旋杯式流速仪

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。

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zui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*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）为旋转机构的中枢，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*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）zui小间隙值不得小于0.02毫米。

（4）zui大的间隙不得大于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：

• 旋下钢珠座，取下坏的弹簧垫圈。
• 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。

zui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：

• 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）zui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

号变压器油。不得任意改用其它粘度的油类。

7、旋轴的间隙应经常试验，以尽量控制在0.03～0.05毫米范围内，否则，当间隙过大时，顶针尖容易因旋杯、旋盘受水流的冲击产生较大振动而断裂；间隙过小时，灵敏度差，并影响流速仪检定公式和测验精度。

8、仪器装箱时，必须将顶头—顶针取下，换上加了油的旋盘固定器。

9、使用三用扳手和起子时，须注意以适当的压力按紧，然后旋动，以免工具滑出时，将槽口刮坏，难以使用。

10、关闭箱盖时，务必小心，不宜过猛。如遇关闭不平服时，应立即检查内部安放情况，绝不可硬压！

11、当仪器*储藏不用或长途运输时，顶头的油室须加仪器油并复盖棉花和黄油，以免油分挥发，顶针生锈。

12、另购顶针时，须说明原有顶针头部的颜色分别代表不同的顶针*园弧半径，如表1所示：

表1

13、另购旋轴时，须说明原有旋轴的代号。各种代号分别代表不同的顶窝窝底园弧半径，如表2所示：

    表2

14、流速仪使用一段时间后，检定系数发生变化，需重新检定。可根据测流时的流速和含沙量等因素来判定。一般在下列情况下应重新检定：

（1）旋杯碰伤变形，顶针、顶窝生锈或明显磨损时；

（2）与常用仪器的比测中，发现有系统性的偏差或累积频率75％以上的相对偶然误差超过2～3％时；

（3）在洪水期间，所测高速超过4.0m/s以上时。

九、仪器的全套设备

    1、仪器本身及附件

（1）LS68型 1架

（2）旋盘固定器 1件

（3）绳钩 1件

（4）三用扳手 1件

（5）钟表起子（1号） 1件

（6）木柄起子（φ5×50） 1件

（7）镊子 1件

（8）油瓶（内装仪器油，约100毫升） 1件

（9）黄油盒（内装黄油，约20克） 1件

（10）仪器使用说明书 1份

（11）仪器检定证 1张

（12）履历表 1份

2、仪器备用件

1）接触丝 12根

（2）顶头一顶针 1件

（3）弹簧垫圈 2件

（4）轭架顶螺丝 1件

（5）顶盖垫圈 1件

（6）侧盖垫圈 1件

3、特殊附件（用户可根据需要另行订购）：

(1)双股胶质线（长度为15、30、40米几种）；

(2)钢丝绳（直径为3～4毫米，长度为15、30、40米几种，头部带有牛眼）；

(3)铅鱼（重量分为8、15、30、50千克等几种）；

(4)悬杆；

(5)计数器：本厂生产的音响器、通用测算仪等。

十、使用期限

1、在遵守仪器使用和保养规则的情况下，本仪器的使用期限为10年。

2、流速仪检定公式在正常的使用下，稳定期一般为一年或使用200小时，逾期应送检定单位重新检定。