專利名稱：任意面靜水面壓測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是在靜水中測量任意形狀表面的面壓測量儀，屬于水力學
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)在靜水中只能測量垂直放置的矩形平面的水平壓力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述存在的缺陷，提出一種在靜水中可測水對任意形狀表面的壓力(大小、方向、作用點)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案其結(jié)構(gòu)是上部水箱設(shè)在貯水箱的支座上，貯水箱內(nèi)裝有水泵，水泵通過進水管將貯水箱內(nèi)的水送到上部水箱內(nèi)，上部水箱與貯水箱間有出水管，上部水箱內(nèi)設(shè)有待測的曲面的組合體(壓力體、投影體)，上部水箱與帶有刻度標記的杠桿間有可左右移動的支點軸體，曲面的組合體與帶有刻度標記的杠桿滑動接觸，且兩者間能左右前后移動。帶有刻度標記的杠桿的左側(cè)上有自行設(shè)定位置滑塊，帶有刻度標記的杠桿的右側(cè)上有調(diào)平塊，帶有刻度標記的杠桿的左端設(shè)有法碼垂桿。本發(fā)明的優(yōu)點可測任意形狀的表面所受的靜水水壓力，避免了以往求不規(guī)則表面所受水壓力的繁雜近似計算(有限元法、差分)，解決了工程上的難題。利用矢量分解，力矩替代、力偶、力的轉(zhuǎn)換，用于教學可培養(yǎng)學生多元思維，改變了以往教學實驗中，只測水對平面的水平壓力單一性，豐富完善靜水壓力內(nèi)容，不僅適用大學水利類專業(yè)，亦適用中學物理實驗。


附圖1是本發(fā)明的實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是取組合體的壓力體為扇形體的實施例示意圖(1/4圓柱體)，同時又可當作投影體。
附圖3是組合體為投影體的水平壓力F1作用在平面abcd的實施例示意圖(圖中的R是水對曲面的總壓力)。
附圖4是作用在曲面bchE水平壓力與作用在平面abcd的水平壓力的實施例示意圖。
附圖5是曲面Ebch垂直壓力(壓力體)實施例示意圖。
圖中的1是貯水箱、2是水泵、3是出水管、4是進水管、5是支座、6是曲面的組合體、7是上部水箱、8砝碼垂桿、9是支點軸體、10是調(diào)平塊、11是帶有刻度標記的杠桿，abcd是平面、Ebch、adGF是曲面。
具體實施例方式
對照附圖1，上部水箱7設(shè)在貯水箱1的支座5上，貯水箱1內(nèi)裝有水泵2，水泵2通過進水管4將貯水箱1內(nèi)的水送到上部水箱7內(nèi)，上部水箱7與貯水箱2間有出水管3，上部水箱7內(nèi)設(shè)有待測的曲面的組合體6，上部水箱7與帶有刻度標記的杠桿11間有可移動的支點軸體9，曲面的組合體6與帶有刻度標記的杠桿11滑動接觸，帶有刻度標記的杠桿11的左側(cè)上有自行設(shè)定位置滑塊L，帶有刻度標記的杠桿11的右側(cè)上有調(diào)平塊10，帶有刻度標記的杠桿11的左端設(shè)有砝碼垂桿8。
工作過程用調(diào)平塊10使帶有刻度標記的杠桿11處于水平狀態(tài)，并記錄曲面的組合體6的位置(之前要先調(diào)支座5，使上部水箱7水平)。接通電源，使水泵2將儲水箱1的水經(jīng)進水管4進入上部水箱7，待一定水位后，關(guān)閉進水管4上的閥門。
實測程序(以1/4柱面為例)，(1)調(diào)節(jié)支座5，使上部水箱7底部水準泡居中，上部水箱7處于水平狀態(tài)。
(2)曲面的組合體6在帶有刻度的杠桿11上滑動，設(shè)定滑動位置L1、L2。設(shè)定滑動位置L1(距支點軸體)＝15cm，在支點軸體9左邊，調(diào)平塊10在支點軸體9右邊，距支點軸體9為13cm，設(shè)定滑動位置L2(距支點軸體)＝17cm，在支點左邊，調(diào)平塊10在支點右邊16cm處。此時，帶有刻度的杠桿11處于水平狀態(tài)。
(3)打開進水管4上的閥門，將水浸在曲面的組合壓力體6的9cm處，此時在設(shè)定滑動位置L1條件下，通過在法碼垂桿8加砝碼G1，使帶有刻度的杠桿11水平，記入已知的砝碼重量為G1，因組合壓力體的水平方向被水包圍，水平合力為零，如圖4所示。于是便可替換成只有鉛直力作用于組合壓力體，如圖5所示。G10(壓力體)×X(鉛直力距支點軸體的力臂)＝G1×27.5(砝碼垂桿8距支點軸體的力臂) (I)又在L2條件下，水仍在組合體6的9cm浸線處，通過在法碼垂桿8再加砝碼G2使帶有刻度的杠桿11水平，則有G10×(X+2)＝(G1+G2)×27.5(II)將(I)式代入(II)式得G10＝27.5×G2/2
(4)取所求曲面的水平投影為鉛直面的組合投影體，組合投影體的表面由鉛直面1，垂直于鉛直面的柱面2(柱面的邊界是鉛直面的邊界)，及以支點軸體為轉(zhuǎn)軸、以過鉛直面的最底點且平行于轉(zhuǎn)軸的直線為母線所形成的旋轉(zhuǎn)面被柱面2所割部分為組合投影體的另一面(設(shè)此面為曲面3)。此時，組合投影體在設(shè)定滑動位置L1條件下，水仍浸在組合投影體的9cm處，曲面3所受的水平力等于鉛直面1所受的水平力F1，柱面2所受的鉛垂力為w1，組合投影體所受的鉛垂力為w2，曲面3所受的鉛垂力為w3。則W1＝W2-W3W2，W3通過步驟(3)可求。
w1×L10(w1對支點的力臂)+F1×Y(Y是F1對支點的力臂)＝G3×27.5(III) L10可求，Y(可通過對單獨的鉛直面1，移加上下移動的水平軸，9cm的水對鉛直面1的合力是否超過水平軸使鉛直面1轉(zhuǎn)動來求)，G3為使杠桿11平衡在砝碼垂桿8加的砝碼重量。
而實測例子中W1＝0，Y＝6代入(III)式 F1＝G3×27.5/6(5)當所求曲面的水平力F1在鉛直面1的垂直面亦有水平分力時，可重復(fù)(4)中過程，此時求對所求曲面旋轉(zhuǎn)90°的水平投影面所受的水平力。
(6)組合體及支點軸體的前后左右移動可判定F1與G10是否作用在同一個平面內(nèi)。
(7)由壓力體G10(垂直方向)和Ebch水平壓力F1可求合力(R1)及作用點R12＝G102+F12(8)可將實測結(jié)果與理論值比較，評定儀器精度。
權(quán)利要求
1.任意面靜水面壓測量儀，其特征是上部水箱設(shè)在貯水箱(7)的支座(5)上，貯水箱(7)內(nèi)裝有水泵(2)，水泵(2)通過進水管(4)將貯水箱(1)內(nèi)的水送到上部水箱(7)內(nèi)，上部水箱(7)與貯水箱(1)間有出水管(3)，上部水箱(7)內(nèi)設(shè)有待測的曲面的組合體(6)，上部水箱(7)與帶有刻度標記的杠桿(11)間有可左右移動的支點軸體(9)，曲面的組合體(6)與帶有刻度標記的杠桿(11)滑動接觸，并能左右前后移動，帶有刻度標記的杠桿(11)的左側(cè)上有自行設(shè)定位置滑塊(L)，帶有刻度標記的杠桿的右側(cè)上有調(diào)平塊(10)，帶有刻度標記的杠桿(11)的左端設(shè)有砝碼垂桿(8)。
全文摘要
本發(fā)明是任意面靜水面壓測量儀，其結(jié)構(gòu)是上部水箱設(shè)在貯水箱的支座上，貯水箱內(nèi)裝有水泵，水泵通過進水管將貯水箱內(nèi)的水送到上部水箱內(nèi)，上部水箱與貯水箱間有出水管，上部水箱內(nèi)設(shè)有待測的曲面的組合體(壓力體、投影體)，上部水箱與帶有刻度標記的杠桿間有可左右移動的支點軸體，曲面的組合體與帶有刻度標記的杠桿滑動接觸，并能左右前后移動。帶有刻度標記的杠桿的左側(cè)上有自行設(shè)定位置滑塊，帶有刻度標記的杠桿的右側(cè)上有調(diào)平塊，帶有刻度標記的杠桿的左端設(shè)有砝碼垂桿。優(yōu)點可測任意形狀的表面所受的水壓力，避免了以往求不規(guī)則表面所受水壓力的繁雜近似計算(有限元法、差分)，解決了工程上的難題。用于教學可培養(yǎng)學生多元思維。
文檔編號G01L7/00GK1546967SQ200310106528
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者劉孝洋, 趙振興 申請人:河海大學