一种超声波流速仪流速参数计量检定装置的制作方法

本实用新型属于水文测量仪器计量技术领域，尤其涉及水运工程领域一种超声波流速仪流速参数计量检定装置。

背景技术：

流速是确定水流运动特性的基本参量。作为一个重要的计量参数，流速对于水运工程、水文监测、环境治理以及工业生产活动都有重要的意义。

近年来，伴随着电子技术的不断发展，超声波测流作为一个新兴技术应运而生。超声波流速仪是一种利用超声波在水流中的传播特性，用一组或多组超声换能器来测量单层或多层平均流速或某测点的瞬时及平均流速的仪器。和传统的机械式、电磁式流速仪表相比，超声波流速仪具有准确度高、适应性强、无需起动流速、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等诸多优点，逐渐成为测流的首选工具。超声波流速仪在水运工程各种测量中得到了广泛的应用，需求量较大，使用单位或客户的检定需求十分迫切，是水运行业亟待开展量值溯源的测量设备。

目前，市场上的超声波流速仪缺少统一规范的计量检定装置，设备长期处于未经检定/校准使用的状态，严重影响到超声波流速仪观测数据的可靠性、准确性及可信度，所获取的数据资料存在很大的质量隐患。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种超声波流速仪流速参数计量检定装置。

本实用新型的技术方案：一种超声波流速仪流速参数计量检定装置，其特征在于包括流速检定水槽、流速检定装置、悬浮颗粒搅动装置，所述流速检定装置架设在所述流速检定水槽上；

流速检定装置包括通用计数器、光栅定位机构、检定车、轨道、升降测杆；所述检定流速水槽上方架设所述轨道，所述检定车与所述轨道滑动连接，所述检定车上固定所述通用计数器，所述通用计数器连接所述光栅定位机构，所述检定车下设置两根升降测杆分别为第一升降测杆和第二升降测杆，所述第一升降测杆设置用于固定待测超声波流速仪的固定环，所述第二升降测杆上设置悬浮颗粒搅动装置。

进一步地，所述悬浮颗粒搅动装置包括搅拌轴和叶片，所述搅拌轴上安装从上至下多个叶片，所述叶片通过轴套与所述搅拌轴转动连接，相邻所述轴套的距离为0.9-1.2倍所述搅拌轴的直径，相邻所述叶片间形成夹角。

进一步地，所述叶片为3片，相邻所述轴套的距离为所述搅拌轴的直径，相邻所述叶片间形成夹角为60度，所述叶片上设置镂空条，所述镂空条的长度方向与所述叶片长度方向一致，所述叶片两侧叶端对称且相反方向设有折边板，所述折边板与所述叶片夹角为35-55度。

进一步地，所述镂空条的长度方向与所述叶片长度方向一致或垂直，所述折边板的外沿为直线或正弦曲线。

进一步地，所述流速检定水槽为长75m，宽1.5m，深1.5m的混凝土水槽，所述流速检定水槽池底铺有悬浮泥沙。

进一步地，所述镂空条的长度方向与所述叶片长度方向一致或垂直，所述折边板的外沿为直线或正弦曲线。

进一步地，所述轨道为2根且平行设置，所述轨道为T型钢结构轨道，所述轨道沿所述流速检定水槽长度方向铺设。

进一步地，所述第一升降测杆的末端位于水下0.2～0.6米。

进一步地，所述检定车通过滑动机构两侧滑动固定在所述轨道上，所述滑动机构上固定与所述检定车。

进一步地，所述检定车速范围为0.1m/s～5m/s。

进一步地，所述通用计数器连接光栅定位机构，所述检定车和所述光栅定位机构连接上位机，所述光栅定位装置还包括标尺光栅和光栅读数头，所述标尺光栅固定于所述平行轨道上，所述光栅读数头固定于所述检定车上，所述光栅读数头的测量数据分别上传至所述上位机和所述通用计数器中。

所述轨道上等间距安装多个短标尺光栅，所述检定车通过标尺光栅时记录位置信息。

本实用新型有益效果是：设置合理，通过在室内设计流速检定水槽，由检定车带动待检超声波流速仪以不同的速度通过流速检定水槽检测段，采用标尺光栅和通用计数器作为计量标准器，由标尺光栅测量检定段长度，由通用计数器记录检定车通过该检定长度所需的时间，从而计算出速度值作为速度标准值，与超声波流速仪测量的速度值进行比对实现超声波流速仪流速的计量检定，具有检定精度高、易操作的优点。

附图说明

图1是本实用新型的实施例1的结构示意图。

图2是本实用新型的悬浮颗粒搅动装置的实施例1的结构示意图。

图3是本实用新型的悬浮颗粒搅动装置的实施例1的俯视图。

图4是本实用新型的滑动机构的实施例1的结构示意图。

图5为本实用新型的实施例1的流速检定水槽区域划分图。

图6是本实用新型的悬浮颗粒搅动装置的实施例2的结构示意图。

图中：1、流速检定水槽，2、流速检定装置，2-1、通用计数器，2-2、第二升降测杆，2-3、检定车，2-4、轨道，2-5、第一升降测杆3、上位机， 4、悬浮颗粒搅动装置，4-1、搅拌轴，4-2、叶片，4-3、轴套，4-4、镂空条， 4-5、折边板，5、滑动机构，5-1、轨道轮，5-2、底板，5-3、垂直滑轨，5-4、调整滑块，6、待测超声波流速仪，7、光栅定位机构，7-1、标尺光栅， 7-2、光栅读数头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做出说明。

一种超声波流速仪流速参数计量检定装置，包括流速检定水槽1、流速检定装置2、悬浮颗粒搅动装置4，流速检定装置2架设在流速检定水槽1 上，流速检定装置2包括通用计数器2-1、检定车2-3、轨道2-4、第一升降测杆2-5、第二升降测杆2-2，检定流速水槽1上方架设轨道2-4，检定车 2-3与轨道2-4滑动连接，检定车2-3上固定通用计数器2-1和激光测距仪 2-2，检定车下设置第一升降测杆和第二升降测杆，第一升降测杆设置用于固定待测超声波流速仪的固定环，第二升降测杆上设置悬浮颗粒搅动装置。固定环可以采用开口环结构也可以采用可张合的活动爪，便于取放固定待测超声波流速仪6。第一升降测杆2-5、第二升降测杆2-2均采用现有产品，第一升降测杆2-5和第二升降测杆2-2能实现升降调节的产品即可。整体结构简单，设置合理，通过在室内设计流速检定水槽，由检定车带动待检超声波流速仪以不同的速度通过流速检定水槽检测段，采用标尺光栅和通用计数器作为计量标准器，由标尺光栅测量检定段长度，由通用计数器记录检定车通过该检定长度所需的时间，从而计算出速度值作为速度标准值，与超声波流速仪测量的速度值进行比对实现超声波流速仪流速的计量检定，具有检定精度高、易操作的优点，悬浮颗粒搅动装置、第一升降测杆和第二升降测杆均连接各自的动力驱动机构，动力驱动机构提供动力，动力驱动机构连接上位机实现对悬浮颗粒搅动装置、第一升降测杆和第二升降测杆的控制。

悬浮颗粒搅动装置4包括搅拌轴4-1和叶片4-2，搅拌轴4-1上安装从上至下多个叶片4-2，叶片4-2通过轴套4-3与搅拌轴4-1转动连接，相邻轴套4-3的距离为0.9-1.2倍搅拌轴4-1的直径，相邻叶片4-2间形成夹角。

叶片4-2为3片，相邻轴套4-3的距离为搅拌轴4-1的直径，相邻叶片间形成夹角为60度，叶片4-2上设置镂空条4-4，镂空条4-4的长度方向与叶片4-2长度方向一致，叶片4-2两侧叶端对称且相反方向设有折边板4-5，折边板4-5与叶片4-2夹角为35-55度。

叶片4-2叶端的折边板倾斜角度为35-55度之间，以增加放射流的排出，促使悬浮颗粒混合均匀，相邻叶片之间的夹角为60度，以促使形成相邻叶片间上下循环流。

镂空条4-4的长度方向与叶片4-2长度方向一致或垂直，折边板4-5的外沿为直线或正弦曲线。

悬浮颗粒搅动装置4在沿平行轨道2-42运动的同时对所在区域附近的流速检定水槽1内的悬浮泥沙进行搅拌，直至流速检定水槽1内的悬浮泥沙搅拌均匀，为待测超声波流速仪接收回波信号创造良好的静水场条件。

镂空条的长度方向与所述叶片长度方向一致或垂直，折边板的外沿为直线或正弦曲线。

流速检定水槽1为长75m，宽1.5m，深1.5m的混凝土水槽，流速检定水槽池底铺有悬浮泥沙，为超声波流速仪流速参数检定提供稳定的静水场环境。根据所述检定车的运行位置和运行速度，将所述流速水槽划分为安全段、加速段、检定段、制动段、安全段；

轨道2-4为2根且平行设置，轨道2-4为T型钢结构轨道，轨道2-4沿流速检定水槽长度方向铺设。用于为超声波流速仪流速参数检定提供运行路径；

第一升降测杆2-5的末端位于水下0.2～0.6米。

检定车2-3通过滑动机构5两侧滑动固定在轨道2-4上，滑动机构5上固定与检定车2-3。

滑动机构包括轨道轮5-1、底板5-2、垂直滑轨5-3、调整滑块5-4，所述底板下轨道轮，所述底板上设置垂直滑轨，垂直滑轨垂直所述轨道设置，垂直滑轨设调整滑块，垂直滑块与测车固定。实现检定车相对位置的调整。

轨道轮5-1、调整滑块5-4分别与各自的动力机构连接，动力机构与上位机连接。

检定车速范围为0.1m/s～5m/s。

通用计数器6连接光栅定位机构7，检定车2-3和光栅定位机构7连接上位机3，光栅定位装置7包括标尺光栅7-1和光栅读数头7-2，标尺光栅 7-1固定于平行轨道2-4上，光栅读数头7-2固定于检定车2-3上，光栅读数头7-2的测量数据分别上传至上位机3和通用计数器6中。

轨道上等间距安装多个短标尺光栅，检定车2-3通过标尺光栅时记录位置信息，在检定段内选区测量区域时，直接读取检定段内某两光栅间的距离作为测量区域。

实施例1

检定超声波流速仪的工作原理是在横断面均匀一致的为长方形的流速检定水槽上方架设两条轨道，在轨道上安装一辆能够往返运动的检定车，超声波流速仪经由升降测杆固定在检定车上。流速检定水槽中的水是静止的，当检定车在轨道上以不同的速度运动时，可等效为超声波流速仪是静止的，而流速检定水槽里的水以车速相对于超声波流速仪流动。在检定车车速已知的条件下，测量出流速仪的流速与车速进行比较，由此确定流速仪流速检测的误差，判断其准确度。

检定车作为运动载体，用于携带搅拌机构、超声波流速仪换能器以不同速度沿平行轨道运动，并作为标尺光栅、通用计数器等计量标准器的固定平台；光栅定位机构用于检定车沿平行轨道运动时，实现对检定车位置、速度和运行时间的测量；悬浮颗粒搅动装置4用于将流速检定水槽中的悬浮泥沙搅拌均匀，为待测超声波流速仪提供稳定的反射场环境，悬浮颗粒搅动装置4包括搅拌轴4-1和叶片4-2，搅拌轴4-1上安装从上至下多个叶片4-2，叶片4-2通过轴套4-3与搅拌轴4-1转动连接，相邻轴套4-3的距离为0.9-1.2倍搅拌轴4-1的直径，相邻叶片4-2间形成夹角，叶片4-2为3片，相邻轴套4-3的距离为搅拌轴4-1的直径，相邻叶片间形成夹角为60度，叶片4-2上设置镂空条4-4，镂空条4-4的长度方向与叶片4-2长度方向一致，叶片4-2两侧叶端对称且相反方向设有折边板4-5，折边板4-5与叶片 4-2夹角为35-55度，镂空条4-4的长度方向与叶片4-2长度方向一致，折边板4-5的外沿为直线。使用悬浮颗粒搅动装置使悬浮泥沙搅拌均匀，为待测超声波流速仪接收回波信号创造良好的静水场条件。第一升降测杆用于控制待测超声波流速仪换能器在垂直于轨道方向上下运动；标尺光栅作为计量标准器，用于超声波流速仪测量完成后，对检定车检定段的运行距离进行测量；通用计数器作为计量标准器，通过读取光栅读数头的测量数据，用于对检定车检定段的运行时间进行计数；上位机实时监控检定车的位置、速度信息，根据设定速度实时调整检定车的运行速度，并绘制检定车的运动轨迹曲线。

计量检定时，在检定车的车速范围内选取不少于n个测试点进行测试， n的选取根据实际测试时流速检定水槽1的长度、检定车2-3的运行特性、待测超声波流速仪，流速参数测量范围和精度等确定；检定车作为运动载体，用于携带搅拌机构、超声波流速仪换能器以不同速度沿平行轨道运动，、通用计数器等计量标准器的固定平台；悬浮颗粒搅动装置4用于将流速水槽中的悬浮泥沙搅拌均匀，为待测超声波流速仪提供稳定的反射场环境；第一升降测杆用于控制待测超声波流速仪换能器在垂直于平行轨道方向上下运动；光栅定位机构包括标尺光栅和光栅读数头，标尺光栅固定于平行导轨上，光栅读数头固定于检定车上，光栅读数头的测量数据分别上传至上位机和通用计数器中，轨道上等间距安装多个短标尺光栅，检定车2-3 通过标尺光栅时记录位置信息，在检定段内选区测量区域时，直接读取检定段内某两光栅间的距离作为测量区域，用于检定车2-3沿平行轨道2-4；悬浮颗粒搅动装置4用于将流速水槽01中的悬浮泥沙搅拌均匀，为待测超声波流速仪6提供稳定的反射场环境；第一升降测杆2-5用于控制待测超声波流速仪6的换能器在垂直于平行轨道2-4方向上运动，将待测超声波流速仪6置于水下0.2m～0.6m位置处；标尺光栅作为计量标准器，用于待测超声波流速仪流速测量完成后，对检定车检定段的运行距离进行测量；通用计数器作为计量标准器，通过读取光栅读数头的测量数据，用于对检定车检定段的运行时间进行计数；上位机实时监控检定车的位置、速度信息，根据设定速度实时调整检定车03的运行速度，并绘制检定车的运动轨迹曲线。

如图4所示为流速检定水槽区域划分图，流速检定水槽可分为起始段a，加速段b，检定段c，制动段d和终止段e，其中，起始段a和终止段e为所述检定车安全停靠区域，加速段b为所述检定车03由静止加速到设定速度所运行过的距离，加速段b的长度根据所述检定车自身性能和设定速度大小而不同，检定段c为检定车在设定速度最大允许误差范围内沿所述平行轨道行驶的距离，在检定段c内完成对待测超声波流速仪流速参数的计量检定，制动段d为待测超声波流速仪测量完成后，由设定速度减至零时行驶过的距离，制动段d的长度根据所述检定车自身性能和设定速度大小而不同。

工作时，首先由检定车带动悬浮颗粒搅动装置4沿平行轨道2-4往复运动，搅悬浮颗粒搅动装置4在沿平行轨道2-4运动的同时对所在区域附近的流速检定水槽2-3内的悬浮泥沙进行搅拌，直至流速检定水槽2-3内的悬浮泥沙搅拌均匀，为待检超声波流速仪6接收回波信号创造良好的静水场条件。

1.流速检定

检定车从起始段a开始运动，经过加速段b后达到设定速度，在检定段 c检定车按设定速度行驶，待检超声波流速仪6换能器实时测量通过流速检定水槽2-3的速度vis(i＝1，2，……，n)，人工将检定流速参数输入检定车上位机，同时由检定人员通过无线遥控设备控制检定车在测量范围内以不同检定速度牵引待检超声波流速仪6运动，光栅定位机构实时检测检定车的运行位置和速度，将输出的脉冲信号值同时发送至通用计数器和上位机中，通用计数器通过对光栅定位机构输出的脉冲信号计数，获取检定车在平行轨道的各个位置处的时间点，上位机接收光栅定位机构输出的位移信息和通用计数器输出的时间信息，在显示屏幕上实时绘制检定车的运行轨迹图，检定车按设定速度通过检定段c后开始减速，通过制动段d后速度减至0m/s，停靠于终止段e。检定车03从终止段e开始运动，经加速-达到设定速度-按设定速度运行-减速制动过程后，停靠于起始段a，超声波流速仪记录检定车按设定速度运行时的速度值vir(i＝1，2，……，n)，将检定车按同一设定速度往返运动一次待测超声波流速仪测量的检定段c的流速平均值作为待测超声波流速仪的测量流速值，根据检定车行驶过的检定段c的长度，选取检定段中的某一段作为检定距离si(i＝1，2，……，n)，轨道上等间距安装多个短标尺光栅，检定车2-3通过标尺光栅时记录位置信息，在检定段内选区测量区域时，直接读取检定段内某两光栅间的距离作为测量区域，用标尺光栅对该距离进行精确测量，并读取该段所对应的通用计数器测量的时间间隔tis(i＝1，2，……，n)和tir(i＝1，2，……，n)，利用公式v0is＝si/tis(i＝1， 2，……，n)、v0ir＝si/tir(i＝1，2，……，n)计算得到待测超声波流速仪在该检定距离内的标准流速值v0i＝(v0is+v0ir)/2(i＝1，2，……，n)，与待检超声波流速仪测量的流速vi(i＝1，2，……，n)进行比对，实现对超声波流速仪流速参数的计量检定。

检定车在待测超声波流速仪量程范围内，均匀选择16个的检定速度进速度检定，在流速检定水槽中往返运动16次，实现对超声波流速仪量程范围内流速参数的计量检定。

流速示值误差计算方法见公式(1)和公式(2)。在进行1.00m/s以下低流速检定时，对个别的粗大误差可以舍去，不参加算术平均值计算，一个检定点只能舍去一个读数。检定和计算结果应符合以下的规定，即为检定合格，如不符合即为不合格。

测量范围：流速：0.03m/s～5m/s；

准确度：流速最大允许误差：±(测量值×0.5％+1)mm/s；

式中：Δvi—i检定点的流速示值绝对误差，单位为米每秒(m/s)；

—i检定点流速读数的算术平均值，单位为米每秒(m/s)；

vti—i检定点的实际流速(检定车速标准值)，单位为米每秒(m/s)；

δi—i检定点的流速示值相对误差。

2.重复性

在超声波流速仪量程范围内选定某一车速，车速保持不变，用待检超声波流速仪连续测量10次，求出测量数据标准差，计算方法见公式(3)和公式(4)，应符合重复性要求：在测量范围内，重复性误差不大于最大允许误差的0.3倍，即为检定合格，如不符合即为不合格。

式中：δR—重复性误差；

YF.S—仪器全量程，单位为米每秒(m/s)；

S—重复性标准差，单位为米每秒(m/s)；

vi—任一次流速示值，单位为米每秒(m/s)；

—n次流速仪示值的平均值，单位为米每秒(m/s)；

vn—第n次流速示值；

n—测量次数。

与现有技术相比，设置合理，通过在室内设计流速检定水槽，由检定车带动待检超声波流速仪以不同的速度通过流速检定水槽检测段，采用标尺光栅和通用计数器作为计量标准器，由轨道上等间距安装多个短标尺光栅，检定车2-3通过标尺光栅时记录位置信息，在检定段内选区测量区域时，直接读取检定段内某两光栅间的距离作为测量区域，测量检定段长度，由通用计数器记录检定车通过该检定长度所需的时间，从而计算出速度值作为速度标准值，与超声波流速仪测量的速度值进行比对，精密角度转盘测出值作为流向标准值，实现超声波流速仪流速和流向的计量检定，具有检定精度高、易操作的优点。

实施例2

除实施例1的技术方案外还包括以下技术方案：

镂空条4-4的长度方向与叶片4-2长度垂直，折边板4-5的外沿正弦曲线，减少搅动中的阻力。

叶片4-2叶端的折边板倾斜角度为55度之间，以增加放射流的排出，促使悬浮颗粒混合均匀，相邻叶片之间的夹角为60度，以促使形成相邻叶片间上下循环流。

以上对本实用新型的实例进行了详细说明，但内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。