[发明专利]旋桨流速仪标准修订值低速直线公式的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋桨流速仪低速性能检定数据的处理方法和表达式，尤其是涉及一种旋桨流速仪的低速直线公式的设计方法，属于江河水文测验领域。

背景技术

流速仪是江河水文测验常规仪器，为了保证仪器计量的准确，需要在使用前对流速仪性能进行检测、检定。目前旋桨流速仪低速性能检测设备及其方法，各国都是根据国际标准ISO3455《直线明槽中转子式流速仪的检定》规定的指导性原则，制定本国流速仪检定标准，我国现有流速仪结构、性能是按照GB11826《转子流速仪》、SL/T150《直线明槽中转子流速仪的检定》标准技术要求制造、检测、检定。

目前流速仪检定是基于物体相对运动理论，即把江河中水流假设为直线明槽中的静水，流速仪安装在检定车测杆上，没入一定水深处，检定车沿直线明槽两岸轨道以一系列速度Vt作直线匀速运动。假设Vt为恒稳的标准输入量V，检测流速仪输出转速n，根据V_t、n绘制V～n曲线图。美、英等国把仪器检定曲线制成数表。德国A·OTT公司C-31型旋桨流速仪提供低速直线公式。

1、旋桨流速仪结构、性能

图1是旋桨流速仪主机结构图，如图所示，旋桨流速仪由传感部分旋桨1、旋转支承系统2、发信部件3、仪器座部件4组成的主机部分和尾翼、计数器及附属部件等构成。旋桨1安装在旋转支承系统2上，位于仪器的正前方，感受水流速度V，并产生旋转运动，其转数N由发信部件3转换为开关量电脉冲信号由电缆输出至计数器。计数单元根据在测速历时T内获得的转数N，计算旋桨转速n＝N/T，按下面的公式(1)计算水流速度V；低速曲线部分目前仍沿用传统方法：先计算出旋桨转速n，然后从低速V～n曲线图查读水流速度V。

旋桨流速仪性能包括：仪器起转速V₀、高速直线公式和低速曲线。

仪器起转速V₀测量是在检定车从低速逐步加速过程中，由工作者目测初估，最后由检定数据处理后确定。

高速直线公式是根据流速仪在水槽检定流程中检测的一系列数值：测量段距离L、旋桨转数N和相应的历时T。经过算术运算，求得：检定车速度Vt＝L/T、旋桨流速仪旋桨转速n＝N/T。通过对高速部分测点数据处理得到：

V＝Kn+C(1)

式中V为高速区水流速度；K为高速区旋桨水力螺距；n为高速区旋桨转速；C为仪器常数。

低速曲线原始数据检测同上，计算结果可得一系列测点：(V₁、n₁)₁、(V₁、n₁)₂、......(V₁、n₁)_k。V_k为低速曲线过渡到高速直线拐点的水流速度。据此，在标准厘米格纸上绘制测点，并选择适宜曲率的曲线板绘制V₁～n₁关系曲线，使用时进行查读。国外多采用数表形式。国内外水文学者曾研究用二次方程表示，但都因检测复杂，数据处理困难，无实用价值。

2、流速仪检定原理

流速仪检定其原理是基于物体相对运动理论。即把江河中直线运行的水流假设为直线明槽中静止的水体，而测流时固定在测点位置上的流速仪则安装在检定车测杆上，置于水中，由检定车驱驶在直线明槽两岸轨道上，以一系列恒稳速度Vt运行，由检测、数据处理系统完成上述性能成果。

图2为流速仪检定水槽及仪器安装示意图，包括：测速轮5、检测装置6、控制台及数据处理装置7和安装仪器测杆8等检定车部分；轨道9和槽体10等构成的基建部分；弧形闸11、防浪板12和堆石块13等构成的防浪设备；被检定旋桨流速仪14。检定槽宽为1.5～5m，长为100～250m。检定车由安装在车上的电机驱动，电机装机容量为4～364千瓦。车速为Vt，由于检定中水体波动引起的槽壁效应产生速度增量±ΔV，因此，实际作用在流速上的标准输入量V＝Vt±ΔV。

3、流速仪检定规程