称测压筒）通过底部的足够流量的进水口（可设1个或多个）会 同步进水，底部进水口方式可让实验水箱波动水有稳流作用，能使测压筒内部水位上升很 平稳。随着液气转换测压筒内部水位与实验水箱中水位同步上升，液气转换测压筒内空气 会向上通过出气排水口排出到外面的保护直管中，再通过保护直管向上排出。随着外部实 验水箱中水位升高并高于测压筒，对应测压筒内水位平稳上升等高触碰到上部侧壁的出气 排水口上沿时，测压筒上部会封闭一段空气柱无法排出，此时测压筒内部水位不再升高。
[0013] 在这类桌面型小水箱中，由于水头不高（小于100cm水柱），测压筒中空气压缩带 来的水头高度误差非常有限（〈〇. 12%，可以忽略），所以测压筒内封闭的压缩空气压力即 为实验水箱中水体相对于孔口与管嘴中轴水平面的作用水头。
[0014] 但这里，出气排水口外面为何要加一根隔离保护管呢？虽然实验水箱与测压筒内 水位上升基本同步但仍然有几毫米差距，且因为实验水箱中水位上升时还有浪涌摆动，若 无隔离保护管，测压筒侧壁的出气排水口还未等筒内空气排空到小孔上沿，就会被实验水 箱中上升液面先一步封住，由于小孔的表面张力叠加影响，测压筒内空气柱就很难排出到 位，这样液气转换测得的作用水头误差就会很大，可达10%以上。有了这根密封的隔离保护 管，由于底部进水口孔很小，保护管中液面上升远远落后于测压筒内液面上升速度，因此相 当于将出气排水口与实验水箱水体隔离开形成了一条畅通的排气通道，保证了在测压筒内 液面上升到出气排水口上沿前，筒内空气都能畅通的通过这一隔离气道排出。而当测压筒 内液面到达出出气排水口上沿，封住测压筒上部空气柱后，测压筒内水又可通过出气排水 口流出与外界实验水箱水体相通。
[0015] 整个实验装置要测流量还要经过标定：待实验水箱溢流稳定水位后，通过流体压 差传感器和微电脑，可测得基于管嘴与孔口的作用水头压力，再用重量法，测得孔口与管嘴 的出流流量，就可形成一组标定数据。
[0016] 根据孔口与管嘴的物理规律和出流流量公式：
【主权项】
1. 一种水箱出流的流量测量装置，其特征在于，包括： 侧壁带出流口的实验水箱； 设置在所述实验水箱内的液气转换测压筒，所述液气转换测压筒的底部与所述实验水 箱的内部空间连通，所述液气转换测压筒的侧壁设有出气排水口，该出气排水口的上沿与 所述出流口的中轴水平面齐平； 与所述液气转换测压筒连接，用于检测所述液气转换测压筒内压缩空气与外界空气压 差的流体压差传感器； 与所述流体压差传感器连接，用于将流体压差传感器检测到的压差转化成出流口流量 的微电脑。
2. 根据权利要求1所述的水箱出流的流量测量装置，其特征在于，所述的液气转换测 压筒的外壁上固定有保护所述出气排水口的隔离保护直管，所述隔离保护直管的底部带有 底面，该底面上带有进出水通孔，所述隔离保护直管的顶部为空。
3. 根据权利要求2所述的水箱出流的流量测量装置，其特征在于，所述的隔离保护直 管的顶部位于所述出气排水口的上沿与所述实验水箱的顶面之间，且高于所述出气排水口 的上沿。
4. 根据权利要求1所述的水箱出流的流量测量装置，其特征在于，所述的出流口为孔 口或管嘴。
5. 根据权利要求1所述的水箱出流的流量测量装置，其特征在于，所述的液气转换测 压筒的底部设有与所述实验水箱的内部空间相通的连通口。
6. 根据权利要求1所述的水箱出流的流量测量装置，其特征在于，所述的实验水箱中 设有将实验水箱隔成进水工作区和溢流区的溢流隔板。
7. 根据权利要求6所述的水箱出流的流量测量装置，其特征在于，所述的实验水箱中 进水工作区的底部设有进水口，所述的实验水箱中溢流区设有出水口。
8. 根据权利要求6所述的水箱出流的流量测量装置，其特征在于，所述的溢流隔板上 设有溢流孔，该溢流孔内塞有塞子。
9. 根据权利要求1所述的水箱出流的流量测量装置，其特征在于，所述的流体压差传 感器中的一测量口通大气，所述的流体压差传感器中的另一测量口通过导管与所述液气转 换测压筒密封连接。
10. 根据权利要求9所述的水箱出流的流量测量装置，其特征在于，所述的导管插入所 述液气转换测压筒的一端位于所述出气排水口的上沿与所述液气转换测压筒的顶面之间， 且高于所述出气排水口的上沿。
【专利摘要】本实用新型公开了一种水箱出流的流量测量装置，包括：侧壁带出流口的实验水箱；设置在所述实验水箱内的液气转换测压筒，所述液气转换测压筒的底部与所述实验水箱的内部空间连通，所述液气转换测压筒的侧壁设有出气排水口，该出气排水口的上沿与所述出流口的中轴水平面齐平；与所述液气转换测压筒连接，用于检测所述液气转换测压筒内压缩空气与外界空气压差的流体压差传感器；与所述流体压差传感器连接，用于将流体压差传感器检测到的压差转化成出流口流量的微电脑。本实用新型可以方便的数字化精确量测流体力学基本实验中的动量实验仪和孔口与管嘴实验仪中孔口与管嘴的射流流量，并具有很好的教学效果。
【IPC分类】G09B23-12, G01F1-34
【公开号】CN204514391
【申请号】CN201520192560
【发明人】毛欣炜, 毛根海
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年3月31日