常規(guī)型流速儀的測(cè)量原理

發(fā)布：2018-12-18 | 點(diǎn)擊：人次

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測(cè)量河流、湖泊和渠道等水體的水流速度的儀器。有機(jī)械、電測(cè)和超聲三種類型。機(jī)械型以轉(zhuǎn)子式為主，有旋槳式和旋杯式流速儀。電測(cè)型有電磁式流速儀。超聲型有時(shí)差法和多普勒法流速儀。

流速儀一般適用于定點(diǎn)測(cè)時(shí)段平均流速。由磁式流速儀或一轉(zhuǎn)多訊號(hào)的轉(zhuǎn)子式流速儀能測(cè)瞬時(shí)流速，也可用作動(dòng)船法測(cè)速。儀器的測(cè)速范圍一般為 0.03～5.00米/秒，適用水深一般為0.2～20米。1790年德國(guó)R.沃爾特曼制成轉(zhuǎn)子式流速儀，用于流速測(cè)量。中國(guó)20世紀(jì)50～60年代制造使用的旋杯式和旋槳式流速儀，具有防水防沙性能良好的特點(diǎn)。流速儀的發(fā)展方向是非轉(zhuǎn)子的電測(cè)技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、超聲波技術(shù)和遙測(cè)技術(shù)。旋槳式流速儀主要由旋槳、身架和尾翼三部分組成。旋槳內(nèi)裝有訊號(hào)觸點(diǎn)和軸承轉(zhuǎn)軸等，中國(guó)"25-1型”旋槳流速儀的轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)中有曲折的迷宮結(jié)構(gòu)，內(nèi)部充滿輕機(jī)油，有較好的防水防沙性能，能在高流速和多沙河流中使用。旋槳式流速儀、旋杯式流速儀和旋葉式流速儀均屬轉(zhuǎn)子式流速儀，工作原理基本相同，是利用水流動(dòng)力推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)速度推求流速。公式為：

流速儀

式中υ為流速；N為時(shí)段內(nèi)的總轉(zhuǎn)數(shù)；t為時(shí)段歷時(shí)；c為常數(shù)，反映轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩阻力；K值取決于槳葉螺距或杯型。K、c值均在專用水槽中檢定得出。在低速情況下由于c值的影響較大，流速公式呈曲線函數(shù)關(guān)系，不再使用上式。

轉(zhuǎn)數(shù)用計(jì)數(shù)器顯示，zui簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器是小電燈、電鈴和晶體管音響器。旋槳每轉(zhuǎn)動(dòng)20圈,開(kāi)關(guān)接通一次,電燈閃光或音響，由人工記數(shù)，停表計(jì)時(shí)，較完善的有電動(dòng)計(jì)數(shù)表、電子計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器和直讀流速顯示器等，這些計(jì)數(shù)器可用于旋槳每轉(zhuǎn)動(dòng) 1圈有許多訊號(hào)的流速儀，能提高測(cè)速精度。

電磁式流速儀原理是把水流作為導(dǎo)體，在一定的磁場(chǎng)中切割磁力線，即產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，其電壓與流速成正比。儀器沒(méi)有轉(zhuǎn)子，外形光滑，體積小，功耗低，體腔中有勵(lì)磁線圈，在表面與磁力線垂直的方向上鑲有一對(duì)電極與水體相通。當(dāng)水流在其表面流動(dòng)時(shí)，電極上產(chǎn)生微量電壓信號(hào)，用導(dǎo)線傳送到計(jì)數(shù)器上，經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換等電路處理，即可直接顯示流速。

超聲波測(cè)速儀原理見(jiàn)圖。把換能器布設(shè)在河岸兩邊某水深處，呈斜線方向，A點(diǎn)發(fā)出一個(gè)聲脈沖到達(dá)B點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)段為t1，反之由B點(diǎn)發(fā)A點(diǎn)收的歷時(shí)為t2，由于流速的存在，逆水方向聲速減低，順?biāo)畡t增高，時(shí)間差Δt=t1-t2，流速 υ與Δt有線性函數(shù)關(guān)系。用微秒級(jí)的測(cè)時(shí)電路，經(jīng)過(guò)處理計(jì)算，即可直接顯示AB線段上的平均流速。

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