YR电磁流速仪及其应用.docx

1、泄停资讯h叩:泥沙研究199。年9月JournalofSedimentResearch第3期YR电磁流速仪及其应用卢允信牛秀芝黄河水利委员会水利料学研究所）捉要本文介绍了YR电磴流速仪及其在黄河上的试用情况.室内检定实验，仅器的均方银伏塞<±1%.我们把该仪器用于我所研制的“核翱射悬移质输沙率计"上，完成了全断面输沙率的自动间量.在黄河汛期，通过与常规断面积分法比测、求出的对比均方根误差为土4.7%.同时与旋浆流速仪做了隼点对比测图，求出的对比均方根误差为±4.9%.试用表明，YR电流速仪在黄河上濯流是可信的.一、引言黄河是多杂质高含沙的河流，研究其泥沙规律

2、是治理，开发黄河的重要课题.我国目前研究泥沙规律的测验手段不能满足科研和生产的需要，如旋浆流速仪，因受其机械转动部分的局限，对测定高含沙河流的水流速度很不适应，不仅不能准确地测定流速，而目.水流中夹带纤维杂质时，将直接影响到测验工作的进行.国外，如英国、荷兰日本”）等，巳开始使用电磁流速仪.我国已开始这方面的研究工作，如交通部天津水运研究所，已研制出供水工模型使用的电磁流速仪t”,中国船舶工业总公司第七研究院1964年开始研究电磁法测流，并已成功地用于舰船航程测定的计程仪中.为了适应黄河测流的需要，我们引进开发中船总七院电磁流速仪，改装成适用于野外测流的YR电磁流速仪.经过两年来多次实验和在黄

3、河上试用，仪器基本稳定可靠测验成果较为满意.为在黄河这样高含沙，多纤绽杂质的大河测流提供了一种比较可靠的新仪器.二、工作原'理YR电磁流速仪是根据法拉第电磁感应定律的原理进行流速测量的.该定律指出，导体在磁场中切甜磁力线运动时，导体两端就会产生感生电动势XU）（参见图1）,f=jBLVsinlO"*（1）式中B磁感应强度（Gs）L导体的长度（cm）V导体运动速度（cm/s）0导体运动方向与磁力线方向间的夹角.在电磁流速仪中，L为两电根间水体的长度，B为激磁线圈产生的磁场强度.探头设汁定型后，L、B即为确定的值.在江河测流中，YR电磁流速仪的探头是安装在铅上的，水流方向与磁力线

4、垂直，故有即流速与感应电动势成正比，并由（1势的大小，便可确定相应的流速.即流速与感应电动势成正比，并由（1势的大小，便可确定相应的流速.eocV电磋铁战力线'电极壳体图I电磁魅应示意图Electromagneticinduction图2探头结构示意图TheProbestructure三、仪器简介）式知，两者呈线性关系.因此，测定感应电动（一）探头部分，YR电磁流速仪的探头被做成测杆式传感器，其结构如图2所示.它的壳体是用高强度、耐磨损、抗腐蚀的非导磁性材料浇铸而成的.为了减少四力和消除涡流对测量的影响,传感器做成流线型.-壳体内装有产生交变磁场的电磁铁，在壳体周围形成工作磁场.一对电

5、极位于壳体两例，通过水和传感器的相对运动，在两电极上感应出与水流速度成正比的电压信号,它具有以下特点，1. 结构简单，没有机械转动部件，因此特别适应于测量液固两相介质流，带有悬浮物、固体颗粒、纤维杂质的流体如高含沙河水、污水等流体的流速.2. 用电磁流速仪这种传感器测流，不受被测介质密度、压力、温度等物理参量变化的影响，因此，只需经清水标定后，就可以用来测笊其他流体或液固两相流的流速了.3.使用寿命长.（二）仪器线路框图YR电磁流速仪是由比较电路、前置放大器、主放大器、相敏整流器、v/f变换器、O/A转换器和计数器等组成，其线路框图如图3.前置放大器前装有输入比较级，它由两输入变压器组成，以实

6、现整机闭环负反馈.前置放大器是由两只配对的高输入阻抗、低噪声的晶体管组成差动放大电路，实现高阴抗输入，使探头的输出信号不受其内阻的影响，抑制输出信号中的干扰,主放大器采用低噪声、低漂移的运算放大器，它将前置输来的微伏级水流速度交流信号，线性地放大到足够大的幅度.相敏整流器将主放大器的流速信号调解成直流电压，V/了变换器将经过相敏整流的信号变换成与流速成比例的频率信号，经计数器、显示繇显示出水流速度值.从计数器取出二进制码，经D/A转换器转换成与显示值成比例的交流信号，反馈到输入端，与探头接收到的信号比较，当差值为零时，显示值稳定下来，此显示值即为流速值.图3Thecircuit仪暮线路框图ch

7、artofthemeter以保证良好的电气特性,整个电路采取解算系电路所用的器件尽量采用集成电路，统闭环，降低了对元器件性能的要求，提高了电路抗干扰能力，使仪器工作稳定可常.四、仪器室内检定实验和主要技术指标（一）室内检定实验我们分别在中国船舶工业总公司无锡船舶研究所03水洞和黄委会水文局校正槽对YR电磁流速仪做了检定实验，其结果见表1.表1室内检测实验成果表Theexperimentalresultoflabdratrymeasurement均方根深差）序号黄变会水火无僵短舶研究所校正槽车速<cm/6）YR流速仅<cm/6>相对误差水混速度<cm/6>YR流速仅

8、(cm/6)相对误差<%）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电磁流速仪测量清水流速精度达到旋浆流速仪所能达到的精度.（二）主娈技术指魅测速范围：0iom/s测录精度，±】（】一10m/s）、±2%i0-im/s）

9、分辨率：icm/s环境温度：0+50P显示方式：数字显示股时、平均流速.平均时间为10、30、50、60,I00S适用范围：探头电极距铅鱼底5cm,仪器能测离河底5cm以上的河水流速.仪器配有微机接口，可输出12位二进制反码.五、试用情况1986年汛期，在黄河小浪底水文站进行输沙率测验中使用了该仪器，并与重庆水文仪器厂生产的LS25T型旋桨流速仪做了单点对比测俱.试用中，我们把旋桨流速仪安装在铝鱼上部，其轴线距丫直电磁流速仪探头电极的垂直距离为25cm,这样.两者可以在同一条垂线上进行测量而不互相于拢，以便将测验结果加以比较.在含沙量为4-30kg/m流速为0.42.om/s的范围内取得了二百

10、多个流速单点对比数据，对比均方根误差为±4.9%,其中相对误差土6%（包括系统偏差）的测蜃结果占对比总数的77%.对比测黄结果见图4.本次实验共进行了W次全断面输沙率测验，并与常规积分法进行了比测，对比结果见表2.由表2可知，两种测验方法所取得的数据对比，相对误差在土4%以内的有7表2输沙率比测成果表Comparisonofthesuspended-sedimentmeasuredbytwomethods序号物沙率井测值现行法溶算僚相肘设爰序号现行法剖算信相肘误是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图4流速对比靖果及流速沿靠线分布Comparisonofflowveloeityanditsdistributionalongthevertical次，对比均方根误差为土4.7%.这表明，用YR电磁流速仪配合其他仪器所得的偷沙率的数据是可信的、为了了解黄河小浪底河段水沙特性，我们还在不同起点距，利用该仪器进行流速沿垂线分布的测验，其结果见图4.由此

12、可知，临近河底流速降低是很快的，当水深变化10cm左右时，般流速变化约3040%.这对准确测验流量和全断而输沙率是很有意义的.然而，这是旋桨流速仪难以实现的.1987年9月在人民胜利集五孔闸渠段试用，取得了同样的结果.六、结语电密法测流作为-种新的测验技术是成熟的，在黄河率先使用获得成功,它使得长期以来高含沙河流的测流问题基本上得以解决，而且大大提高了测验工效.我们拟进一步完善之，降低造价，以推广应用，使其在泥沙研究和水文测验中发挥作用.参勇文献.1Manualsedimenttransportmeasurement.DelftHydraulicsLaboratroy.2Portableflo

13、wreloclmetermodelJEW-201A.Japanradioco.,Ltd.C3J赵涛、陆坤、杨军，一种新型的测速仪-EMV-I型电破流速仪.水道港口，1984.2.TheYRElectromagneticFlowVelocimeteranditsApplicationLuYunxinNiouXiouzhi.instituteofHydraulicResearch,YellowRiverConceri'ancyCommission)AbstractTheYRElectromagneticflowvelocimeteranditsapplicationinYellowRive

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