YR電磁流速儀及其應用.docx

1、泄停資訊h叩:泥沙研究199。年9月JournalofSedimentResearch第3期YR電磁流速儀及其應用盧允信牛秀芝黃河水利委員會水利料學研究所）捉要本文介紹了YR電磴流速儀及其在黃河上的試用情況.室內(nèi)檢定實驗，僅器的均方銀伏塞<±1%.我們把該儀器用于我所研制的“核翱射懸移質(zhì)輸沙率計"上，完成了全斷面輸沙率的自動間量.在黃河汛期，通過與常規(guī)斷面積分法比測、求出的對比均方根誤差為土4.7%.同時與旋漿流速儀做了隼點對比測圖，求出的對比均方根誤差為±4.9%.試用表明，YR電流速儀在黃河上濯流是可信的.一、引言黃河是多雜質(zhì)高含沙的河流，研究其泥沙規(guī)律

2、是治理，開發(fā)黃河的重要課題.我國目前研究泥沙規(guī)律的測驗手段不能滿足科研和生產(chǎn)的需要，如旋漿流速儀，因受其機械轉動部分的局限，對測定高含沙河流的水流速度很不適應，不僅不能準確地測定流速，而目.水流中夾帶纖維雜質(zhì)時，將直接影響到測驗工作的進行.國外，如英國、荷蘭日本”）等，巳開始使用電磁流速儀.我國已開始這方面的研究工作，如交通部天津水運研究所，已研制出供水工模型使用的電磁流速儀t”,中國船舶工業(yè)總公司第七研究院1964年開始研究電磁法測流，并已成功地用于艦船航程測定的計程儀中.為了適應黃河測流的需要，我們引進開發(fā)中船總七院電磁流速儀，改裝成適用于野外測流的YR電磁流速儀.經(jīng)過兩年來多次實驗和在黃

3、河上試用，儀器基本穩(wěn)定可靠測驗成果較為滿意.為在黃河這樣高含沙，多纖綻雜質(zhì)的大河測流提供了一種比較可靠的新儀器.二、工作原'理YR電磁流速儀是根據(jù)法拉第電磁感應定律的原理進行流速測量的.該定律指出，導體在磁場中切甜磁力線運動時，導體兩端就會產(chǎn)生感生電動勢XU）（參見圖1）,f=jBLVsinlO"*（1）式中B磁感應強度（Gs）L導體的長度（cm）V導體運動速度（cm/s）0導體運動方向與磁力線方向間的夾角.在電磁流速儀中，L為兩電根間水體的長度，B為激磁線圈產(chǎn)生的磁場強度.探頭設汁定型后，L、B即為確定的值.在江河測流中，YR電磁流速儀的探頭是安裝在鉛上的，水流方向與磁力線

4、垂直，故有即流速與感應電動勢成正比，并由（1勢的大小，便可確定相應的流速.即流速與感應電動勢成正比，并由（1勢的大小，便可確定相應的流速.eocV電磋鐵戰(zhàn)力線'電極殼體圖I電磁魅應示意圖Electromagneticinduction圖2探頭結構示意圖TheProbestructure三、儀器簡介）式知，兩者呈線性關系.因此，測定感應電動（一）探頭部分，YR電磁流速儀的探頭被做成測桿式傳感器，其結構如圖2所示.它的殼體是用高強度、耐磨損、抗腐蝕的非導磁性材料澆鑄而成的.為了減少四力和消除渦流對測量的影響,傳感器做成流線型.-殼體內(nèi)裝有產(chǎn)生交變磁場的電磁鐵，在殼體周圍形成工作磁場.一對電

5、極位于殼體兩例，通過水和傳感器的相對運動，在兩電極上感應出與水流速度成正比的電壓信號,它具有以下特點，1. 結構簡單，沒有機械轉動部件，因此特別適應于測量液固兩相介質(zhì)流，帶有懸浮物、固體顆粒、纖維雜質(zhì)的流體如高含沙河水、污水等流體的流速.2. 用電磁流速儀這種傳感器測流，不受被測介質(zhì)密度、壓力、溫度等物理參量變化的影響，因此，只需經(jīng)清水標定后，就可以用來測笊其他流體或液固兩相流的流速了.3.使用壽命長.（二）儀器線路框圖YR電磁流速儀是由比較電路、前置放大器、主放大器、相敏整流器、v/f變換器、O/A轉換器和計數(shù)器等組成，其線路框圖如圖3.前置放大器前裝有輸入比較級，它由兩輸入變壓器組成，以實

6、現(xiàn)整機閉環(huán)負反饋.前置放大器是由兩只配對的高輸入阻抗、低噪聲的晶體管組成差動放大電路，實現(xiàn)高陰抗輸入，使探頭的輸出信號不受其內(nèi)阻的影響，抑制輸出信號中的干擾,主放大器采用低噪聲、低漂移的運算放大器，它將前置輸來的微伏級水流速度交流信號，線性地放大到足夠大的幅度.相敏整流器將主放大器的流速信號調(diào)解成直流電壓，V/了變換器將經(jīng)過相敏整流的信號變換成與流速成比例的頻率信號，經(jīng)計數(shù)器、顯示繇顯示出水流速度值.從計數(shù)器取出二進制碼，經(jīng)D/A轉換器轉換成與顯示值成比例的交流信號，反饋到輸入端，與探頭接收到的信號比較，當差值為零時，顯示值穩(wěn)定下來，此顯示值即為流速值.圖3Thecircuit儀暮線路框圖ch

7、artofthemeter以保證良好的電氣特性,整個電路采取解算系電路所用的器件盡量采用集成電路，統(tǒng)閉環(huán)，降低了對元器件性能的要求，提高了電路抗干擾能力，使儀器工作穩(wěn)定可常.四、儀器室內(nèi)檢定實驗和主要技術指標（一）室內(nèi)檢定實驗我們分別在中國船舶工業(yè)總公司無錫船舶研究所03水洞和黃委會水文局校正槽對YR電磁流速儀做了檢定實驗，其結果見表1.表1室內(nèi)檢測實驗成果表Theexperimentalresultoflabdratrymeasurement均方根深差）序號黃變會水火無僵短舶研究所校正槽車速<cm/6）YR流速僅<cm/6>相對誤差水混速度<cm/6>YR流速僅

8、(cm/6)相對誤差<%）150512.025049一2.0200.197-1.5310099-1.030。3000A10198-2.14004030.755199.71990.25005020.406200J99-0.56006050.83720120107007050.7129629609009070.7«93003031.0104004041.0115005030.6125005030.8由表1知，YR電磁流速儀測量清水流速精度達到旋漿流速儀所能達到的精度.（二）主孌技術指魅測速范圍：0iom/s測錄精度，±】（】一10m/s）、±2%i0-im/s）

9、分辨率：icm/s環(huán)境溫度：0+50P顯示方式：數(shù)字顯示股時、平均流速.平均時間為10、30、50、60,I00S適用范圍：探頭電極距鉛魚底5cm,儀器能測離河底5cm以上的河水流速.儀器配有微機接口，可輸出12位二進制反碼.五、試用情況1986年汛期，在黃河小浪底水文站進行輸沙率測驗中使用了該儀器，并與重慶水文儀器廠生產(chǎn)的LS25T型旋槳流速儀做了單點對比測俱.試用中，我們把旋槳流速儀安裝在鋁魚上部，其軸線距丫直電磁流速儀探頭電極的垂直距離為25cm,這樣.兩者可以在同一條垂線上進行測量而不互相于攏，以便將測驗結果加以比較.在含沙量為4-30kg/m流速為0.42.om/s的范圍內(nèi)取得了二百

10、多個流速單點對比數(shù)據(jù)，對比均方根誤差為±4.9%,其中相對誤差土6%（包括系統(tǒng)偏差）的測蜃結果占對比總數(shù)的77%.對比測黃結果見圖4.本次實驗共進行了W次全斷面輸沙率測驗，并與常規(guī)積分法進行了比測，對比結果見表2.由表2可知，兩種測驗方法所取得的數(shù)據(jù)對比，相對誤差在土4%以內(nèi)的有7表2輸沙率比測成果表Comparisonofthesuspended-sedimentmeasuredbytwomethods序號物沙率井測值現(xiàn)行法溶算僚相肘設爰序號現(xiàn)行法剖算信相肘誤是Xio'(kg/s)xlo'ckg/s)xiokg/e)X10*<kg/8)(%)121.1320.

11、7。&5.816.36一8.6212.1112.30一】，&75.956.02-1.2310.8711.10-2.184.944.851.849.0【9.7196.136.051.357.086.863.2105.105.53一7.8圖4流速對比靖果及流速沿靠線分布Comparisonofflowveloeityanditsdistributionalongthevertical次，對比均方根誤差為土4.7%.這表明，用YR電磁流速儀配合其他儀器所得的偷沙率的數(shù)據(jù)是可信的、為了了解黃河小浪底河段水沙特性，我們還在不同起點距，利用該儀器進行流速沿垂線分布的測驗，其結果見圖4.由此

12、可知，臨近河底流速降低是很快的，當水深變化10cm左右時，般流速變化約3040%.這對準確測驗流量和全斷而輸沙率是很有意義的.然而，這是旋槳流速儀難以實現(xiàn)的.1987年9月在人民勝利集五孔閘渠段試用，取得了同樣的結果.六、結語電密法測流作為-種新的測驗技術是成熟的，在黃河率先使用獲得成功,它使得長期以來高含沙河流的測流問題基本上得以解決，而且大大提高了測驗工效.我們擬進一步完善之，降低造價，以推廣應用，使其在泥沙研究和水文測驗中發(fā)揮作用.參勇文獻.1Manualsedimenttransportmeasurement.DelftHydraulicsLaboratroy.2Portableflo

13、wreloclmetermodelJEW-201A.Japanradioco.,Ltd.C3J趙濤、陸坤、楊軍，一種新型的測速儀-EMV-I型電破流速儀.水道港口，1984.2.TheYRElectromagneticFlowVelocimeteranditsApplicationLuYunxinNiouXiouzhi.instituteofHydraulicResearch,YellowRiverConceri'ancyCommission)AbstractTheYRElectromagneticflowvelocimeteranditsapplicationinYellowRive

14、rhavebeenintroducedinthispaper.Themeasurementresultsinlabortoryshowthatthesquare-rootdeviationofthisvelocimeter土1%.Wehavesuccessfullyusedthismeterinthenuclearsuspendedsedimentfluxgaugewhichwasdevelopedbyourinstitutetocarryoutautomaticmeasurementofthesectionalsuspended-sedimentfluxduringfloodseasonsofYellowRiver.Thesquare-rootdeviationofsuspendedsedimentfluxcomparedwiththesectionalintegrationmethodwhichwasusedusuallyis±4.7%.Thecompar