旋杯式流速流量测量仪

一、用途及使用说明

LS68型旋杯式流速仪是一种江河水文测验仪器，用于测定一般河流、渠道、水库、湖泊等过水断面中预定测点的平均流速，从而确定该断面的流量。

流速的测量范围为0.2～3.5m/s。

淮安通达仪表科技有限公司

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二、技术数据

1、仪器的起转速： V0≤0.08m/s

2、检定公式的均方差： m≤±1.5%

3、旋杯的回转直径： f＝128mm

4、每二次信号间旋杯的转数： 5转

三、仪器工作原理及流速测量和计算方法

1、工作原理

当水流作用到仪器的感应元件——旋杯时，由于左右二边的杯子具有凹凸形状的差异，因此压力不等，其压力差即形成了一转动力矩，促使旋杯旋转。水流的速度越快，旋杯的转速也越快，它们之间存在着一定的函数关系，此关系是通过检定水槽的实验而确定的。每架仪器检定的结果均附有检定公式，其形式如下：

V=bn+a（对应于原公式V＝Kn+C）

式中V—流速（m/s）；

n—旋杯转率，等于旋杯总转数“N”与相应的测速历时“T”之比，即n＝N/T（1/S）；

b —水力螺矩（对应于原标准的K），单位是（m）;

a—仪器常数（对应于原标准的C），单位是（m/s）。

b和a是表征仪器性能的系数，与旋杯的大小、形状，旋轴的轴向间隙，顶针与顶窝的园弧及其光洁度，接触丝的松紧度等因素有关。因此，对该部分的配合关系必须严格地遵照技术要求进行检查和调整。

2、流速的测量和计算方法

用流速仪测量水流速度，实际上是测量在预定时间内旋杯被水流冲击时所产生的转数。旋杯的转数系借助于仪器的接触机构转换为电脉冲信号，经由信号线传递到水面部分的计数设备读出。旋杯每转5转，接触机构接通电路一次，计数设备即接收到一个信号，测量者统计此信号数（乘以5即为旋杯的总转数“N”）和相应的测速历时“T”，据此，即可按上式计算水流速度。

四、仪器结构

本仪器按作用原理可分为：感应部件、传讯盒部件及尾翼部件。详见图1和图2。

1、感应部件  为本仪器最重要的部分，它接受水流的能量并转换为旋转运动。其主要零件及作用为：

旋杯（1）由六个锥形杯子按一致方向固定在星状的旋盘上组成。旋盘的中间有一孔，装有旋轴（2），二者借旋盘固定帽（13）并紧，使其成一转动体。

旋轴（2）为旋转机构的，上端插进偏心筒（14）之轴套座（19）内，与顶上的钢珠（20）相接触；具有螺纹的一段与齿轮（17）相啮合，下端镶有钢质顶窝（11），坚硬而光滑的窝眼支承在顶针（5）的尖端上，构成一精密的支承系统。

顶针（5）上端呈锥体，针尖为十分光滑的球面，装在顶头（6）的中间，当调整好轴向间隙以后，用并帽（8）并紧使成一体。使用时安装在轭架的下部孔中，顶住顶窝，支承着旋转部分的全部负荷。顶头的外缘套在旋轴下端的钟形罩内，构成一迷宫，以防河水的侵入。工作完毕后，必须用汽油清洗干净，注以仪器油（以防顶针生锈）放在仪器箱中，同时，拿出旋盘固定器（9）代替顶头安装在轭架下部的孔中，旋盘固定器的油室必须装有棉花并加仪器油，以防顶窝生锈。

顶头上部有一油室，在使用时应加满仪器油，使顶针与顶窝在油浴中工作。这样，既保证了仪器的灵敏度；同时又减少了顶针与顶窝的磨损，从而也增加了仪器的使用寿命。

2、传讯盒部件  能把旋杯的转数转换为电脉冲信号的机构，其主要零件及作用为：

偏心筒（14）为传讯机构的外壳，装在轭架上端的孔中，用轭架顶螺丝固定。拧开上端顶盖（23）可以调整旋轴的轴向间隙，取下侧盖（15），可以调整接触丝（18）以及对内部进行清洗和加油。

齿轮（17）借齿轮轴螺丝（16）安装在偏心筒内，底部垫以垫圈，使齿轮正好与旋轴的螺纹相啮合。齿轮有20个齿，侧面有四个等分的凸出爪子，旋轴（即旋杯）旋转20转，齿轮旋转一周，齿轮上的四个爪子即与上方的接触丝（18）断续地接触四次。即旋杯每五转，接触丝与爪子接触一次，电路即接通一次。因此，测量者听见相邻的二次 信 号,其间旋杯旋转五转。

接触丝（18）为一富有弹性的合金丝，根部用固定螺丝（25）固定在接线螺丝（30）上；悬空端的弯曲部分在齿轮凸出爪子的上方，并与爪子断续接触。

传导机构由接线螺丝及其上面的尼龙部分、紧压螺帽（27）、绝缘垫圈（28）、小六角螺帽（29）以及压线螺帽等组成，作为联接电路及必要的绝缘之用。

3、尾翼部件  为仪器的平衡部分，可保证测流时迎合流向。由十字交叉的尾翼（35）和平衡锤（36）等所组成。在使用前应调整下翼槽中的平衡锤，使整个仪器在静水中保持水平的平衡。

五、仪器的附属设备

LS68型旋杯式流速仪的附属设备包括：计时计数设备、悬挂设备和装卸工具等。

1、计时计数设备用于测流时计量旋杯的转数和其相应的测速历时。

计数器：供计量旋杯转数用。

信号线：为双股胶质线，供测量时联接电路、传输信号之用。由于各河流的水深不一，因此用户在订购时，可按下列规格订购：15、30、40米。

停表：用于记录旋杯转数相应的测速历时。此表在一般市场上

均可购到，故本仪器不另附。

2、悬挂设备是供测量时悬吊仪器至预定的测点位置所必需的设备。

绳钩：本仪器附有1个绳钩，用于把仪器联挂在钢丝绳上。使用时，必须把绳钩的滚花螺帽拧紧，以免负荷较重时产生变形。绳钩允许负荷重50千克铅鱼。

铅鱼（包括悬杆）：供测量时稳定仪器于测点位置之用。按重量分有下列规格：8、15、30、50千克等。

钢丝绳：直径为3～4毫米，长度有15、30、40米等三种，头部编有牛眼，供悬挂仪器之用。

3、装卸工具为安装、拆卸仪器所必须的专用工具。本仪器备有：

三用板手：用于装卸偏心筒上的侧盖、顶盖、小六角螺帽，轭架上的悬杆螺丝，旋盘固定螺帽以及顶针上的并帽等。

木柄起子（50×φ5）：供装卸轭架顶螺丝和调节顶针、钢珠座等使用。

钟表起子：供装卸（接触丝）固定螺丝使用。

镊子：供调整接触丝使用。

六、流速仪施测前的准备

测流前应该检查：旋轴的间隙、旋杯转动的录敏度、传讯机构和计时、计数设备等的工作情况。

1、旋轴间隙调整和有关备用件更换

旋轴在钢珠与顶针之间的轴向松动范围称为旋轴的间隙。间隙的大小关系到仪器的灵敏度、顶针的使用寿命以及测量成果的准确性。因此，必须小心谨慎地进行试验和调整。

首先安装顶针：

（1）用起子拧松轭架顶螺丝，取下旋盘固定器。

（2）将油室中塞有棉花的顶针一顶头从箱中取出，拿出棉花，注满仪器油，插入原装旋盘固定器的轭架孔内并小心压紧，使它们之间没有空隙，然后将轭架顶螺丝上紧。

然后试验旋轴的间隙：

左手握住轭架，右手扶住旋杯：轻轻地把旋杯往上、下移动，感觉其间隙大小，如觉得有轻微的松动，此间隙已达0.03～0.05毫米；如觉得有显著的松动，则应进行调整。

新仪器在使用之前，工作者必须试验几次，并记忆其松紧程度，便于以后有所比较。

如果需要调整旋轴的间隙，按下面步骤进行：

打开顶盖，用起子将钢珠座微微地旋进或旋出，每次约10°，即试验一下旋轴间隙，直至觉出只有轻微的松动为止。

记住下列数据，对调整工作是有帮助的：

（1）钢珠座螺纹为M5×0.5，即每旋转一周，进程为0.5毫米；每10°为0.014毫米。

（2）标准间隙值为0.03～0.05毫米。故调整时，也可以使间隙近于零(但不准至零)，然后旋回20°～30°。

（3）间隙值不得小于0.02毫米。

（4）的间隙不得大于0.10毫米。

（5）每次调整量应为10°至5°逐步减少，每调整一次应重复试验一次。

调整时应注意：

每次旋进应小心谨慎，不得过猛，以免使间隙为负值，这样，顶针容易断裂。

如果钢珠座旋到底尚无法调整时，可以调整顶针。

仪器使用日久，顶针尖有显著磨损或顶针断裂、生锈时，应更换备用的顶针。在其他结构均无变化时，不必重新检定，但所备用的顶针只能适用于原装仪器。

备用顶针日久磨损，仍可以按原代号重配。新顶针安装步骤如下：

（1）将仪器置于并帽朝上的位置，然后扳松并帽，松开轭架顶螺丝，将顶头—顶针从轭架上取下。

（2）旋出坏顶针，换上新顶针，先上浅些，不要旋得过多。

（3）上回并帽，但暂不并紧。

（4）将顶头—顶针装上轭架，并用轭架顶螺丝固紧。

（5）将顶针微微地旋进，至顶针触及顶窝位置为止。

（6）用起子稳定顶针，同时借助于板手旋紧并帽，使顶针的位置固定。

（7）将仪器置于偏心筒朝上的正常工作位置，沿着钢珠座的起子口方向，在偏心筒的顶面上作标志。

（8）将钢珠座按反时针的方向旋回20°～30°，此间隙即为0.03～0.05毫米。

如何更换弹簧垫圈：

弹簧垫圈安装在钢珠座的肩部，用以锁闭钢珠座由于旋杯急速地转动而可能产生回松。如弹簧垫圈在使用后，有破损或弹性失灵的现象，可以更换备用件，步骤如下：

（1） 旋下钢珠座，取下坏的弹簧垫圈。

（2） 换上新的弹簧垫圈，注意凸面应朝上。

（3）旋进钢珠座，至感觉压住弹簧垫圈，然后再旋进半圈到1圈即可，垫圈凸起高度为0.7～1.2毫米，本身厚度为0.3毫米，因此旋进距离应视每个弹簧垫圈实际凸起厚度而定，一般以能觉出弹簧的弹性为准。

最后可以试验旋杯转动的灵敏度：

将仪器持平，用嘴吹气观察旋杯转动的情况，如转动灵活，停止徐缓，没有跳动或突然停止的现象，即表示旋转部分工作是正常的。

2、接触丝的调整与更换

传讯盒部件中接触丝安装的正确性不仅影响测流工作能否顺利进行，而更重要的是影响到仪器检定公式的常数，即水文测验成果的精度。因此，在测流之前，必须耐心地进行试验和调整。

试验接触装置

打开侧盖，转动旋杯，观察齿轮转动时其四接触爪与接触丝接触的情况，在正常的情况下，接触丝应该处于接触爪的正上方，当爪子转至顶点时，应该能把接触丝抬高0.2mm（相当于3根头发粗细）的高度。观察接触丝，当它被齿轮的爪子抬起以及自动落下时，应很和缓，没有跳动现象；用嘴轻轻地吹动杯子，旋杯转动应灵活，没有阻滞现象，在这种情况下，观察信号延续的时间约为旋杯转动4～6个杯子所经历的时间。这样即可保证接触良好、信号清晰稳定，同时又保证了旋杯转动灵敏度。

接装计数器，转动旋杯，此时，计数器应每5转发出一次信号，信号应均匀、清晰和稳定。

产生故障的原因有下面几种情况：

（1）因电流过强、通电的时间过长，或存放、使用时间过久，接触丝上产生氧化层（烧黑）、铜绿或断折等现象。前者可用锋利的小刀或细砂纸去除氧化层或铜绿，后者应更换新的。

（2）因使用时间过久，接触丝产生残余变形，致使接触不良，信号不稳，可用镊子调整。

（3）因接触丝压得过紧，而使信号时间过长和旋转灵敏度差，可用镊子调整。

（4）因传导机构的转动，使接触丝转动而扭弯，可拆下调整，并重新安装。

修复的步骤为：

（1） 松开上部的轭架顶螺丝，取下偏心筒。

（2）将偏心筒平放于桌上，打开侧盖旋出齿轮轴螺丝，取出齿轮和垫圈。

（3）旋出防脱螺丝。

（4）旋出压线螺帽。

（5）用三用扳手将小六角螺帽和压紧螺帽松开。

（6）将传导机构从偏心筒拔出。

（7）用钟表起子旋下压住接触丝的固定螺丝。

（8）按上述故障的原因修复，如无法修复，可从指瓶中取出新的接触丝更换。

（9）用固定螺丝固定接触丝，并在固定螺丝的头部涂以黄油。

（10）按上述相应的次序[（6）至（3）]将这组零件装回偏心筒。安装时应注意接触丝应位于齿轮接触爪的正上方，如位置不正确应拆下重新安装。

（11）装回垫圈、齿轮和齿轮螺丝。

（12）按前述技术要求试验，并调整接触丝接触情况。

（13）上回侧盖，并旋紧。

3、计数设备  按计数器使用说明书进行检查。

经以上试验，证实各部分工作确实可靠以后，室内的准备工作即告结束。

七、仪器的安装和拆洗

1、仪器的安装

（1）打开仪器箱，手握轭架，将仪器轻轻地提起。

（2）卸下旋盘固定器，装上顶头一顶针，固紧轭架顶螺丝。

（3）把仪器安装在悬杆中间的孔中，并上紧悬杆螺丝。

（4）悬杆的底孔装上铅鱼，用固定螺丝固紧。

（5）悬杆的上孔借助绳钩联挂在钢丝绳的牛眼中，并上紧滚花螺帽。

（6）把仪器挂起，用平衡锤调整仪器的平衡，然后用三用扳手固紧。这一试验应当在当地的静水中进行。

（7）把双股胶质线一端的两线头分别接到仪器的偏心筒和轭架的接线柱上，而另一端的两线头接计数器。

（8）转动旋杯，再一次试验计数设备能否正常工作。

（9）最后，对各部分的紧固螺丝、螺帽和联接机构等的可靠性再作一次周密的检查，证实正确无误后，即可下水开始工作。

2、仪器的拆洗

（1）仪器测流完毕后，须立即在当地用干毛巾擦净水分。

（2）打开侧盖，松开上部轭架顶螺丝，取下偏心筒，用镊子裹住棉花球，擦试偏心筒孔内及旋轴周围的污水，在钢珠、齿轮和旋轴螺纹处注以仪器油。

（3）传导机构如有铜绿时，应立即擦净，并涂一薄层的黄油。

（4）将顶头—顶针取下，周围用干毛巾擦净，油室中如含有水份或泥沙，可先用汽油（煤油）晃洗几次，然后，再用镊子夹住小棉球擦试干净，注入仪器油，放回箱内的位置。

（5）将顶窝用小棉球擦试干净，注以仪器油。

（6）将偏心筒装回，并用轭架顶螺丝固定。

（7）用旋盘固定器代替顶头—顶针装于轭架下部孔中，以防顶针尖在运输和携带过程中由于振动而断裂。

在测流条件比较恶劣——多沙、多水草的情况下，旋轴必须进行拆洗，方法如下：

（1）左手握住旋杯，右手拿住三用扳手按反时针方向拧下旋盘固定帽。

（2）左手扶住旋杯，并使其略为倾斜，右手拿住旋轴下部轻轻地往外抽，旋轴和旋杯即可分离。

（3）用干毛巾擦拭旋轴和旋杯的各细部的污物、泥沙、水草等，然后在旋轴的螺纹处注入仪器油。

（4）按上述（2）、（1）的相反动作把旋轴和旋杯装进轭架。安装时，必须注意旋杯的上、下方向不要搞错，其正确的方向为：旋杯转动方向为反时针方向（从上往下看），如图2所示。

3、仪器的装箱

（1）手握轭架，将尾翼插入仪器箱的小槽中；旋盘固定器（或顶头）放进顶头座中，然后将整个仪器装妥。

（2）检查仪器及其附件，装妥并无缺少后，即可盖上箱盖。

八、使用仪器注意事项

小心地使用和仔细地养护，可保证流速仪正常地工作，并且获得可靠的水文资料。为此，应注意下列规定：

1、仪器及全部附件应安放在仪器箱中，并且收藏在干燥、通风房间的木柜中。

2、拆洗仪器以前，必须通晓仪器的结构和拆洗方法。

3、仪器各部分均不能任意碰撞，旋杯、旋轴、轭架等尤须注意。

4、顶针、顶窝、钢珠等容易生锈另件，必须经常加仪器油，以资保护。

5、顶头油室，在使用前必须注满仪器油。在连续使用一定时间后，必须检查其中贮油情况。具体时间可根据当地河流特性（流速、含沙量和水深）试验决定。

6、仪器油采用8号仪表油（GB487）。代用油类为25号或10