LS1206B便携式流速仪

ＬＳ１２系列是总结我国江河水文测验中大量使用的ＬＳ２５－１型旋桨流速仪，及其派生的小型旋桨流速仪ＬＳ１０型重新设计的一种新型仪器。本系列仪器的特点是：主机设计成通用化，配备各种规格的旋桨、发讯机构和身架，可组成不同型款的系列流速仪，以满足各种条件下的测流任务。总的测速量程为0.03～12米/秒。旋桨回转直径有：Φ40、Φ60、Φ80毫米等三种。仪器讯号频率f有四种：A型：f=1/5、1/10、1/20讯号数每转；B型：f=2讯号数/转；C型：多讯型；D型：发电型。
　　LS1206B流速仪特征参数：水力螺距K＝０.１２米，旋桨回转直径Φ60毫米，讯号频率ｆ＝２讯号数／转，测速量程为０.０７～７米／秒，身架直径Φ２０毫米，仪器长度１７５毫米。
　　本仪器是一种小型通用流速仪。造型小，重量轻，携带方便，适用于河流、渠道、径流、实验站和水利调查等，测量过水断面中预定测点的时均流速。配用ＣＢＬ－１型泵站流速仪测杆，可测中、小型泵站单机流量。

一、感应部分（旋桨）

仪器的感觉部分为一旋桨（俗称旋叶），它决定仪器的主要性能。如起转速V_０、临界速度V_ｋ，仪器检定系数K、C，水槽检定高速上限，V＝F（ｎ）线性关系，对斜流的灵敏度以及对紊流的动力响应等。参数包括：旋桨形状、直径、叶片数，叶片圆盘面积比，水力螺距以及旋桨的转动惯量等。
　　关于旋桨叶片面积和旋桨转动惯量对V_０、V_ｋ、C等参数的影响，塑料旋桨的使用性能等介绍如下：
　　１起转速V_０

起转速即灵敏度，是旋桨开始正常运转的速度。 　　水流作用于旋桨，当合外力距Ｍ大于仪器系统的摩擦阻力矩ｍ，即M＞ｍ时，旋桨开始转动。从流体力学可知： 　　M＝R·½δV２SL，式中： 　　R为旋桨阻力系数 　　δ为水密度 　　V为流速 　　S为旋桨投影面积 　　L为转动力臂 　　从上式可见，增大旋桨回转直径（即S、L两变量），是增加转动力矩M，降低起转速V０的一个有效途径。然而，增大直径受到设计指标限制，因此，这里只能增大旋桨圆盘面积。因为，R的改善就目前旋桨结构而言，是微小的。

　　LS1206B便携式流速仪三叶片旋桨系采用聚碳酸脂PC工程塑料注塑成型（备注苹果Iphone5C也使用的是此种材料），其叶片投影面积和重量如下表所示，较ＬＳ１０型有所改善。

LS1206B便携式流速仪投影面积为18.6平方厘米，较ＬＳ１０型增大了16%，由于旋桨受水面积大，水流的转动力矩随之增大。

塑料旋桨在水中的重量仅为铝质旋桨的1/3.因此，从上式可见在同样结构下，塑料桨叶的摩擦力矩将有所降低。
　　根据以上理论分析，改进的三叶片塑料旋桨有助于提高仪器低速的性能。
　　ＬＳ１０型仪器内部摩擦阻力包括：支承系统的球轴承，减速机构的蜗母—蜗轮付，发讯机构的接触天关，以及润滑油等。LS1206B便携式流速仪仪器去掉了减速机构；并且发讯机构采用磁接触式，代替电刷式机械接触开关，摩擦阻力有一定减小。此外，轴承旋转套圈由外圈改为内圈（即旋桨轴旋转），减少了转动惯性半径。这些因素显然对低速的起转和稳定的工作是在利的。
　　整机上轴承的启动摩擦力距，一般是通过模拟的方法求得，现尚缺可靠的计算方法。*好方法是利用流速仪检定水槽，直接测定仪器的起转速。下表是ＬＳ１２０６Ｂ型和ＬＳ１０型仪器安装不同旋桨（叶片数目、材料），检定的起转速情况。

从上表可见，双叶铝桨改为三叶塑桨后，ＬＳ１２０６Ｂ型和ＬＳ１０型两种仪器的起转速均有所改善，分别降低０.０１９和０.０１６米／秒，由于B型仪器内部结构的改进，改善的数值稍微大一些。ＬＳ１２０６Ｂ型与ＬＳ１０型相比较起转速改善的程度也较大（０.０３９米／秒）。当旋桨叶片结构一样（三叶片），转动惯量的减少（即旋桨的重量），对起转速度的影响不很大（０.００６米／秒）。由于检定车速是有级变速；且检定设备本身在低速段精度略差；仪器的内部摩擦力矩离散性较大，因此上述试验仅供比较时参考。
　　２.临界速度V_ｋ
　　临界速度V_ｋ是低速V～n曲线过渡到V=Kn+c直线方程的切点（实际上是一区间），Vｋ值取决于旋转系统的机械摩阻，系统阻力大，曲线弯曲，V_ｋ上升；阻力小，曲线平直，V_ｋ下降，甚至V_ｋ趋近于V0，则全程使用一直线公式，使用是方便的。
　　B型样机10架，共检定32架次，Vｋ平均为0.084米/秒。Vｋ点平均相对误差为0.60%。*小Vｋ为0.045米/秒（即Vｋ=V0），误差为0.00%；*大Vｋ为0.12米/秒，相对误差为0.85%。
　　LS1206B便携式流速仪临界速度较ＬＳ１０型有所下降。
　　 3.仪器常数C
　　C值取决于旋桨结构和仪器内部摩阻力。ＬＳ１２０６Ｂ型仪器的这两部分都有所改进。通过10架样机，共32次试验说明，C值较LS10型有降低，平均为0.024米/秒（LS10型为0.041米/秒），变幅也小（0.018-0.027米/秒，LS10型为0.033-0.056米/秒）
　　4.塑料旋桨使用性能问题
　　LS1206B流速仪的旋桨材料为PC聚碳酸脂，它是一种综合性能优良的热塑性工程塑料。具有突出的冲击韧性，良好的机械性能，热稳定，耐（大气）老化和化学腐蚀等。塑料旋桨材料的理化性能和仪器的工作性能，我所曾用ＬＳ２５－１型塑料旋桨作过如下试验，证明性能良好：
　　（１）-３９℃～１００℃的高、低温变形水槽检定试验；
　　（２）人工加速老化和９～１０年长期的自然老化试验；
　　（３）在紊流状态条件下的天然河道中，与铝旋桨进行比测试验。水温：６.８～５３℃，流速：０.１０～４.１米／秒；
　　（４）在高速水槽以１２米／秒超负荷性能试验。
　　铝旋桨当受较大的冲击外力时，叶片产生长久变形，检定系数变化，影响测验精度；塑料旋桨受力后，只产生弹性变形，检定系数不变。因此在野外使用铝旋桨测流时，需要小心谨慎，以防意外受撞击而变形。为确保水文测验精度，需定期重新检定。ＬＳ１２０６Ｂ型仪器１９８０年在北碚水文站试验时，因缆道循环索滑轨，仪器随６００公斤重铅鱼坠入４８米深渊，旋桨碰撞石头，边缘伤痕累累，而叶片却完整无缺，经重新检定，性能未变。

二、支承系统

LS1206B流速仪仪器支承系统是一对向心球轴承（D２５ｍｘ３６），结构型式为背靠背安装。用内、外隔套长度调整轴向游隙。支承系统的特点是设计较为合理，制造精度提高：（１）两支承点跨度增大（B型为３０毫米，ＬＳ２５－１型为２５毫米），旋转重心在两支承点之间（ＬＳ２５－１型离后轴承支点外８.５毫米），因此，仪器高速工作时，转子比较平稳；（２）制造精度基本符合轴承配合要求。因此，可保证轴承调整正常工作，低速性能稳定。仪器多次拆洗、重新安装，性能不变。ＬＳ２５－１型由于结构上的原因，以及制造精度略低于轴承的配合要求，仪器拆洗、装配时，需要调整有关零件的方向，影响低速性能的稳定性。 　　此外，球轴承采用不锈钢，这对测站维修工作提供有利条件。应该指出，ＬＳ２５－１型仪器由于维护不善，轴承生锈者占修理总数９０％。

三、发讯机构
　　发讯机构是仪器讯号传输的核心部分，关系到仪器测验精度和工作的可靠性。
　　ＬＳ１０型、ＬＳ２５－１型发讯机构为电刷式，由接触丝（电刷）和接触销组成。接点材料AgCu银铜合金。
这种结构的缺点是：
（1）接点材料硬度低（HB55），滑动接触过程易磨损；
（2）表面易硫化、晦暗，工作电流较大时，易氧化、**，电阻增大，使用寿命短。
（3）接点工作压力较大，且难以调整，并因人而异，摩擦阻力较大且不稳定；
（4）讯号质量差，抖动大，影响计算器工作。
LS1206B便携式流速仪发讯机构为磁接触式，由磁钢、干簧管等组成。干簧管触点镀铑（性能优于白金）密封在充有惰性气体（氮）的玻璃管中，工作稳定、可靠，讯号质量好，工作寿命长（5*10⁶次）。

这种机构的特点是： （1）干簧管密封于管座内，成一独立部件，安装于仪器油室外的身架孔中，如需更换，也很方便迅速（不大于1分钟）； （2）元件严格老化，在规定的指标下，磁钢、干簧管均可通用，更换时，无需调整。元件技术指标：磁钢剩磁感应强度Br=600～1000高斯，干簧管启动安匝为12～18AT； （3）接触阻力小，据实测：当流速V=0.035米/秒时，几乎观察不到其影响； （4）结构简单、牢固； （5）价格便宜； （6）配合二次仪表时，线路简单，工作可靠。

流速仪发讯机构的功用相当于一个电开关，把旋桨的转数变成电脉冲讯号，传递给计数器部分。发讯机构的主要性能要求：讯号波形质量好，动作可靠。
　　与磁电系仪表比较，B型仪器发讯机构的磁路是十分简单的，实际上，磁性体是处于开路结构中。这种结构的磁通利用率很低，泄漏磁通大，受外磁场影响亦大。当磁场在气隙存在时，便有自身的退磁场，因此，磁钢虽经老化，装机后还要退磁。如本次试验，磁钢按工艺老化，退磁14.5%；与仪器装配后，一两年又继续退磁，**年为15.3%，**年为15.0%（相对于老化的Br值），此后，Br才趋于稳定。这是流速仪发讯机构磁路的磁特性。试比较：航空仪表的磁钢，老化后装机又进行一次老化稳定处理，再退磁10～15%，则可保证一两年内，Br退磁不大于1～1.5%。显然两种仪表磁路不同，磁特性亦不同，退磁率相差很大。与以往的流速仪不同，B型仪器在设计上留用很大的余量。5年来试验表明：B型仪器发讯机构波形质量好，动作可靠。
　　发讯机构元件的质量是工作可靠的基础。选型试验表明：宝鸡群力无线电厂生产的５GG-１型BG３·６０９·０１１型干簧管为好，工作寿命可达２.４～３.４×１０７次（室内模拟：工作电压６伏，电流１００毫安，旋桨转速１００～１５０次／秒）；磁钢以南京金宁无线电器材厂和西安４３９０厂生产的LNG３２为好。

四、旋桨密封装置
　　旋桨流速仪采用球轴承作为支承元件，因而获得了优异的工作性能。轴承低而稳的摩擦力矩，使仪器能在低速水流中，灵敏地起转和稳定地工作，轴承的极限转速高（４００００转／分），使仪器在高速测流时，能高速平稳地旋转，工作寿命长。然而，当旋转轴密封性能差，含有泥沙的河水侵入油室，则上述一切优点全变为零。
　　经改进的ＬＳ２５－１型和ＬＳ１０型，旋转轴密封性能有较大改善，基本上能满足我国水情较为恶劣的河流使用。然而，由于仪器结构上存在某些缺陷，如上述对支承系统的分析：两支承点的跨度短，且旋转系统重心位于支承之外，高速旋转时不够平稳，特别是当轴承游隙较大时，形成轴套尾端旋转跳动量大，甚至摩擦旋桨轴（在修理工作，　经常可以看到旋桨轴被磨损的现象）。这种工作情况相当于偏心泵的挤压作用，其结果是仪器油被排挤出去，河水乘虚而入。此外，旋桨与反牙螺丝套的接合处，以及固轴螺丝处，水密性较差。造成油室与外界可能形成三条通道，这也是仪器油室进水的根源之一。

LS1206B流速仪与所有流速仪一样，旋转轴是采用非接触密封装置。密封件与旋转轴（套）互不接触，这是为了保证仪器低速的灵敏度和高速旋转的稳定性。密封原理系参考化工设备和水力机械有关密封装置的大量试验得到的经验公式： 　　W＝ψ·ΔPｂ３ｄ／μL 式中W为漏泄量，立方厘米／秒 　　ΔP为缝隙前后的压差，公斤／平方厘米 　　ｂ为径向缝隙，厘米 　　ｄ为旋转轴（套）直径，厘米； 　　 L为迷宫长度，厘米； 　　μ为液体动力粘性系数，公斤·秒／平方厘米； 　　ψ为迷宫结构和流态的修正系数。 　　由上式可见，漏泄量与压差ΔP、旋转轴（套）的直径ｄ成正比，比密封介质的粘度μ、迷宫长度L成反比。特别注意的是，与径向缝隙ｂ三次方成正比；当旋转轴（套）偏心，漏泄量将增大２.５倍。该公式虽然与流速仪的实际情况不一致，但仍然具有一定的指导意义。

　　LS1206B流速仪的旋转密封装置就是基于这一原则设计的。其原理是采用多级迷宫结构，即设置弯弯曲曲的迷宫缝隙和膨胀空腔，对通过缝隙的介质产生节流效应而起密封作用；同时，采用螺旋密封，利用螺杆泵原理，当轴调整旋转时，螺旋对充满在密封间隙内粘性流体产生泵送压头，从而对油室的仪器油封严，使河水不容易进入油室。本装置的特点：迷宫路程较长（在相同的体积下），缝隙小，拐弯次数多，并且有塑料垫圈和螺纹密封装置 ，经过多次节流，产生较大的消能和减压，密封效果好。迷宫结构详见下表.

     流速仪旋转轴密封性能，一般是用圆水槽旋臂机试验。旋臂直径为5米，旋臂转速为25转/分，实测水流速度为5米/秒。仪器悬挂于旋臂两端悬挂，入水深度为0.3～0.4米。现比较ＬＳ１２０６Ｂ型和ＬＳ２５－１型两种仪器的试验成果（表4）

五、测杆（LS１２０６B配套使用的是CG16-1型）

型号 长度（节数） 配套使用 CG28 3M（2节） 配LS25-1使用 CG20 3M（3节） 配LS25-3A使用 CG16 1.5M（3节） 配LS10使用 CG16-1 1.6米（4节） 配LS1206B使用 CG12 1.5米（3节） 配LS45A使用

六、计数器

• 显示屏：2×16位液晶显示
  
• 温度范围：－20℃- 50℃
  
•  电源：DC5V（四节5号镍氢充电电池）,充满后可连续工作40小时以上

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