一、流速仪的种类、性能和测流原理
1.流速仪的种类
国产流速仪一般为机械转子式,可分为纵轴和横轴两大类共九种,分别适用于河、湖、库、渠的测流。纵轴流速仪以LS68-2型旋杯式为代表,横轴流速仪以LS25-1型旋浆式为代表,如图3-1、图3-2所示,适用范围见表3-1。
2.流速仪的性能
(1)坚固情况:旋杯式流速仪的部件细弱,易受外力损伤,泥沙容易浸入内部;旋浆式流速仪的部件坚固,有一定的抗外力损伤能力,泥沙不易浸入。
图3-1 LS68-2型旋杯式流速仪外形图
图3-2 LS25-1型旋浆式流速仪外形图
表3-1 部分国产流速仪的施测范围和主要用途
续表
(2)抗漂浮物情况:旋杯式流速仪易被漂浮物缠住,旋浆式流速仪有一定的避让漂浮物的能力。
(3)侧向流速影响情况:旋杯式流速仪对测向流速感应灵敏,有横向分速时,可全测得,因而它测得的是最大流速(即合速),不能直接测得垂直于横断面的流速。在斜流中用旋杆吊挂旋装流速仪,可以直接测得垂直于断面的流速。
(4)流速脉动影响:在脉动和流向混合影响下,旋杯式流速仪成果偏大,旋浆式流速仪测得流速偏小。
(5)垂直偏转角影响:当垂直偏角在5~10°范围时,旋杯式流速仪可使流速偏小,最大误差可达5%;旋浆式流速仪可使流速偏小3%左右。
3.流速仪的测流原理
流速仪测速,是靠其旋转部分(转子)转动而实现的。当流速仪放入水中之后,转子受水流冲击转动起来,水流速度越快,转子的转速也越快,呈正比例关系,可用下式表示:
式中 v——流速,m/s;
N——转子转率,r/min,即转子总转数与相应的流速历时之比;
K——系数,由厂家率定;
C——仪器的摩阻系数或称启动流速,由厂家率定,m/s。
流速仪以其转子的转速快慢,来反映水流速度的快慢。这就是利用流速仪测定水流速度的根据。
由于每架仪器的转动部分及零配件的几何形状、光洁度、尺寸公差都不是绝对相同的,因此每架流速仪转子的灵敏度不尽相同,这就使得每架流速仪转子的转速与水流之间的函数关系也不完全相同,即公式中K和C的数值不同。故每架流速仪都有它自己特有的流速计算公式,使用哪架仪器,就要用该仪器自己的计算公式。流速计算公式是由厂家或水文仪器检测部门检定出来的。
流速仪转子的转速,是通过电路传导、电铃计数、秒表计时,经计算而得出的,旋杯(或旋浆)式流速仪转子转动5r(或20r),电路接通一次,即电铃响一次。统计时段内(100s以上)电铃的响次,乘以5(或20)即为旋杯(或旋浆)式流速仪转子的总转数,进而利用式(3-1)求出水流速度。
4.流速仪显示器
流速仪显示器,是为简化测速程序、配合流速仪使用的流速显示器。通过信号传输电路与流速仪连接可直接显示出一定时间内的平均流速,简化了测速程序,提高了流速仪测速的工作效率。