LS45A型流速儀特殊檢定與檢查方法探討

金福一

（遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003）

LS45A型流速儀特殊檢定與檢查方法探討

金福一

（遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003）

提出利用LS45A流速儀自帶的 HR型流速測算儀來采集不同車速下的流速儀轉(zhuǎn)率n，與對應(yīng)的檢定車速v擬合檢定公式的方法，通過實(shí)踐檢驗，證明該方法的可行性。同時提出LS45A型旋杯式流速儀使用前的檢查判斷方法，以保證流速測驗精度。

LS45A型流速儀；特殊；檢定；檢查；方法

1 引言

LS45A型旋杯式流速儀信號為無觸點(diǎn)式，儀器每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生4個電信號，靈敏度高。該儀器耐腐蝕免拆洗，防沙性能良好，測速范圍:0.015～3.5m/s，工作水深:0.05～3m。采用HR型流速測算儀可直接輸出流速值，使用方便，廣泛應(yīng)用于渠道、溪流、河道等流速測驗工作。

LS45A型旋杯式流速儀信號輸出方式不同于常見流速儀的開關(guān)通斷信號，而是通過霍爾元件的高低電平來產(chǎn)生輸出信號，其低電平≤0.7V，高電平≥3V，脈沖寬度≥1ms。對于目前國內(nèi)大多數(shù)流速儀檢定水槽數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來說，難以檢測高低電平信號。筆者提出利用LS45A流速儀自帶的 HR型流速測算儀來采集不同車速下的流速儀轉(zhuǎn)率n，與對應(yīng)的檢定車速 v擬合檢定公式的方法。LS45A型旋杯式流速儀設(shè)計精密，使用過程中稍不注意，會造成流速數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，筆者提出 LS45A型旋杯式流速儀使用前的檢查判斷方法，以保證流速測驗精度。

2 流速儀檢定原理

在一定的速度范圍內(nèi)，流速儀轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)率與水流速度呈現(xiàn)近似線性關(guān)系。為此，國內(nèi)外采用直線靜水槽實(shí)驗方法，通過檢定車拖動流速儀運(yùn)行，以檢定車速代替水流速度，同時采集檢定車速度和流速儀轉(zhuǎn)數(shù)，擬合流速儀轉(zhuǎn)率n與水流速度 V之間的檢定公式［1］，見公式（1）。

式中:V—流速，單位為米每秒（m/s）；

n—轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)率，等于轉(zhuǎn)子總轉(zhuǎn)數(shù)N與相應(yīng)的測速歷時 T之比，即 n=N/T，單位為負(fù)一次方秒（s-1）；

a—儀器常數(shù)，單位為米每秒（m/s）；

b—儀器的水力螺距，單位為米（m）。

LS45A型旋杯式流速儀為高低電平信號，目前國內(nèi)大多數(shù)水槽的檢定系統(tǒng)沒有升級，難以采集處理該類型信號。因此必須采取特殊方法得到 LS45A型旋杯式流速儀的轉(zhuǎn)率n。

3 檢定LS45A型旋杯式方法

LS45A型旋杯式流速儀自帶的 HR型流速測算儀如圖 1所示。

圖1 HR型流速測算儀

LS45A型旋杯式流速儀使用時，自帶的 HR型流速測算儀需要事先輸入流速儀檢定公式和測驗歷時，安裝到測點(diǎn)位置后開始測量，達(dá)到設(shè)定的測驗歷時后自動顯示出測點(diǎn)流速。依據(jù)以上工作原理，更改 HR型流速測算儀內(nèi)設(shè)置的參數(shù)，達(dá)到直接顯示流速儀轉(zhuǎn)率的目的。具體方法如下。

3.1 簡化HR型流速測算儀內(nèi)部公式

HR型流速測算儀是依據(jù)早期流速儀檢定公式［2］設(shè)計的，見公式（2）。

公式（2）與公式（1）相比較，K相當(dāng)于 b，C相當(dāng)于 a，其他符號含義相同。參照 HR型流速測算儀使用說明書，設(shè)置參數(shù)為:K=0.5000，C= 0.0000，即將 HR型流速測算儀內(nèi)部公式簡化成V=0.5n。

3.2 確定HR型流速測算儀測驗歷時T

在直線靜水槽中，檢定車運(yùn)行需要經(jīng)過加速段、穩(wěn)定段、測量段和制動段共 4個階段［3］。采集流速儀轉(zhuǎn)率要在測量段完成，得到一組檢定車速度與轉(zhuǎn)率數(shù)據(jù)。受水槽長度限制，檢定車在不同速度級［2］下的測 量段經(jīng)歷 的時間不 同，檢 定車 速度越高，測量段越短。

因此測驗歷時 T應(yīng)根據(jù)檢定車在不同速度級時測量段運(yùn)行時間來確定，預(yù)留出檢定車達(dá)到測量段時按下HR型流速測算儀【測量】鍵的時間，當(dāng)檢定車測量段結(jié)束前達(dá)到測驗歷時得到轉(zhuǎn)率數(shù)據(jù)，保證采集的數(shù)據(jù)均在測量段完成。

3.3 采集車速和轉(zhuǎn)率數(shù)據(jù)

將LS45A型旋杯式流速儀懸掛在檢定車測桿上，檢定車按照設(shè)定好的各速度級（測點(diǎn)數(shù)目不小于12點(diǎn)［2］），逐一從低速到高速運(yùn)行，在每個速度級，同時采集車速和轉(zhuǎn)率數(shù)據(jù)。檢定車速由檢定車控制系統(tǒng)自動采集，轉(zhuǎn)率數(shù)據(jù)通過 HR型流速測算儀采集。

當(dāng)檢定車在某一速度級達(dá)到測量段時，按下HR型流速測算儀【測量】鍵，HR型流速測算儀自動記錄流速儀信號數(shù)量和時間數(shù)據(jù)，達(dá)到測驗歷時后，自動顯示流速數(shù)據(jù)V，根據(jù) HR型流速測算儀內(nèi)部的簡化公式 V=0.5n，可以得出對應(yīng)的轉(zhuǎn)率n。

3.4 擬合LS45A型旋杯式流速儀檢定公式

以每個速度級下檢定車速 V和對應(yīng)計算出的轉(zhuǎn)率 n作為一組數(shù)據(jù)，采用最小二乘法擬合流速儀檢定公式［4］。檢定車速和對應(yīng)轉(zhuǎn)率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表 1流速儀檢定記錄表。

表1 流速儀檢定記錄表

流速儀檢定公式為:V=0.0086+0.4355n，

全線相對均方差［3］:m=0.7936。

根據(jù)表1的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，各速度級相對誤差［3］和全線相對均方差符合規(guī)范的規(guī)定，檢定公式準(zhǔn)確。

4 LS45A型旋杯式使用前檢查方法

LS45A型旋杯式流速儀儀器結(jié)構(gòu)和信號輸出不同于常見流速儀，在使用前要確保工作狀態(tài)正常方可使用。

4.1 檢查儀器靈敏度

靈敏度可用經(jīng)驗方法檢查，即向旋杯輕輕吹氣，觀察旋杯轉(zhuǎn)動情況，旋杯應(yīng)起轉(zhuǎn)靈活，轉(zhuǎn)動過程中無卡阻，停止徐緩。若轉(zhuǎn)動不靈活或晃蕩，應(yīng)調(diào)整儀器軸向間隙，間隙一般在0.03～0.08mm，直到儀器靈敏度符合要求。

4.2 檢查儀器信號

LS45A型旋杯式流速儀有3個感應(yīng)水流的小杯子，磁感應(yīng)支部件有4個，儀器每轉(zhuǎn)一周 HR型流速測算儀產(chǎn)生4個信號，見圖2。

圖2 LS45A型旋杯式流速儀結(jié)構(gòu)圖

LS45A型旋杯式流速儀在維護(hù)或使用中，因更換配件或機(jī)械磨損，磁感應(yīng)支部件和電極之間的距離會發(fā)生變化，造成儀器每轉(zhuǎn)信號數(shù)僅有2、3個信號現(xiàn)象，因此使用前或檢定前要進(jìn)行檢查判斷。

一般檢查時旋杯旋轉(zhuǎn)一周需要撥動3個杯子，觀察是否出現(xiàn)4個信號，受信號產(chǎn)生時機(jī)和旋轉(zhuǎn)角度影響，僅僅轉(zhuǎn)動一周難以判斷信號是否正常。正確的做法是將 HR型流速測算儀的測驗歷時設(shè)定在50 s（足夠轉(zhuǎn)動旋杯10周），按【測量】鍵，按照旋杯工作時旋轉(zhuǎn)方向輕輕撥動旋杯，數(shù)小杯子的數(shù)量到30時停止轉(zhuǎn)動，即旋杯剛好轉(zhuǎn)動10周，此時觀察 HR型流速測算儀顯示的信號數(shù)（液晶顯示窗左側(cè)為秒數(shù)，右側(cè)為信號數(shù)），若信號數(shù)為40±1，說明信號正常。

若信號數(shù)為30±1或更低，說明儀器丟失信號，應(yīng)調(diào)整磁感應(yīng)支部件和電極之間的距離，直到流速儀信號正常。

4.3 檢查HR型流速測算儀

HR型流速測算儀每次使用時要核對內(nèi)置的流速儀檢定公式和測驗歷時是否正確，流速儀重新檢定后，要及時將內(nèi)置原公式改成新公式，具體檢查和設(shè)置方法可參考 HR型流速測算儀使用說明書。

5 結(jié)論

LS45A型旋杯式流速儀特殊檢定方法可解決大多數(shù)水槽自動檢定系統(tǒng)不能直接采集霍爾元件高低電平信號問題，通過水槽實(shí)際檢驗，檢定方法可行，檢定公式符合規(guī)范要求。LS45A型旋杯式流速儀使用前檢查方法可避免儀器工作狀態(tài)異常，保證流速測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

［1］GB/T21699-2008.直線明槽中的轉(zhuǎn)子式流速儀檢定/校準(zhǔn)方法［S］.

［2］SL/T 150-95.直線明槽中轉(zhuǎn)子式流速儀的檢定方法［S］.

［3］GB/T11826-2002.轉(zhuǎn)子式流速儀［S］.

［4］金福一.流速儀檢定系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理方法的研究［J］.水利信息化，2015（02）: 55-58.

《全國水中長期供求規(guī)劃》通過專家審查

2015年7月 15日，水利部在北京召開了《全國水中長期供求規(guī)劃》審查會。水利部副部長矯勇出席了會議并講話，水利部總規(guī)劃師周學(xué)文主持會議。

會議成立了專家組，聽取了水利水電規(guī)劃設(shè)計總院關(guān)于規(guī)劃成果的匯報，并進(jìn)行了深入細(xì)致地討論，一致同意全國水中長期供求規(guī)劃成果通過審查。建議根據(jù)專家意見進(jìn)一步修改完善后盡快上報審批。

發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部、國土資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、農(nóng)業(yè)部、林業(yè)局，水利部有關(guān)司局、流域機(jī)構(gòu)等單位的代表，以及特邀專家參加了會議。

（摘自：水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院網(wǎng)站，http：//www.giwp.org.cn/index.do）

P335

A

1008-1305（2015）05-0001-03

DO I：10.3969/j.issn.1008-1305.2015.05.001

金福一（1970年—），男，高級工程師。