LS45A型流速仪特殊检定与检查方法探讨

金福一

（辽宁省水文局，辽宁 沈阳 110003）

LS45A型流速仪特殊检定与检查方法探讨

金福一

（辽宁省水文局，辽宁 沈阳 110003）

提出利用LS45A流速仪自带的 HR型流速测算仪来采集不同车速下的流速仪转率n，与对应的检定车速v拟合检定公式的方法，通过实践检验，证明该方法的可行性。同时提出LS45A型旋杯式流速仪使用前的检查判断方法，以保证流速测验精度。

LS45A型流速仪；特殊；检定；检查；方法

1 引言

LS45A型旋杯式流速仪信号为无触点式，仪器每旋转一周产生4个电信号，灵敏度高。该仪器耐腐蚀免拆洗，防沙性能良好，测速范围:0.015～3.5m/s，工作水深:0.05～3m。采用HR型流速测算仪可直接输出流速值，使用方便，广泛应用于渠道、溪流、河道等流速测验工作。

LS45A型旋杯式流速仪信号输出方式不同于常见流速仪的开关通断信号，而是通过霍尔元件的高低电平来产生输出信号，其低电平≤0.7V，高电平≥3V，脉冲宽度≥1ms。对于目前国内大多数流速仪检定水槽数据采集系统来说，难以检测高低电平信号。笔者提出利用LS45A流速仪自带的 HR型流速测算仪来采集不同车速下的流速仪转率n，与对应的检定车速 v拟合检定公式的方法。LS45A型旋杯式流速仪设计精密，使用过程中稍不注意，会造成流速数据不准确，笔者提出 LS45A型旋杯式流速仪使用前的检查判断方法，以保证流速测验精度。

2 流速仪检定原理

在一定的速度范围内，流速仪转子转率与水流速度呈现近似线性关系。为此，国内外采用直线静水槽实验方法，通过检定车拖动流速仪运行，以检定车速代替水流速度，同时采集检定车速度和流速仪转数，拟合流速仪转率n与水流速度 V之间的检定公式［1］，见公式（1）。

式中:V—流速，单位为米每秒（m/s）；

n—转子转率，等于转子总转数N与相应的测速历时 T之比，即 n=N/T，单位为负一次方秒（s-1）；

a—仪器常数，单位为米每秒（m/s）；

b—仪器的水力螺距，单位为米（m）。

LS45A型旋杯式流速仪为高低电平信号，目前国内大多数水槽的检定系统没有升级，难以采集处理该类型信号。因此必须采取特殊方法得到 LS45A型旋杯式流速仪的转率n。

3 检定LS45A型旋杯式方法

LS45A型旋杯式流速仪自带的 HR型流速测算仪如图 1所示。

图1 HR型流速测算仪

LS45A型旋杯式流速仪使用时，自带的 HR型流速测算仪需要事先输入流速仪检定公式和测验历时，安装到测点位置后开始测量，达到设定的测验历时后自动显示出测点流速。依据以上工作原理，更改 HR型流速测算仪内设置的参数，达到直接显示流速仪转率的目的。具体方法如下。

3.1 简化HR型流速测算仪内部公式

HR型流速测算仪是依据早期流速仪检定公式［2］设计的，见公式（2）。

公式（2）与公式（1）相比较，K相当于 b，C相当于 a，其他符号含义相同。参照 HR型流速测算仪使用说明书，设置参数为:K=0.5000，C= 0.0000，即将 HR型流速测算仪内部公式简化成V=0.5n。

3.2 确定HR型流速测算仪测验历时T

在直线静水槽中，检定车运行需要经过加速段、稳定段、测量段和制动段共 4个阶段［3］。采集流速仪转率要在测量段完成，得到一组检定车速度与转率数据。受水槽长度限制，检定车在不同速度级［2］下的测 量段经历 的时间不 同，检 定车 速度越高，测量段越短。

因此测验历时 T应根据检定车在不同速度级时测量段运行时间来确定，预留出检定车达到测量段时按下HR型流速测算仪【测量】键的时间，当检定车测量段结束前达到测验历时得到转率数据，保证采集的数据均在测量段完成。

3.3 采集车速和转率数据

将LS45A型旋杯式流速仪悬挂在检定车测杆上，检定车按照设定好的各速度级（测点数目不小于12点［2］），逐一从低速到高速运行，在每个速度级，同时采集车速和转率数据。检定车速由检定车控制系统自动采集，转率数据通过 HR型流速测算仪采集。

当检定车在某一速度级达到测量段时，按下HR型流速测算仪【测量】键，HR型流速测算仪自动记录流速仪信号数量和时间数据，达到测验历时后，自动显示流速数据V，根据 HR型流速测算仪内部的简化公式 V=0.5n，可以得出对应的转率n。

3.4 拟合LS45A型旋杯式流速仪检定公式

以每个速度级下检定车速 V和对应计算出的转率 n作为一组数据，采用最小二乘法拟合流速仪检定公式［4］。检定车速和对应转率的统计数据见表 1流速仪检定记录表。

表1 流速仪检定记录表

流速仪检定公式为:V=0.0086+0.4355n，

全线相对均方差［3］:m=0.7936。

根据表1的统计数据，各速度级相对误差［3］和全线相对均方差符合规范的规定，检定公式准确。

4 LS45A型旋杯式使用前检查方法

LS45A型旋杯式流速仪仪器结构和信号输出不同于常见流速仪，在使用前要确保工作状态正常方可使用。

4.1 检查仪器灵敏度

灵敏度可用经验方法检查，即向旋杯轻轻吹气，观察旋杯转动情况，旋杯应起转灵活，转动过程中无卡阻，停止徐缓。若转动不灵活或晃荡，应调整仪器轴向间隙，间隙一般在0.03～0.08mm，直到仪器灵敏度符合要求。

4.2 检查仪器信号

LS45A型旋杯式流速仪有3个感应水流的小杯子，磁感应支部件有4个，仪器每转一周 HR型流速测算仪产生4个信号，见图2。

图2 LS45A型旋杯式流速仪结构图

LS45A型旋杯式流速仪在维护或使用中，因更换配件或机械磨损，磁感应支部件和电极之间的距离会发生变化，造成仪器每转信号数仅有2、3个信号现象，因此使用前或检定前要进行检查判断。

一般检查时旋杯旋转一周需要拨动3个杯子，观察是否出现4个信号，受信号产生时机和旋转角度影响，仅仅转动一周难以判断信号是否正常。正确的做法是将 HR型流速测算仪的测验历时设定在50 s（足够转动旋杯10周），按【测量】键，按照旋杯工作时旋转方向轻轻拨动旋杯，数小杯子的数量到30时停止转动，即旋杯刚好转动10周，此时观察 HR型流速测算仪显示的信号数（液晶显示窗左侧为秒数，右侧为信号数），若信号数为40±1，说明信号正常。

若信号数为30±1或更低，说明仪器丢失信号，应调整磁感应支部件和电极之间的距离，直到流速仪信号正常。

4.3 检查HR型流速测算仪

HR型流速测算仪每次使用时要核对内置的流速仪检定公式和测验历时是否正确，流速仪重新检定后，要及时将内置原公式改成新公式，具体检查和设置方法可参考 HR型流速测算仪使用说明书。

5 结论

LS45A型旋杯式流速仪特殊检定方法可解决大多数水槽自动检定系统不能直接采集霍尔元件高低电平信号问题，通过水槽实际检验，检定方法可行，检定公式符合规范要求。LS45A型旋杯式流速仪使用前检查方法可避免仪器工作状态异常，保证流速测量数据准确可靠。

［1］GB/T21699-2008.直线明槽中的转子式流速仪检定/校准方法［S］.

［2］SL/T 150-95.直线明槽中转子式流速仪的检定方法［S］.

［3］GB/T11826-2002.转子式流速仪［S］.

［4］金福一.流速仪检定系统中数据处理方法的研究［J］.水利信息化，2015（02）: 55-58.

《全国水中长期供求规划》通过专家审查

2015年7月 15日，水利部在北京召开了《全国水中长期供求规划》审查会。水利部副部长矫勇出席了会议并讲话，水利部总规划师周学文主持会议。

会议成立了专家组，听取了水利水电规划设计总院关于规划成果的汇报，并进行了深入细致地讨论，一致同意全国水中长期供求规划成果通过审查。建议根据专家意见进一步修改完善后尽快上报审批。

发展改革委、工业和信息化部、国土资源部、住房和城乡建设部、农业部、林业局，水利部有关司局、流域机构等单位的代表，以及特邀专家参加了会议。

（摘自：水利部水利水电规划设计总院网站，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，高级工程师。