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率n，與對應的檢定車速v擬合檢定公式的方法，通過實踐檢驗，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式，儀器每旋轉一周產生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通斷信號，而是通過霍爾元件的高低電平來產生輸出信號，其低電平≤0.7V，高電平≥3V，脈沖寬度≥1ms。對于目前國內大多數流速儀檢定水槽數據采集系統來說，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率n，與對應的檢定車速 v擬合檢定公式的方法。LS45A型旋杯式流速儀設計精密，使用過程中稍不注意，會造成流速數據不準確，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，流速儀轉子轉率與水流速度呈現近似線性關系。為此，國內外采用直線靜水槽實驗方法，通過檢定車拖動流速儀運行，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數，擬合流速儀轉率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—轉子轉率，等于轉子總轉數N與相應的測速歷時 T之比，即 n=N/T，單位為負一次方秒（s-1）；

a—儀器常數，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，目前國內大多數水槽的檢定系統沒有升級，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，安裝到測點位置后開始測量，達到設定的測驗歷時后自動顯示出測點流速。依據以上工作原理，更改 HR型流速測算儀內設置的參數，達到直接顯示流速儀轉率的目的。具體方法如下。

3.1 簡化HR型流速測算儀內部公式

HR型流速測算儀是依據早期流速儀檢定公式［2］設計的，見公式（2）。

公式（2）與公式（1）相比較，K相當于 b，C相當于 a，其他符號含義相同。參照 HR型流速測算儀使用說明書，設置參數為:K=0.5000，C= 0.0000，即將 HR型流速測算儀內部公式簡化成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，檢定車運行需要經過加速段、穩定段、測量段和制動段共 4個階段［3］。采集流速儀轉率要在測量段完成，得到一組檢定車速度與轉率數據。受水槽長度限制，檢定車在不同速度級［2］下的測 量段經歷 的時間不 同，檢 定車 速度越高，測量段越短。

因此測驗歷時 T應根據檢定車在不同速度級時測量段運行時間來確定，預留出檢定車達到測量段時按下HR型流速測算儀【測量】鍵的時間，當檢定車測量段結束前達到測驗歷時得到轉率數據，保證采集的數據均在測量段完成。

3.3 采集車速和轉率數據

將LS45A型旋杯式流速儀懸掛在檢定車測桿上，檢定車按照設定好的各速度級（測點數目不小于12點［2］），逐一從低速到高速運行，在每個速度級，同時采集車速和轉率數據。檢定車速由檢定車控制系統自動采集，轉率數據通過 HR型流速測算儀采集。

當檢定車在某一速度級達到測量段時，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量和時間數據，達到測驗歷時后，自動顯示流速數據V，根據 HR型流速測算儀內部的簡化公式 V=0.5n，可以得出對應的轉率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和對應計算出的轉率 n作為一組數據，采用最小二乘法擬合流速儀檢定公式［4］。檢定車速和對應轉率的統計數據見表 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。

根據表1的統計數據，各速度級相對誤差［3］和全線相對均方差符合規范的規定，檢定公式準確。

4 LS45A型旋杯式使用前檢查方法

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

4.1 檢查儀器靈敏度

靈敏度可用經驗方法檢查，即向旋杯輕輕吹氣，觀察旋杯轉動情況，旋杯應起轉靈活，轉動過程中無卡阻，停止徐緩。若轉動不靈活或晃蕩，應調整儀器軸向間隙，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個感應水流的小杯子，磁感應支部件有4個，儀器每轉一周 HR型流速測算儀產生4個信號，見圖2。

圖2 LS45A型旋杯式流速儀結構圖

LS45A型旋杯式流速儀在維護或使用中，因更換配件或機械磨損，磁感應支部件和電極之間的距離會發生變化，造成儀器每轉信號數僅有2、3個信號現象，因此使用前或檢定前要進行檢查判斷。

一般檢查時旋杯旋轉一周需要撥動3個杯子，觀察是否出現4個信號，受信號產生時機和旋轉角度影響，僅僅轉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定在50 s（足夠轉動旋杯10周），按【測量】鍵，按照旋杯工作時旋轉方向輕輕撥動旋杯，數小杯子的數量到30時停止轉動，即旋杯剛好轉動10周，此時觀察 HR型流速測算儀顯示的信號數（液晶顯示窗左側為秒數，右側為信號數），若信號數為40±1，說明信號正常。

若信號數為30±1或更低，說明儀器丟失信號，應調整磁感應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，要及時將內置原公式改成新公式，具體檢查和設置方法可參考 HR型流速測算儀使用說明書。

5 結論

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

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

［2］SL/T 150-95.直線明槽中轉子式流速儀的檢定方法［S］.

［3］GB/T11826-2002.轉子式流速儀［S］.

［4］金福一.流速儀檢定系統中數據處理方法的研究［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，水利部總規劃師周學文主持會議。

會議成立了專家組，聽取了水利水電規劃設計總院關于規劃成果的匯報，并進行了深入細致地討論，一致同意全國水中長期供求規劃成果通過審查。建議根據專家意見進一步修改完善后盡快上報審批。

發展改革委、工業和信息化部、國土資源部、住房和城鄉建設部、農業部、林業局，水利部有關司局、流域機構等單位的代表，以及特邀專家參加了會議。

（摘自：水利部水利水電規劃設計總院網站，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。