測過程從大流量往小流量進行，所有量測在同一水溫條件下進行。在量測過 程中寬扁長直矩形管道內(nèi)雷諾數(shù)大于2000 ;
[0144] Ε3、確定量測所需的水溫條件、流量組次和電解質(zhì)濃度組次，采用的電解質(zhì)為 NaCl，量測組次見表5 ;
[0145] 表5量測組次
[0147] Ε4、準備所需電解質(zhì)濃度的水體；
[0148] E4a，根據(jù)恒溫水箱7中水體的體積，在恒溫水箱7中配置濃度值為10%。的電解質(zhì) 水，開啟摻混水栗9攪拌恒溫水箱7中的水體；
[0149] E4b，待攪拌均勻以后再開啟動力水栗10,先調(diào)節(jié)至大流量，讓水體完全充滿寬扁 長直矩形管道1，保證寬扁長直矩形管道1內(nèi)部沒有氣泡，等待三角量水堰6溢流穩(wěn)定。
[0150] E5、開始剪應(yīng)力量測
[0151] E5a，運行溫度控制系統(tǒng)18并設(shè)定量測所需的水溫條件為11. 6°C ;
[0152] 溫度控制系統(tǒng)18在恒溫水箱7中水體實測溫度低于8. 6°C時，以IHz頻率連續(xù)監(jiān) 測恒溫水箱7中水體溫度，加熱棒8進行加熱，當(dāng)實測溫度升高到8. 6°C時，以2Hz頻率連續(xù) 監(jiān)測恒溫水箱7中水體溫度，加熱棒8繼續(xù)加熱，當(dāng)實測溫度升高到10. 6°C后，溫度傳感器 以5Hz頻率連續(xù)監(jiān)測恒溫水箱7中水體溫度，加熱棒8繼續(xù)加熱直到實測溫度上升至設(shè)定 溫度時停止加熱，之后溫度控制系統(tǒng)18繼續(xù)監(jiān)測水體溫度，如果溫度下降超過0. 1°C加熱 棒8就繼續(xù)加熱；
[0153] E5b，通過電磁流量計3測量流量，并通過調(diào)節(jié)動力水栗10來達到量測所需的流量 值6. 00L/s，等待三角量水堰6溢流穩(wěn)定；
[0154] E5c，當(dāng)三角量水堰6測得流量值為6. 06L/s與所需流量條件6. 00L/s差值為 0.06L/S小于等于1%時，停止調(diào)節(jié)動力水栗，當(dāng)恒溫水箱7內(nèi)水體實測水溫為11.5Γ~ 11. 7°C時，即與設(shè)定溫度11. 6°C差值小于等于0. 1°C時，采集熱膜式剪應(yīng)力傳感器15的輸 出電壓值為7. 800V ;
[0155] E5d，利用步驟El所列的熱膜式剪應(yīng)力傳感器15的校準公式，由熱膜式剪應(yīng)力傳 感器的輸出電壓7. 800V算出當(dāng)前流量條件下壁面剪應(yīng)力值為9. 98Pa，完成單一流量下的 剪應(yīng)力量測；
[0156] E5e，降低至下一流量條件3. 00L/s重復(fù)E5b~E5d直到完成該電解質(zhì)濃度下的全 部流量的剪應(yīng)力量測；
[0157] E6、依次停止溫度控制系統(tǒng)18、動力水栗10、摻混水栗9,排出裝置中的水體，更換 不同電解質(zhì)濃度的水體重復(fù)步驟E4~E5,直至完成相同水溫條件下所有濃度下的量測，最 終量測結(jié)果見表5。
[0158] 表5不同電解質(zhì)濃度下水下熱膜式剪應(yīng)力傳感器量測變化（NaCl、水溫11. 6°C )
[0160] 上述三則實施例是為便于相關(guān)技術(shù)人員能理解和應(yīng)用該發(fā)明，但其不得解釋為對 本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的范圍內(nèi)，可對其在形式上和細節(jié)上做出 變化。
【主權(quán)項】
1. 一種具有溫控功能的水下壁面剪應(yīng)力傳感器標定裝置，其特征在于：包括：寬扁長 直矩形管道、固定安裝支架、水管、電磁流量計、三角量水堰、恒溫水箱、動力水栗、摻混水 栗、加熱棒、溫度傳感器、溫度控制系統(tǒng)； 所述的寬扁長直矩形管道、水管、三角量水堰、恒溫水箱、動力水栗、電磁流量計順次連 接，構(gòu)成水流通道； 所述的摻混水栗、加熱棒、溫度傳感器和溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成保證水體溫度恒定的控制 裝置； 所述的水管和寬扁長直矩形管道外壁和恒溫水箱外壁均包裹EPE珍珠棉隔熱層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有溫控功能的水下壁面剪應(yīng)力傳感器標定裝置，其特 征在于： 所述的寬扁長直矩形管道內(nèi)壁光滑，寬高比大于7:1，長度不短于2. 5m，在寬扁長直矩 形管道的進口和出口位置有過渡段； 所述的寬扁長直矩形管道通過過渡段與水管相連接，在寬扁長直矩形管道的進口過渡 段下邊界下游1. 5~1. 8m處開有方形安裝窗口； 所述的安裝窗口為邊長10~20cm的方形，安裝窗口設(shè)置對應(yīng)大小的安裝蓋板用于貼 附需要標定的熱膜式剪應(yīng)力傳感器；安裝蓋板通過密封螺絲固定在寬扁長直矩形管道上， 安裝蓋板內(nèi)壁與寬扁長直矩形管道內(nèi)壁平齊。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有溫控功能的水下壁面剪應(yīng)力傳感器標定裝置，其特 征在于： 所述恒溫水箱容積不小于寬扁長直矩形管道容積的200倍。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有溫控功能的水下壁面剪應(yīng)力傳感器標定裝置，其特 征在于： 所述三角量水堰為水工模型試驗常用三角堰，其堰寬不大于35cm，堰長不大于3m，三 角量水堰溢流口距恒溫水箱內(nèi)液面的垂直高度小于0. 8m。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有溫控功能的水下壁面剪應(yīng)力傳感器標定裝置，其特 征在于： 所述加熱棒為紫銅管加熱棒，單個長度53cm，功率2000w，共計16根并列等間距布置在 恒溫水箱底部； 所述溫度傳感器采用集成式溫度傳感器，測量值分辨率是〇. 〇l°C;溫度傳感器通過 溫度傳感器導(dǎo)線連接至溫度控制系統(tǒng)；其中一個溫度傳感器布置在動力水栗入流口半徑 0. 3m范圍內(nèi)，另一溫度傳感器布置在三角量水堰下游水平距離0. 2m范圍內(nèi)，深度在含氣射 流入水深度與恒溫水箱底面的一半位置，左右居中； 所述溫度控制系統(tǒng)基于PID控制技術(shù)，由數(shù)據(jù)采集器、加熱控制器、工控機三部分組 成，溫度傳感器連接至數(shù)據(jù)采集器，溫度的電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再送入工控機，工 控機將設(shè)定的標定溫度與當(dāng)前采集的溫度進行對比進而自動設(shè)置相應(yīng)的加熱功率，并對加 熱控制器送出控制信號，加熱控制器根據(jù)工控機的指示對加熱棒的加熱功率進行調(diào)節(jié)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有溫控功能的水下壁面剪應(yīng)力傳感器標定裝置，其特 征在于： 所述的摻混水栗為軸流水栗，固定在恒溫水箱的中部，用來控制熱通量和質(zhì)量通量的 摻混。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有溫控功能的水下壁面剪應(yīng)力傳感器標定裝置，其特 征在于：利用所述裝置進行熱膜式剪應(yīng)力傳感器標定時采用如下標定步驟： 標定過程從低水溫往高水溫進行，從大流量往小流量進行；在標定過程中寬扁長直矩 形管道內(nèi)雷諾數(shù)均大于2000; 1) 、標定準備 la) ，確定水溫組次和流量組次； lb) ，開啟摻混水栗攪拌恒溫水箱中的水體，開啟動力水栗，先調(diào)節(jié)至大流量，讓水體完 全充滿寬扁長直矩形管道，保證寬扁長直矩形管道內(nèi)部沒有氣泡，整個裝置內(nèi)的水體在標 定開始前需循環(huán)一段時間，等三角量水堰溢流穩(wěn)定以后即完成標定裝置的初始狀態(tài)設(shè)置； 2) 、開始標定 2a)，運行溫度控制系統(tǒng)并設(shè)定當(dāng)前標定流量組次的水溫條件； 溫度控制系統(tǒng)在恒溫水箱水體實測溫度低于設(shè)定溫度:TC時，以1Hz頻率連續(xù)監(jiān)測恒 溫水箱中水體溫度，當(dāng)實測溫度低于設(shè)定溫度在1~：TC之間時，以2Hz頻率連續(xù)監(jiān)測恒溫 水箱中水體溫度，當(dāng)實測溫度低于設(shè)定溫度1°C以內(nèi)時，以5Hz頻率連續(xù)監(jiān)測恒溫水箱中水 體溫度；溫度控制系統(tǒng)在實測溫度低于設(shè)定的標定溫度時，自動控制加熱棒進行加熱；溫 度控制系統(tǒng)在實測溫度達到設(shè)定的標定溫度時，自動停止加熱棒加熱，溫度控制系統(tǒng)繼續(xù) 監(jiān)測水體溫度，如果溫度下降超過0. 1°C加熱棒就繼續(xù)加熱； 2b)，通過電磁流量計觀察流量大小，并通過調(diào)節(jié)動力水栗來達到標定所需的流量條 件，等待三角量水堰溢流穩(wěn)定； 2c)，待三角量水堰測得流量與所需流量條件差值小于等于1 %時停止調(diào)節(jié)動力水栗， 待恒溫水箱內(nèi)水體實測水溫與設(shè)定溫度差值小于0. 1°C時開始采集熱膜式剪應(yīng)力傳感器的 輸出電壓； 2d)，完成單一流量標定； 2e)，降低至下一流量條件重復(fù)2b~2d直到完成該水溫條件下的全部流量標定； 3) 、提高至下一設(shè)定溫度重復(fù)步驟2，直至完成所有水溫條件下標定； 4) 、建立不同水溫條件下熱膜式剪應(yīng)力傳感器輸出的電壓值與壁面剪應(yīng)力大小的關(guān) 系，得到熱膜式剪應(yīng)力傳感器的校準公式，完成熱膜式剪應(yīng)力傳感器在不同水溫條件下的 標定。
【專利摘要】本發(fā)明一種具有溫控功能的水下壁面剪應(yīng)力傳感器標定裝置，屬于水動力學(xué)試驗研究領(lǐng)域，包括：寬扁長直矩形管道、固定安裝支架、水管、電磁流量計、三角量水堰、恒溫水箱、動力水泵、摻混水泵、加熱棒、溫度傳感器、溫度控制系統(tǒng)以及相應(yīng)的標定方法。本發(fā)明的有益效果在于：(1)提出了一種在水介質(zhì)和紊流的情況下，對水下熱膜式剪應(yīng)力傳感器標定的裝置；(2)該裝置能夠在不同的溫度下對熱膜式剪應(yīng)力傳感器進行穩(wěn)定地標定；(3)該裝置可以用于對懸移質(zhì)以及電解質(zhì)濃度對水下熱膜式剪應(yīng)力傳感器量測的結(jié)果影響進行研究。
【IPC分類】G01L27/00
【公開號】CN105300596
【申請?zhí)枴緾N201510737958
【發(fā)明人】夏云峰, 徐華, 郝思禹, 張世釗, 吳道文, 聞云呈, 杜德軍, 王曉航, 蔡喆偉, 王曉俊, 趙澤亞, 陳凱華, 閆杰超, 李偉, 陳靖
【申請人】水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院, 河海大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月3日