水文测验学讲义（第三章） ppt课件.ppt

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1、第三节、流速仪法测流一、流速仪一般常用的流速仪，是机械式转子流速仪。转子式流速仪分为旋杯式和旋桨式两种。(一)转子式流速仪的工作原理流速仪转子的转速n与流速之间存在着一定的函数关系。经大量试验研究证明其关系相当稳定，可以通过检定水槽的实验确定。利用这一关系，在野外测量中，记录转子的转速，就可计算出水流的流速。8/12/20211（二）流速仪简介1、旋杯式流速仪旋杯式流速仪适用于含沙量较小的河流，转轴是垂直的，结构简单，拆装方便。1）感应部分2）支承系统3）信号系统4）尾翼8/12/202122、旋桨式流速仪旋桨式流速仪的旋

2、轴是水平的。我国水文仪器厂生产的旋桨式流速仪，旋转轴在球型轴承中转动，比较灵活。1）旋转部件旋转部件包括感应部分、支承系统和信号系统三部分2）身架3）尾翼8/12/20213（三）转子式流速仪的检定每架流速仪在出厂之前或使用到规定的测流次数以后，必须精密地确定流速仪转子的转速与水流流速关系，这种工作称为流速仪的检定或称率定。1．流速仪检定的方法动水检定和静水检定，国内流速仪检定槽多属静水检定槽。2．检定资料的整理方法（1）图解法以检定计算得的转速n为横坐标，流速v为纵坐标，点绘v～n关系点，通过点群重心绘成检定曲线。8/1

3、2/20214高速部分，即v>时，检定曲线是一直线；低速部分，v<时,检定曲线是弯曲度比较小的曲线。称为临界流速，是检定曲线与直线的分界点。8/12/20215（2）分析法将流速仪检定曲线用数学公式表示，分高、低速两种情况。1）高速部分，即v>时，检定曲线为一直线，其关系的一般形式为：式中:——检定关系线直线段的斜率，相当于流速仪的水力螺距，即流速仪转子转一周，水流移动的距离；——直线段在纵轴上的截距，它不等于起转速度，从上图可见C<，因曲线段是向上凹的。8/12/202162）低速部分即v

4、为向上凹的曲线。可用双曲线公式表示。实际工作中，流速的计算方法为：高速部分直接用公式进行计算；低速部分，根据流速仪检定曲线查算流速。3．流速仪检定的精度目前流速仪检定的精度是以检定点的适线程度作为衡量标准的。我国水文仪器厂流速仪检定公式的均方差，规定m≤±1.5%。8/12/20217（四）超声波流速仪利用超声波在水中的传播特性来测定流速的仪器称为超声波流速仪。超声波测速的主要方法是时差法和多普勒法。（1）时差法超声波流速仪测速原理是：超声波在静水中以恒定的速度C传播。在有流速v的水中，顺流传播时，传播速度就应是C+v；逆

5、流传播时，传播速度应是C-v。若测得逆流与顺流超声波的传播时间差，即可求得流速。这种方法称为时差法。8/12/20218（2）多普勒超声波流速仪测流原理是：1842年，GhristianDoppler发现:当频率为ƒ0的振源与观察者之间相对运动时，观察者接收到的来自该振源的辐射波频率将是ƒˊ。这种由于振源和观察者之间的相对运动而产生的接收信号相对于振源频率的频移现象被称为多普勒效应。测出此频移就能测出物体的运动速度。在测量时，由测量仪器发出辐射波，再接收被测物体的反射波，测出频移，算出速度。8/12/20219（1）测量点

6、流速的多普勒超声波流速仪这种仪器的一组收发换能器只能测量一个点的水流速度。它由换能器、发射接收器、控制及数据处理部分组成。（2）声学多普勒剖面流速仪—ADCP（AcousticDopplerCurrentProfile）。它利用声学多普勒测速原理，在水面或河底，向下或向上发射超声波（频率可高达1000kHz以上）。接收不同水深处返回的声波，根据各自的多普勒频率，采用矢量合成方法，测得一根测速垂线上各点的流速。8/12/202110监测型骏马系列监测牌300KHz和瑞江牌600KHz的ADCP8/12/202111走航式A

7、DCP安装示意图8/12/202112（五）电波流速仪测速原理是：电波流速仪也是一种利用多普勒原理的测速仪器，可以称为微波多普勒测速仪。电波流速仪使用电磁波，频率高，达10GHZ，属微波波段,可以很好地在空气中传播，衰减较小。因此，使用电波流速仪测量流速时，仪器不必接触水体，即可测得水面流速，属非接触式测量，很适合桥测、巡测。8/12/202113（六）电磁流速仪工作原理：地球存在着地磁场，水流也是导体，它在地磁场内流动，符合法拉弟定律中导线切割磁力线会产生电动势的原理，测出电动势，可以计算出流速。实际上地磁场太弱，要用人

8、工制造出一磁场，使河流处在这磁场的影响范围内，就可测得较大的电动势，再计算出河流中的平均流速。8/12/202114（七）激光流速仪利用光学原理测量流速的仪器称为光学流速仪。可以利用光学观察成像的方法观察流动的水面，测出流速，但成功地用于测量流速的是激光流速仪。激光流速仪的测速原理和电波流速仪类似，它的