申请/专利权人：水利部南京水利水文自动化研究所

申请日：2019-04-24

公开（公告）日：2021-09-17

公开（公告）号：CN109990842B

主分类号：G01D21/02(20060101)

分类号：G01D21/02(20060101);G01C9/00(20060101);G01C9/02(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.09.17#授权;2019.08.02#实质审查的生效;2019.07.09#公开

摘要：本发明提供了一种水文测流仪器倾角性能检测仪，包括工作台、台面垫板、限位挡板、HV系列横立两用高精度分度盘、连架杆、压块、连接角板、三维海流计夹具，台面垫板设置在工作台上，HV系列横立两用高精度分度盘通过压块及紧固件固定在台面垫板上，限位挡板为两组、分别固定在高精度分度盘两侧，高精度分度盘通过连接角板过渡转接到三维海流计夹具，连接角板包括两个相互垂直的连接面，其一与高精度分度盘连接，另一连接面与三维海流计夹具连接，连架杆固定在三维海流计夹具顶部，用于辅助支撑三维海流计。本发明能够实现海洋及河流类带有倾角监测功能的仪器倾角准确度的检测，特别适合水文、水利工程行业领域倾角监测类仪器的标定场合使用。

主权项：1.水文测流仪器倾角性能检测仪，其特征在于：包括工作台、台面垫板、限位挡板、HV系列横立两用高精度分度盘、连架杆、压块、连接角板、三维海流计夹具，所述台面垫板设置在工作台上，所述HV系列横立两用高精度分度盘通过压块及紧固件固定在台面垫板上，所述限位挡板为两组、分别固定在HV系列横立两用高精度分度盘两侧，限位挡板具有用于对分度盘进行限位的斜面，所述HV系列横立两用高精度分度盘通过连接角板过渡转接到三维海流计夹具，所述连接角板包括两个相互垂直的连接面，其一与HV系列横立两用高精度分度盘连接，另一连接面与三维海流计夹具连接，所述连架杆固定在三维海流计夹具顶部，用于辅助支撑三维海流计。

全文数据：水文测流仪器倾角性能检测仪技术领域本发明属于水文仪器检测技术领域，涉及一种水文测流仪器倾角性能检测仪。背景技术水文测流仪器的倾角监测性能对流速计算精度以及流量的测验准确性有很大影响：关系到水资源计量的准确，关系到人们的生产生活。在一些大江大河的河口地区，由于潮汐的影响，水文情况复杂；一些北方河流，由于河道宽浅，主流摆动，倾角也多变。为了保证流量测验的精度，均要求测流仪器具有良好的倾角性能即保证仪器较好的迎合水流方向，因此需要对水文测流仪器进行倾角准确度的检测。对基于倾角法研制的海流计，当有水流冲击时，海流计主体绕悬吊轴旋转，产生一定的倾斜角度，在稳定流场中，倾斜角度与流速的关系和海流计的几何学、运动学、动力学特性相关。这些特征包括:①重量和重心，②排水量和浮力中心，③仪器本体和导流尾翼的位置。因此根据海流计在水流中所受扭矩的平衡得到流速和倾角间的关系如下:倾角和流速之间的关系大体上呈S形曲线，如图8所示。其中实线表示在淡水中的倾角和流速关系，虚线表示海水中的倾角和流速关系，通过修正得到，低流速时，海流计几乎与流向垂直，流速正比于倾角的平方，图中表现为在原点处急剧上升；当倾斜角接近90°时，海流计的响应变得迟钝，在图中表现为90°附近急剧上升：中间10°～70°区域，流速与角度粗略成正比，在此区域内，通过倾斜角估计流速的误差最小。目前海洋行业普遍使用的三维声学海流计、声学多普勒剖面流速仪ADCP，具有倾角监测功能的仪器均可用于采集水流流向的功能。目前缺少专门的倾角检测仪对此类仪器进行角度检测与标定。如何实现标定校核水文测流计倾角性能及其精确度一直是我国水文行业中一大难题。水利部南京水利水文自动化研究所原设计有一款双平台测杆，双平台间平行度严格控制，且能完成同步俯仰联动，上平台用于安装标准倾角仪，采用重力加速计作为传感器，测量倾角。下面用于安装声学海流计ADCP，当声学海流计ADCP在水里测流向倾角时，上平台倾角仪传感器输出倾角值用于比测，来间接检测海流计的倾角精度。但造价高、联动机构复杂，在水下检测时装拆困难，不易观测，且缺少直接可溯源的数据，为此水文测流仪器的倾角检测仍是一大难题，有些地方甚至被迫不再进行倾角测量，严重影响到流量资料的质量。发明内容为解决上述问题，本发明公开了水文测流仪器倾角性能检测仪，可检定出被测仪器内置倾角装置的准确性，确保其获得流速流量的精确度。本发明采用主副分度盘分级刻度，其分度盘最小分辨精度为10"，通过高精度铣床分度盘传动精度保证，具有可溯源性。为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：水文测流仪器倾角性能检测仪，包括工作台、台面垫板、限位挡板、HV系列横立两用高精度分度盘、连架杆、压块、连接角板、三维海流计夹具，所述台面垫板设置在工作台上，所述HV系列横立两用高精度分度盘通过压块及紧固件固定在台面垫板上，所述限位挡板为两组、分别固定在高精度分度盘两侧，所述高精度分度盘通过连接角板过渡转接到三维海流计夹具，所述连接角板包括两个相互垂直的连接面，其一与高精度分度盘连接，另一连接面与三维海流计夹具连接，所述连架杆固定在三维海流计夹具顶部，用于辅助支撑三维海流计。进一步的，所述压块上部深入沟槽内贴紧分度盘后，下面与分度盘间留有间隙。进一步的，所述HV系列横立两用高精度分度盘工作台设置有1°～360°刻线，采用主副分度盘分级刻度,包括刻度值为1′的刻度环和最小分辨值为10"的游标环，且具有刹紧和分度蜗杆脱落机构。进一步的，所述高精度分度盘与连接角板的连接面上设置有六道沟槽，所述连接角板与高精度分度盘的连接面上设置有与沟槽相对应的固定孔。进一步的，所述连接角板的两连接面垂直度及上表面的平面度均达0.03mm。进一步的，还包括设置在工作台上的台灯。与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：1.本发明能够实现海洋及河流类带有倾角监测功能的仪器倾角准确度的检测，特别适合水文、水利工程行业领域倾角监测类仪器的标定场合使用；可应用于各类型带有倾角监测功能仪器的倾角性能及精度检测，应用范围广泛。2.本发明检测仪引入HV系列横立两用高精度分度盘，确保了测量准确性，分度盘通过连接角板直接安装或通过夹具转接到各类水文测流仪器，通用性好，安装简单，个别异型仪器只需针对需求增设安装夹具即可；因此本发明设备可通过更换分度盘升级，且维护方便。附图说明图1为本发明提供的水文测流仪器倾角性能检测仪的总装结构正面示意图。图2为图1的侧面示意图，为了显示清楚已去除台灯。图3为HV系列横立两用高精度分度盘沟槽面结构图。图4为连接角板结构正面示意图。图5为连接角板顶视上表面夹具孔位分布示意图。图6为三维水文测流仪器夹具结构正视示意图。图7为三维水文测流仪器夹具结构俯视示意图。图8为海流计倾角和流速关系示意图。具体实施方式以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。由图1、图2所示，本发明提供的水文测流仪器倾角性能检测仪包括工作台1，台面垫板2，限位挡板3，HV系列横立两用高精度分度盘4，连架杆5，连架杆处M10六角头螺栓6,夹具耳板处M8六角头螺栓7及其配套的平垫圈8,台灯9,限位挡板处M8六角头螺栓10及其配套的标准型弹性垫圈11、联接台面垫板用M12内六角平圆头螺钉12及其配套的特大垫圈13、六角螺母14，压块15,联接压块用M12内六角圆柱头螺钉16及其配套的标准型弹性垫圈17,连接角板18,三维海流计夹具19,三维海流计20,联接海流计夹具用M10六角头螺栓21及其配套的标准型弹性垫圈22、平垫圈23,分度盘与角板联接用M12的T形槽用螺栓24及其配套的弹性垫圈25、平垫圈26、六角螺母27，固定分度盘用M16六角头细牙螺栓28及其配套的弹性垫圈29、平垫圈30。其中，HV系列横立两用高精度分度盘4通过压块15及紧固件16、17、28、29、30固定在台面垫板2上，压块15共2件上部设沉头孔呈L型，上部深入沟槽内贴紧分度盘后，下面与分度盘间留有1毫米间隙，确保接触挤压面积最大。工作台1为木质结构，上表面平整。限位挡板3共2组，为倒置的V形，形成用于对分度盘进行限位的斜面分左、右固定在高精度分度盘4两侧，其固定孔位采用不对称方式布置，各自反置安装后可扩大本发明水文测流仪器倾角性能检测仪测量的倾斜幅度。HV系列横立两用高精度分度盘4，其工作台有1°～360°刻线，采用主副分度盘分级刻度，有刻度值为1′的刻度环和最小分辨值为10"的游标环。回转工作台具有刹紧和分度蜗杆脱落机构。台灯9起到仪器检测时补光作用。如图2、图1、图6所示，HV系列横立两用高精度分度盘4固定在台面垫板2上，台面垫板2再通过紧固件固定在工作台1上，分度盘4通过连接角板18过渡转接到三维海流计夹具19及三维海流计20，其间涉及到的关键零件连接角板18要求其两工作面垂直度及上表面的平面度均达0.03mm,确保本发明检测仪分度盘安装完毕后，将分度盘转动到0位时，用圆水泡或框式水平仪检查连接角板上平面的水平度，确保在30′以内。如图3、图1、图2、图4所示，连接角板18通过图3中六道长沟槽用M12的T形槽用螺栓24及其配套的弹性垫圈25、平垫圈26、六角螺母27进行联接，图示沟槽状态为本发明检测仪初始0位状态。使用前先把HV系列横立两用高精度分度盘置于标准平板上，沟槽位置由图3状态旋转60°使一对沟槽处于水平状态，把百分表置于标准平板上，检测两沟槽水平度，依次旋转60°，对三组沟槽的水平面均进行检测，结果显示其水平度均为0.02mm，表明沟槽的相对位置和此高精度分度盘的蜗杆涡轮传动精度均合格。如图4所示，连接角板中6个连接过孔为直径13mm，比M12的T形槽用螺栓公称直径大1㎜，确保连接角板18上平面调水平时留有微调余地，连接角板18采用整体精密焊接，零件表面镀硬铬，增设两侧筋板起支撑加固作用。如图5所示，连接角板上设有3组孔位分度圆分别为Ф136.78、Ф180、Ф191分别用于连接不同仪器的接口使用，通用性强。由图5可知，连接角板通过4个圆孔与夹具连接，三维海流计夹具19上部采用开口结构，并设计两组耳板用于夹紧被测仪器，其中部两头直径比中间直径小1㎜，确保被测仪器可靠装进夹具体。本发明倾角性能检测仪安装前先修正桌面，然后将桌面垫板安装在工作桌上，采用框式水平仪检测，确保桌面垫板上平面的水平度后，在此基础上再安装分度盘，分度盘安装完毕后，将分度盘转动到0刻度，再用圆水泡或框式水平仪检测连接角板上平面的水平度，确保在30′以内，说明倾角性能检测仪已经完成水平安装。安装完成后，可进行检测任务，检测仪器时，将三维海流计20框架部件水平置于本发明倾角检测仪的专用的三维海流计夹具19上，确保海流计20轴线处于铅垂状态后锁紧两组耳板，才能进入仪器的检测工作。使被测仪器处于正常工作状态，通过分度盘4的旋转把手转动分度盘的活动转盘，使分度盘4的指针置与工作台刻线0位、刻度环0置于游标环刻线0位，待被测仪器显示值稳定后读取流向值，记入检定记录表。然后通过分度盘4的旋转把手顺时针转动到刻度环1位置于游标环刻线0位，进行1°点的检定。刻度环每转动1°为一个检定点，依次进行检定；也可以按照被测仪器的相关要求确定每次的检测点的度数。使用本发明倾角检测仪检测水文测流仪器倾角时，要求分度盘的活动转盘顺时针正转、逆时针反转各检定±45°。检定工作由两人进行，一人操作读数，一人监督、记录。判读精度要求小于等于10"。1同一检定点正、反转读数差应符合被测仪器倾角精度标定要求，可判为合格。2各检定点的倾角示值误差计算公式Δγi＝γi-γ0i1式中：Δγi——i检定点的倾角示值误差，°；γi——i检定点本检测仪倾角读数值，°；γ0i——i检定点的被测仪器实际倾角读数值，°。本发明水文测流仪器倾角性能检测仪应保持外观清洁，特别对刻度线及指针必须保持干净。操作使用最好确定固定人员进行检测。倾角仪的倾角范围：-45°～+45°，检测时，按分度盘说明书的要求调整分度盘，使得手摇分度盘到1、2、3、4整数位，转盘正好对准在角度线上，方便读数；光线较差时可打开台灯，增强光源；需要时，两侧限位挡板可以同时换位安装，可略微扩大检测的倾角范围。本发明海流仪器倾角性能检测仪具备标定校核水文测流仪器倾角测量精度，可完成水文测流仪器倾角性能的检测任务。本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

权利要求：1.水文测流仪器倾角性能检测仪，其特征在于：包括工作台、台面垫板、限位挡板、HV系列横立两用高精度分度盘、连架杆、压块、连接角板、三维海流计夹具，所述台面垫板设置在工作台上，所述HV系列横立两用高精度分度盘通过压块及紧固件固定在台面垫板上，所述限位挡板为两组、分别固定在高精度分度盘两侧，所述高精度分度盘通过连接角板过渡转接到三维海流计夹具，所述连接角板包括两个相互垂直的连接面，其一与高精度分度盘连接，另一连接面与三维海流计夹具连接，所述连架杆固定在三维海流计夹具顶部，用于辅助支撑三维海流计。2.根据权利要求1所述的水文测流仪器倾角性能检测仪，其特征在于：所述压块上部深入沟槽内贴紧分度盘后，下面与分度盘间留有间隙。3.根据权利要求1所述的水文测流仪器倾角性能检测仪，其特征在于：所述HV系列横立两用高精度分度盘工作台设置有1°～360°刻线，采用主副分度盘分级刻度,包括刻度值为1′的刻度环和最小分辨值为10"的游标环，且具有刹紧和分度蜗杆脱落机构。4.根据权利要求1所述的水文测流仪器倾角性能检测仪，其特征在于：所述高精度分度盘与连接角板的连接面上设置有六道沟槽，所述连接角板与高精度分度盘的连接面上设置有与沟槽相对应的固定孔。5.根据权利要求1所述的水文测流仪器倾角性能检测仪，其特征在于：所述连接角板的两连接面垂直度及上表面的平面度均达0.03mm。6.根据权利要求1所述的水文测流仪器倾角性能检测仪，其特征在于：还包括设置在工作台上的台灯。

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