CN111855065A - 一种基于流体力学的管道压力检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于流体力学的管道压力检测装置，包括连接管，所述连接管包括进水口和出水口，所述进水口和进水口之间设置有窄区，所述连接管上密封插设有直角管，所述直角管内壁上对称安装有两个圆环架，两个所述圆环架上共同转动安装有旋转辊，所述旋转辊的外壁上环形等距安装有多个磁条，所述连接管上安装有电力盒，所述电力盒包括供电端和检测端。本发明利用伯努利原理在连接管内形成压力差从而使得直角管内产生压差水流，通过磁条和线圈绕组将压差水流转换为电能供电力盒使用，通过线圈绕组产交变生感应电流的频率计算出管道输送压力，达到了准确检测、节省电能、降低成本、使用便捷的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程领域，尤其涉及一种基于流体力学的管道压力检测装置。
背景技术
在水利工程管道输送中，需要在管道多处安装压力检测装置，便于实时获得各处管道的压力情况，根据压力检测值调节和改变管道内的压力，避免出现压力过大导致管道破裂或压力过小无法快速有效输送的情况。
现有的管道压力检测装置通常为机械指针式，读数不够精准，透过玻璃罩不同角度读取的数值不相同，而电子式压力检测装置需要连接电力线供电，增加了电能损耗和布线成本，而采用内置电池供能需要定期更换，使用较为不便。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在机械式精度较低，电子式需要额外供电，使用成本高，且使用不够方便的缺点，而提出的一种基于流体力学的管道压力检测装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于流体力学的管道压力检测装置，包括连接管，所述连接管包括进水口和出水口，所述进水口和出水口之间设置有窄区，所述连接管上密封插设有直角管，所述直角管内壁上对称安装有两个圆环架，两个所述圆环架上共同转动安装有旋转辊，所述旋转辊的外壁上环形等距安装有多个磁条，所述连接管上安装有电力盒，所述电力盒包括供电端和检测端，所述直角管插设在供电端内，所述供电端内环绕直角管嵌设有多个铁芯，每个所述铁芯上绕制有线圈绕组，所述检测端内嵌设安全有控制主板，所述控制主板上分别安装有单片机、显示驱动芯片、模数转换器、整流器和稳压器。
优选地，所述直角管与连接管的连接处均安装有密封套，避免长时间使用导致连接处漏水而影响压力检测的精准度，增加装置检测的精确性和装置的使用寿命，所述直角管的两端分别插设连通窄区和出水口；
窄区的内径小于出水口的内径，则在同一输送压力情况下，窄区的流速大于出水口的流速，根据伯努利原理可知，管道内流速大的区域压力小于流速低的区域压力，则窄区处的压力小于出水口处的压力，则直角管位于窄区的管口压力小于位于出水口的管口压力，则部分水流沿出水口的直角管管口处流向窄区的直角管管口处，且水流在直角管内持续流动；
不同的输送压力会使得出水口与窄区的压力呈正比改变，则出水口与窄区的压力差值呈正比改变，即输送压力增大，出水口压力和窄区压力均增大相同比例，则压力差值增大，则直角管内水流速增大，输送压力减小，出水口压力与窄区压力均减小相同比例，则压力差值减小，则直角管内水流速减小。
优选地，每个所述磁条均倾斜安装在旋转辊上；
倾斜安装的磁条在水流沿直角管流动时，推动磁条的倾斜面转动，则使得旋转辊转动，多个磁条随旋转辊转动在线圈绕组上产生感应电流，且感应电流为交变感应电流；
直角管内流速不同，磁条转动的速度不同，即直角管内流速越快，磁条转动速度越快，产生交变感应电流的频率越高，直角管内流速越慢，磁条转动速度越慢，产生交变感应电流的频率越低。
优选地，所述单片机分别电性连接显示驱动芯片和模数转换器，所述整流器的输出端分别电性连接模数转换器和稳压器，所述稳压器分别电性连接单片机和显示驱动芯片；
所述检测端的表面嵌设有显示屏，所述显示屏电性连接显示驱动芯片，所述线圈绕组电性连接整流器；
线圈绕组产生的的交变感应电流经过整流器输出为脉动直流电，脉动直流电通过稳压器稳压输出至单片机和显示驱动芯片供电，整流器输出的脉动直流电通过模数转换器转换为高低电平的数字信号，数字信号输出到单片机内处理，数字信号的频率可计算出脉动直流电的频率，则可得出交变感应电流的频率，则得出旋转辊的转速；
管道输送压力越大，直角管内流速越大，旋转辊转速越快，产生的交变感应电流频率越高，整流获得的脉动直流电频率越高，转换为数字信号的频率越高，即管道内压力变化均可通过数字信号频率变化反应，单片机根据输入的数字信号频率得出压力管道内输送压力值，并通过显示驱动芯片输出到显示屏上显示出来，读数直观且精准。
本发明具有以下有益效果：
1、根据伯努利原理窄区和出水口的直径不同导致窄区的流速大于出水口的流速，则使得窄区的压力小于出水口的压力，则部分水流沿出水口处的直角管管口流向窄区的直角管管口形成持续水流，水流通过倾斜的磁条带动旋转辊转动在线圈绕组中产生感应电流提供电力盒电能，无需额外增加供能装置或布线，降低成本、节约电能，且安装使用便捷。
2、密封套安装在直角管与连接管的连接处，避免长时间使用导致直角管与连接管连接处漏水，从而使得装置检测压力产生误差，增加了装置压力检测的精确性，且增加了装置的使用寿命。
3、输送压力变化导致直角管内产生不同流速的水流，使得磁条和旋转辊的转速发生变化，转速变换的产生的交变感应电流频率发生变化，则使得整流成脉动直流电的频率发生变化，则模数转换的数字信号频率发生变化，则单片机能够根据数字信号频率的变换反向分析计算输送压力的变换并通过显示屏显示，即能够保证其精准的压力检测，也能够使得压力数值直观的显示在显示屏上，避免读数误差。
综上所述，本发明利用伯努利原理在连接管内形成压力差从而使得直角管内产生压差水流，通过磁条和线圈绕组将压差水流转换为电能供电力盒使用，通过线圈绕组产交变生感应电流的频率计算出管道输送压力，达到了准确检测、节省电能、降低成本、使用便捷的有益效果。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于流体力学的管道压力检测装置的结构示意图；
图2为本发明提出的一种基于流体力学的管道压力检测装置的电力盒结构示意图；
图3为本发明提出的一种基于流体力学的管道压力检测装置的控制主板组成框图；
图4为本发明提出的一种基于流体力学的管道压力检测装置的磁条部分放大图。
图中：1连接管、11进水口、12出水口、13窄区、2电力盒、21供电端、211铁芯、212线圈绕组、22检测端、221显示屏、222控制主板、201单片机、202显示驱动芯片、203模数转换器、204整流器、205稳压器、3直角管、31密封套、32圆环架、33旋转辊、331磁条。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-4，一种基于流体力学的管道压力检测装置，包括连接管1，连接管1包括进水口11和出水口12，进水口11和出水口12之间设置有窄区13，连接管1上密封插设有直角管3，直角管3内壁上对称安装有两个圆环架32，两个圆环架32上共同转动安装有旋转辊33，旋转辊33的外壁上环形等距安装有多个磁条331，连接管1上安装有电力盒2，电力盒2包括供电端21和检测端22，直角管3插设在供电端21内，供电端21内环绕直角管3嵌设有多个铁芯211，每个铁芯211上绕制有线圈绕组212，检测端22内嵌设安全有控制主板222，控制主板222上分别安装有单片机201、显示驱动芯片202、模数转换器203、整流器204和稳压器205。
直角管3与连接管1的连接处均安装有密封套31，避免长时间使用导致连接处漏水而影响压力检测的精准度，增加装置检测的精确性和装置的使用寿命，直角管3的两端分别插设连通窄区13和出水口12；
窄区13的内径小于出水口12的内径，则在同一输送压力情况下，窄区13的流速大于出水口12的流速，根据伯努利原理可知，管道内流速大的区域压力小于流速低的区域压力，则窄区13处的压力小于出水口12处的压力，则直角管3位于窄区13的管口压力小于位于出水口12的管口压力，则部分水流沿出水口12的直角管3管口处流向窄区13的直角管3管口处，且水流在直角管3内持续流动；
不同的输送压力会使得出水口12与窄区13的压力呈正比改变，则出水口12与窄区13的压力差值呈正比改变，即输送压力增大，出水口12压力和窄区13压力均增大相同比例，则压力差值增大，则直角管3内水流速增大，输送压力减小，出水口12压力与窄区13压力均减小相同比例，则压力差值减小，则直角管3内水流速减小。
每个磁条331均倾斜安装在旋转辊33上；
倾斜安装的磁条331在水流沿直角管3流动时，推动磁条331的倾斜面转动，则使得旋转辊33转动，多个磁条331随旋转辊33转动在线圈绕组212上产生感应电流，且感应电流为交变感应电流；
直角管3内流速不同，磁条331转动的速度不同，即直角管3内流速越快，磁条331转动速度越快，产生交变感应电流的频率越高，直角管3内流速越慢，磁条331转动速度越慢，产生交变感应电流的频率越低。
单片机201分别电性连接显示驱动芯片202和模数转换器203，整流器204的输出端分别电性连接模数转换器203和稳压器205，稳压器205分别电性连接单片机201和显示驱动芯片202；
检测端22的表面嵌设有显示屏221，显示屏221电性连接显示驱动芯片202，线圈绕组212电性连接整流器204；
线圈绕组212产生的的交变感应电流经过整流器204输出为脉动直流电，脉动直流电通过稳压器205稳压输出至单片机201和显示驱动芯片202供电，整流器204输出的脉动直流电通过模数转换器203转换为高低电平的数字信号，数字信号输出到单片机201内处理，数字信号的频率可计算出脉动直流电的频率，则可得出交变感应电流的频率，则得出旋转辊33的转速；
管道输送压力越大，直角管3内流速越大，旋转辊33转速越快，产生的交变感应电流频率越高，整流获得的脉动直流电频率越高，转换为数字信号的频率越高，即管道内压力变化均可通过数字信号频率变化反应，单片机201根据输入的数字信号频率得出压力管道内输送压力值，并通过显示驱动芯片202输出到显示屏221上显示出来，读数直观且精准。
本发明在使用时，将连接管1的进水口11和出水口12连接在输送管道(图未示)上，输送管道开始输送水流时，水流通过进水口11流向出水口12，由于进水口11和出水口12之间存在窄区13，则水流在窄区13处流速增加，在出水口12处流速恢复，即窄区13的流速大于出水口12的流速，根据伯努利原理可知，窄区13处的压力小于出水口12处的压力，则直角管3位于出水口12处管口压力大于位于窄区13处管口压力，则部分水流沿出水口12处的直角管3管口流向窄区13处的直角管3管口，即直角管3内形成持续水流，水流经过多个倾斜安装的磁条331使得磁条331带动旋转辊33转动，转动的磁条331使得线圈绕组212产生交变感应电流；
交变感应电流输出到整流器204整流成脉动直流电，脉动直流电经过稳压器205稳压输出至单片机201和显示驱动芯片202使用，则单片机201启动初始化，显示屏221点亮，脉动直流电经模数转换器203转换为数字信号，数字信号输入到单片机201中处理，单片机201通过内置的程序和输入数字信号的频率计算出脉动直流电频率，从而计算出交变感应电流频率，则计算出磁条331和旋转辊33的转速，从而计算出直角管3两端的压差，则计算出管道输送压力，单片机201将压力值通过显示驱动芯片202输出到显示屏221显示；
不同使得管道输送压力使得直角管3两端的压差发生变化，则直角管3内流速发生改变，则磁条331的转速发生变化，则线圈绕组212产生的交变感应电流频率发生变化，则整流器204输出的脉动直流电频率发生变化，则模数转换器203转换的数字信号频率发生变化，则单片机201通过内置程序反向推算出管道输送压力，其检测准确、无需额外电源供电、节省电能、使用安装便捷且能够长期使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于流体力学的管道压力检测装置，包括连接管(1)，其特征在于，所述连接管(1)包括进水口(11)和出水口(12)，所述进水口(11)和出水口(12)之间设置有窄区(13)，所述连接管(1)上密封插设有直角管(3)，所述直角管(3)内壁上对称安装有两个圆环架(32)，两个所述圆环架(32)上共同转动安装有旋转辊(33)，所述旋转辊(33)的外壁上环形等距安装有多个磁条(331)，所述连接管(1)上安装有电力盒(2)，所述电力盒(2)包括供电端(21)和检测端(22)，所述直角管(3)插设在供电端(21)内，所述供电端(21)内环绕直角管(3)嵌设有多个铁芯(211)，每个所述铁芯(211)上绕制有线圈绕组(212)，所述检测端(22)内嵌设安全有控制主板(222)，所述控制主板(222)上分别安装有单片机(201)、显示驱动芯片(202)、模数转换器(203)、整流器(204)和稳压器(205)。
2.根据权利要求1所述的一种基于流体力学的管道压力检测装置，其特征在于，所述直角管(3)与连接管(1)的连接处均安装有密封套(31)，所述直角管(3)的两端分别插设连通窄区(13)和出水口(12)。
3.根据权利要求1所述的一种基于流体力学的管道压力检测装置，其特征在于，每个所述磁条(331)均倾斜安装在旋转辊(33)上。
4.根据权利要求1所述的一种基于流体力学的管道压力检测装置，其特征在于，所述单片机(201)分别电性连接显示驱动芯片(202)和模数转换器(203)，所述整流器(204)的输出端分别电性连接模数转换器(203)和稳压器(205)，所述稳压器(205)分别电性连接单片机(201)和显示驱动芯片(202)。
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