一种低流速自动测定装置

　　1　引　　言

　　水流流速、流量的测定,作为水文学的主要内容之一,一直受到人们的普遍关注。在水文学发展的5000多年历史长河中,人们对高流速、大流量的江河水流,以及有压、高水头的管道水流的流速、流量的测定问题进行了大量研究与试验工作,并发明制造了多种测定仪器,比如公元1870年美国的埃利斯发明旋桨式流速仪,公元1885年美国的普赖斯发明旋杯式流速仪。但是,有关低流速、小流量水流的测定始终处于缓慢的发展阶段。随着科学技术的发展,水流测定仪器也在不断的发展和改进中。目前,在水流流速观测仪器中,主要有3类[1],第一机械式:根据旋桨或叶轮被水流推动的转数,间接测得流速;第二电磁式:观测水流在地磁场中流动所产生的感应电动势的变化,测定流速和流向;第三声学式:利用声波传播的多普勒效应,测定流速。由于计算机技术的飞速发展,流速仪的发展方向正在向全自动、智能化、存贮式方向发展;同时,在流速仪的设计研制中,不仅要考虑仪器测量精度、仪器使用条件,还要考虑野外工作时能降低劳动强度,操作时方便可靠,测量数据由计算机处理等等[2]。近年来,随着电子技术和传感技术的迅猛发展,国内外新型的测量流速的仪器设备越来越多,例如旋桨流速仪、电磁流速仪、超声波流速仪、激光流速仪和粒子图像测速系统等,但因价格昂贵,使用条件苛刻,操作复杂,使其推广应用受到了很大的局限。本文针对上述存在的主要问题,在机械式流速测定仪的基础上,利用“磁簧开关”及计数器,自行研制了一种适宜低流速测定的试验装置,该装置由于结构简单、技术先进、使用方便,特别适用于野外裂隙岩体渗流等低流速水流的自动连续测定。

　　2　测定仪的结构组成

　　图1给出了流速测定装置的结构示意图[3]。由图1可以看出,该流速测定仪主要由流速传感器、脉冲发生器和计数器3部分构成,另外,还包括固定框架、重力锥、连接绳、导线等辅助部分;其中,流速传感器为5片叶轮的转子,目前有关转子式流速传感器及计算公式的研制技术已相当成熟;脉冲发生器主要由强力磁铁和舌簧管两部分构成,简称“磁簧开关”,见图1中的(c)所示,强力磁铁安装在其中一个叶片的顶部,舌簧管安装在固定框架的内侧,两端用酸性硅酮玻璃胶密封;计数器为可以采集和记录电脉冲信号的单片机,见表1和图2所示。同时,为了保证叶轮在安装永久磁铁后,其重心与原来基本保持相同,在其它四个叶片的顶部分别安装一块与磁铁重量相当的铜制品,详见图1。

　　3　测定仪的工作原理

　　利用叶轮的转动速度与水流流速成正比的关系,流体流动推动叶轮旋转,当安装有强力磁铁的叶片从舌簧管旁边经过时,舌簧管内部的一对弹性舌簧片在磁场吸引力的作用下,克服舌簧本身的弹性阻力而接触导通,并随着带有强力磁铁的叶片的远离而断开,在这一过程中“磁簧开关”将产生一个电脉冲信号,该电脉冲信号将通过导线被传输到计数器中,计数器将随时传来的电脉冲信号以不同的形式记录下来,其中电子式累积计数器将累加的数字显示在液晶屏幕上。