一种用于模型试验的低水位量测装置

技术领域

本发明涉及一种水位量测装置，尤其涉及一种用于模型试验的低水位量测装置。

背景技术

随着科研试验的不断发展，物理模型试验是学者实现科研的重要手段之一，能够用于模拟工程实际情况等。模型试验在水利、建筑等行业广受青睐，特别有水工、河工物理模型试验。在进行模型试验时，水位常常是模拟关注的重要对象，但有时由于水位过低或水位波动等原因，水位测量存在很大的误差。对于河道中心等位置的水位量测更是难上加难。而目前模型实验中水位量测主要有三种方式：一种是测压管量测，将底板开设孔洞与外部水位箱相连接，模型水位通过水箱水位读取；一种是钢直尺测量，将钢直尺沿顺水流方向放置后，拍摄照片记录或直接读数；还有一种是电磁水位仪量测，利用导电钢针量测水位。这些方法都存在着不同程度的问题：误差大，测量位置存在局限(如测量模型试验水箱中心水位时存在不便)；大面积多测点测量水位分布时难以实现；测量低水位或超低水位精度低。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中模型实验水位量测存在的测量位置存在局限、测量低水位或超低水位精度低、不易观察的问题，提供一种能够实现低水位以及超低水位测量的水位量测装置。

技术方案：本发明所述的用于模型试验的低水位量测装置，包括浮体定位筒；所述浮体定位筒包括筒体以及设置在筒体顶部的盖板，浮体定位筒底部开口，浮体定位筒底部开口处设有三个支柱，支柱顺着水流方向且相互平行设置；还包括设置于浮体定位筒内的漂浮模块，所述漂浮模块包括漂浮块以及设置在漂浮块顶部的立杆，漂浮块在浮力作用下沿着浮体定位桶内侧壁上下移动；立杆从盖板上的通孔伸出筒体；还包括设置在盖板顶部的读数装置，立杆顶部的指针指向读数装置。

其中，所述读数装置包括内部均预埋磁铁的副刻度尺和主刻度尺，副刻度尺和主刻度尺通过磁力固定连接。

其中，所述漂浮模块的漂浮块和立杆均由空心泡沫材料制备而成，所述漂浮块和立杆均为空心结构。

其中，所述漂浮块的厚度为0.8～1cm，漂浮块表面涂有疏水涂料，在测量时漂浮块浸入水下高度不超过5mm。漂浮块表面涂有疏水涂料，在测量时可减小水体表面张力的影响，从而实现在测量时漂浮块具有水下小的淹没度，漂浮块浸入水下高度不超过5mm。

其中，所述筒体内外侧壁上均涂有疏水涂料层。

其中，所述立杆的高度不小于筒体的高度，筒体的高度为12～15cm。

其中，所述支柱的横截面呈流线型，支柱呈流线型是为适应于水流的流动，防止其扰流影响量测精度。

其中，所述筒体相对两侧还设有把手结构。

其中，所述盖板上还设有保护罩，读数装置固定在盖板上，保护罩设在读数装置外，保护罩正对读数装置带刻度尺的一侧为柱面透镜。

其中，所述漂浮块外边沿均布有滚珠，滚珠镶嵌在漂浮块边侧内，滚珠的边缘与筒体内侧壁滚动连接。

有益效果：与钢直尺测量方式相比，能够将本发明量测装置放置在模型试验水箱任何位置进行水位测量，且便于移动、便于观察测量结果；由于漂浮块极小的水下淹没度，本发明量测装置能对低水位(3-10cm水深的水位)进行精确测量。

附图说明

图1为低水位便携式水位量测装置的结构示意图；

图2为装置的俯视图；

图3为漂浮模块的结构示意图；

图4为读数装置的正视图；

图5为读数装置的右视图；

图6为保护罩的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1～6所示，本发明用于于模型试验的低水位量测装置，包括浮体定位筒10；浮体定位筒10包括筒体20以及设置在筒体20顶部的盖板4，浮体定位筒10底部开口，浮体定位筒10底部开口处设有三个支柱2，三个支柱2均顺着水流方向设置且三个支柱2相互平行设置，支柱2的横截面呈流线型，支柱2呈流线型是为适应于水流的流动，防止其扰流影响量测精度；本发明水位量测装置还包括设置于浮体定位筒10内的漂浮模块，漂浮模块包括漂浮块5以及设置在漂浮块5顶部的立杆8，漂浮块5在浮力作用下沿着浮体定位桶10内壁上下移动，漂浮块5外边沿还可以均布有三个滚珠6，滚珠6镶嵌在漂浮块5边侧内，滚珠6的边缘与筒体20内侧壁滚动连接，滚珠6的外径为4mm；立杆8从盖板4上的通孔21伸出筒体20；本发明水位量测装置还包括设置在盖板4顶部的读数装置9，立杆8顶部的指针12指向读数装置9；读数装置9包括内部均预埋磁铁(14，13)的副刻度尺11和主刻度尺16，副刻度尺11和主刻度尺16通过磁力固定连接。筒体20相对两侧还设有把手结构1。

盖板4上还设有保护罩3(保护罩3为可拆卸结构，由柱面透镜19和半圆形透明薄壁件17围合而成)，读数装置9固定在盖板4上，保护罩3罩设在读数装置9外，保护罩3正对读数装置9带刻度尺的一侧为柱面透镜19。

本发明漂浮模块所使用的漂浮块5和立杆8均由空心泡沫材料制备而成，且漂浮块5和立杆8均为空心结构。漂浮块5的厚度为0.8～1cm，筒体20内外侧壁上均涂有疏水涂料层(疏水涂料常指涂膜在光滑表面上的静态水接触角θ大于90°的一类低表面能涂料)，涂覆该疏水涂料的漂浮块5，在测量时可减小水体表面张力对漂浮块5的影响，从而在实现更易向上浮动的基础上还能减少漂浮块5水下的浸没深度，从而保证了测量时的精度。漂浮块5具有极小的水下淹没度，漂浮块5浸入水下高度不超过5mm，从而使漂浮块5厚度不影响示数误差。立杆8的高度不小于筒体20的高度，筒体20的高度为12～15cm。

在模型试验中，当水箱内水位较低时，握住把手结构1将流线型支柱2朝向顺水流方向，放置浮体定位筒10，当水位发生变化后，浮体定位筒10内漂浮块5上浮，滚珠6带动漂浮块5沿着筒体20内侧壁移动(滚珠6沿着筒体20滚动向上，漂浮块5在浮力作用下上升)，滚珠6能够使漂浮块5在向上向下移动过程中不产生左右摇摆，稳定移动；从容带动立杆8向上活动，漂浮块5上的立杆8位置发生变化，立杆8上的指针12与立杆8焊接，指针12指向读数装置9。本发明水位量测装置利用特定的漂浮模块，使其随着水位变化而上下浮动，但不进行左右摇摆，与筒体20接触面小，从而灵敏度高，在量测前对装置进行标定，消除漂浮块5厚度与自重引起的测量误差。在浮体定位筒10底部增设流线型支柱2，一方面，保持水位进行相互交换，以满足装置的灵敏性，另一方面，流线型支柱2的设置对水流扰动小。随着水位上升，漂浮块5上移，带动立杆8发生位置变化，与立杆8相连的指针12对准读数装置9。当示数较为稳定时(不低于15s的时间水位不出现波动)，拆除保护罩3的半圆形透明薄壁件17，移动副刻度尺11，使得指针12对准副刻度尺11零刻度线，放大镜15由螺杆7固定在副刻度尺11上，随着副刻度尺11的移动而移动，此时读取主刻度尺16和副刻度尺11的读数和，示数通过柱面透镜3再次放大，得到相应水位，实现低水位的精确测量。本发明的水位量测装置测量的水位范围为3～10cm(模型试验中规范要求最低水位为3cm)，其能够对该水位范围的水位实现精确测量。

在进行模型试验时，试验水箱内下游水深较低，约为3cm。采用钢尺量测时，经过多次读数并记录，由于水面波动，每次读数差值较大，平均读数为2.89cm。采用本装置进行量测，读数稳定且差值较小，经过多次读数(与钢尺测量时读数次数相同)，平均读数为2.98cm。