[发明专利]一种利用气泡测量渠道流速的方法及便携气泡流速仪

权利要求书

1.一种利用气泡测量渠道流速的方法，其特征在于：带有气体通道的测杆插至渠道底部，测杆底部设有排气孔，利用测杆底部排气孔直径大小控制气泡直径，通过气泡上升速度公式得出气泡上升速度；在气泡上升的过程中，受流速的作用产生位移，利用测杆本身作为渠水水深测量工具，得到渠水水深，再利用渠水水深确定气泡位移距离；然后利用渠水水深和气泡上升速度得到气泡上升时间，利用气泡上升时间和气泡位移距离得出渠水流速。

2.根据权利要求1所述之一种利用气泡测量渠道流速的方法，其特征在于所述的气泡上升速度V_P公式如下；

 

式中: σ为水的表面张力, 纯水在20℃时σ= 72175dynes/cm；

g为重力加速度, 气泡为直径dp，取决于测杆底部排气孔直径大小，利用测杆底部排气孔直径大小控制气泡直径，ρ1为水的密度。

3.根据权利要求1或2所述之一种利用气泡测量渠道流速的方法，其特征在于采用便携气泡流速仪进行测量，所述便携气泡流速仪包含智能仪表、测杆、测头、滑动浮子、绳索、位移浮子、气源和阀门，智能仪表匹配在测杆的顶部，测头匹配在测杆的底部，滑动浮子套在测杆上，位移浮子通过绳索、滑动浮子与智能仪表相连，气源通过阀门与智能仪表及测杆相连，测杆中心设有气体通道，测杆底部设有排气孔；测量步骤如下：

①在渠道上方将测杆直插水底；

②气源产生的气体通过智能仪表后，进入测杆气体通道，自测杆底部冒出；

③气体自测杆底部冒出后形成气泡，气泡上浮，并在水流的作用下顺流移动，最终在水面形成一串气泡；

④测杆上的滑动浮子漂浮在水面，绳索经过滑动浮子后，绳索前端的位移浮子也牵引着绳索顺流向下游方向移动，智能仪表计量绳索放出的长度；

⑤当位移浮子到达水面气泡出水位置时，关闭阀门，气体停止进入测杆气体通道，渠水经测杆底部进入测杆内的气体通道，由于测杆内的气体通道已有空气，渠水经测杆底部进入测杆后，在测杆内气体通道的已有空气作用下产生与水深相对应的压强，压强信号传递到智能仪表，测出渠水水深；

⑥由于测杆长度已知，绳索放出的长度已知，渠水水深已知，位移浮子的位移距离L为：L=绳索的长度-（测杆长度-渠水水深）；

⑦气泡上升速度如下公式，可得气泡上升时间t；

 

式中: σ为水的表面张力, 纯水在20℃时σ= 72175dynes/cm；

g为重力加速度, 气泡为直径dp，取决于测杆底部排气孔直径大小，利用测杆底部排气孔直径大小控制气泡直径，ρ1为水的密度；

    由于渠水水深已知，得出气泡上升速度，就能得出气泡上升时间t；

⑧气泡上升时间t就是在流速作用下位移浮子产生位移距离L的时间，则渠水流速V为：                v=L/t

式中：渠水流速v，位移浮子的位移距离L，气泡上升时间t。

4.一种便携气泡流速仪，其特征在于包含智能仪表（1）、测杆（2）、测头（3）、滑动浮子（4）、绳索（5）、位移浮子（6）、气源和阀门，智能仪表匹配在测杆的顶部，测头匹配在测杆的底部，滑动浮子套在测杆上，位移浮子通过绳索、滑动浮子与智能仪表相连，气源通过阀门与智能仪表及测杆相连，测杆中心设有气体通道，测杆底部设有排气孔。

5.根据权利要求4所述之便携气泡流速仪，其特征在于还设有便携箱（8），除测杆之外的所有设备可全部装入便携箱。

6.根据权利要求4或5所述之便携气泡流速仪，其特征在于所述的智能仪表，包括计数器、水位计、数据存储器、微处理器、显示器、无线通讯电路，计数器用于测量绳索长度，水位计用于测量渠水水深，数据存储器、微处理器用来计算气泡上升速度、时间、位移距离、渠水水位，完成气泡控制、绳索手动控制、数据记录、数据传输；显示器可以显示测量结果，无线通讯电路将测量结果以无线方式发送到上位机或管理部门。

7.根据权利要求4所述之便携气泡流速仪，其特征在于所述的气源是气泵，气源通过阀门与智能仪表及测杆相连。

8.根据权利要求4所述之便携气泡流速仪，其特征在于所述的测杆为多节结构，至少1节，便于携带，测杆为防水测杆，各节之间防水密封连接，可拆卸。