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江河水文測驗旋杯式流速儀工作原理

    當(dāng)水流作用到儀器的感應(yīng)元件——旋杯時，由于左右二邊的杯子具有凹凸形狀的差異，因此壓力不等，其壓力差即形成了一轉(zhuǎn)動力矩，促使旋杯旋轉(zhuǎn)。水流的速度越快，旋杯的轉(zhuǎn)速也越快，它們之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系，此關(guān)系是通過檢定水槽的實驗而確定的。每架儀器檢定的結(jié)果均附有檢定公式，其形式如下：

    V=bn+a（對應(yīng)于原公式V＝Kn+C）

    式中V—流速（m/s）；

    n—旋杯轉(zhuǎn)率，等于旋杯總轉(zhuǎn)數(shù)“N”與相應(yīng)的測速歷時“T”之比，即n＝N/T（1/S）；

    b —水力螺矩（對應(yīng)于原標(biāo)準(zhǔn)的K），單位是（m）;

    a—儀器常數(shù)（對應(yīng)于原標(biāo)準(zhǔn)的C），單位是（m/s）。

    b和a是表征儀器性能的系數(shù)，與旋杯的大小、形狀，旋軸的軸向間隙，頂針與頂窩的園弧及其光潔度，接觸絲的松緊度等因素有關(guān)。因此，對該部分的配合關(guān)系必須嚴(yán)格地遵照技術(shù)要求進(jìn)行檢查和調(diào)整。

    2、流速的測量和計算方法

    用流速儀測量水流速度，實際上是測量在預(yù)定時間內(nèi)旋杯被水流沖擊時所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)數(shù)。旋杯的轉(zhuǎn)數(shù)系借助于儀器的接觸機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，經(jīng)由信號線傳遞到水面部分的計數(shù)設(shè)備讀出。旋杯每轉(zhuǎn)5轉(zhuǎn)，接觸機(jī)構(gòu)接通電路一次，計數(shù)設(shè)備即接收到一個信號，測量者統(tǒng)計此信號數(shù)（乘以5即為旋杯的總轉(zhuǎn)數(shù)“N”）和相應(yīng)的測速歷時“T”，據(jù)此，即可按上式計算水流速度。

 江河水文測驗旋杯式流速儀按作用原理可分為：感應(yīng)部件、傳訊盒部件及尾翼部件。為本儀器重要的部分，它接受水流的能量并轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。其主要零件及作用為：

旋杯

（1）由六個錐形杯子按*方向固定在星狀的旋盤上組成。旋盤的中間有一孔，裝有旋軸（2），二者借旋盤固定帽（13）并緊，使其成一轉(zhuǎn)動體。

旋軸

（2）為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的中樞，上端插進(jìn)偏心筒（14）之軸套座（19）內(nèi)，與頂上的鋼珠（20）相接觸；具有螺紋的一段與齒輪（17）相嚙合，下端鑲有鋼質(zhì)頂窩（11），堅硬而光滑的窩眼支承在頂針（5）的*上，構(gòu)成一精密的支承系統(tǒng)。

頂針（5）上端呈錐體，針尖為十分光滑的球面，裝在頂頭（6）的中間，當(dāng)調(diào)整好軸向間隙以后，用并帽（8）并緊使成一體。使用時安裝在軛架的下部孔中，頂住頂窩，支承著旋轉(zhuǎn)部分的全部負(fù)荷。頂頭的外緣套在旋軸下端的鐘形罩內(nèi)，構(gòu)成一迷宮，以防河水的侵入。工作完畢后，必須用汽油清洗干凈，注以儀器油（以防頂針生銹）放在儀器箱中，同時，拿出旋盤固定器（9）代替頂頭安裝在軛架下部的孔中，旋盤固定器的油室必須裝有棉花并加儀器油，以防頂窩生銹。

頂頭上部有一油室，在使用時應(yīng)加滿儀器油，使頂針與頂窩在油浴中工作。這樣，既保證了儀器的靈敏度；同時又減少了頂針與頂窩的磨損，從而也增加了儀器的使用壽命。

2、傳訊盒部件  能把旋杯的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號的機(jī)構(gòu)，其主要零件及作用為：

偏心筒（14）為傳訊機(jī)構(gòu)的外殼，裝在軛架上端的孔中，用軛架頂螺絲固定。擰開上端頂蓋（23）可以調(diào)整旋軸的軸向間隙，取下側(cè)蓋（15），可以調(diào)整接觸絲（18）以及對內(nèi)部進(jìn)行清洗和加油。

齒輪（17）借齒輪軸螺絲（16）安裝在偏心筒內(nèi)，底部墊以墊圈，使齒輪正好與旋軸的螺紋相嚙合。齒輪有20個齒，側(cè)面有四個等分的凸出爪子，旋軸（即旋杯）旋轉(zhuǎn)20轉(zhuǎn)，齒輪旋轉(zhuǎn)一周，

    彈簧墊圈安裝在鋼珠座的肩部，用以鎖閉鋼珠座由于旋杯急速地轉(zhuǎn)動而可能產(chǎn)生回松。如彈簧墊圈在使用后，有破損或彈性失靈的現(xiàn)象，可以更換備用件，步驟如下：

• 旋下鋼珠座，取下壞的彈簧墊圈。
• 換上新的彈簧墊圈，注意凸面應(yīng)朝上。

（3）旋進(jìn)鋼珠座，至感覺壓住彈簧墊圈，然后再旋進(jìn)半圈到1圈即可，墊圈凸起高度為0.7～1.2毫米，本身厚度為0.3毫米，因此旋進(jìn)距離應(yīng)視每個彈簧墊圈實際凸起厚度而定，一般以能覺出彈簧的彈性為準(zhǔn)。

后可以試驗旋杯轉(zhuǎn)動的靈敏度：

將儀器持平，用嘴吹氣觀察旋杯轉(zhuǎn)動的情況，如轉(zhuǎn)動靈活，停止徐緩，沒有跳動或突然停止的現(xiàn)象，即表示旋轉(zhuǎn)部分工作是正常的。