流速仪法流量测验

流速仪法测流是目前国内外使用最广泛的方法，也是最基本的测流方法。同时，也是评定和衡量各种测流新方法精度的标准。近年来，尽管测流新技术得到迅速的发展，但在今后相当长的时间内还不可能完全取代流速仪法测流。

流速仪法主要是用流速仪实测断面上一系列测点流速，并施测断面面积，推求断面流量的一种方法。由于目前我国大部分测站经常是使用转子式流速仪，所以，一般人们称谓的“流速仪”多是指转子式流速仪。

5.1.1　转子流速仪工作原理。

当流速仪放入水流中，水流作用于流速仪的感应元件（或称转子）时，由于它的迎水面的各部分受到水压力不同而产生压力差，以致形成了一转动力矩，使转子产生转动。旋杯式流速仪上下两只圆锥形杯子所受动水压力大小不同，背水杯1所受水压力P1显然小于迎水杯2的压力P2，所以旋杯盘呈逆时针方向旋转。旋桨式流速仪的桨叶曲面凹凸形状不同，当水流冲击到桨叶上时，所受动水压力也不同，也产生旋转力矩使桨叶转动。

流速仪转子的转速n与流速v之间存在着一定的函数关系v = f ( n )。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。

转子流速仪是根据水流对流速仪转子的动量传递而进行工作的。当水流流过流速仪转子时，水流直线运动能量产生转子转矩。此转矩克服转子的惯量、轴承等内摩阻，使转子转动。流体力学理论分析，上述各力作用下的运动机理十分复杂，但其综合作用效果却比较简单，即在一定的流速范围内，流速仪转子的转速与水流速度呈简单的近似线性关系。因此，国内外都应用传统的水槽实验方法，建立转子转速与水流速度之间的线性经验公式。尽管使用线性经验公式即可简单地计算出水流速度，但并不意味着转速与水流速度之间存在着数学上的线性关系，而仅说明在一定流速范围内，呈近似的线性关系。公式仅仅是一个经验公式，当流速超出规定范围时，经验公式不成立或误差很大。公式（5-1）为：

式中v ——　流速，m/s；

K ——　常数，值取决于桨叶螺距或杯型；

N ——　时段内的总转数；

t ——　时段历时，s；

c ——　常数，反映转子旋转时的摩阻力；

k、c值均在专用水槽中检定得出。在低速情况下由于c值的影响较大，流速公式呈曲线函数关系，不再使用上式。

转数用计数器显示，最简单的计数器是小电灯、电铃和晶体管音响器。旋桨每转动20圈,开关接通一次,电灯闪光或音响，由人工记数，停表计时，较完善的有电动计数表、电子计数器、计时计数器和直读流速显示器等，这些计数器可用于旋桨每转动1圈有许多讯号的流速仪，能提高测速精度。

5.1.2　流速仪法测流原理

河流横断面上的流速分布是不均匀的。以h代表水深，b代表水面宽，横断面上流速分布可用函数式 v = f ( h , b )表示，则通过全断面的流量可用积分法求得：

Q——全断面流量，m3/s；

v——断面上某一点的流速，m/s；

h——垂线上某一点的水深，m，水深积分变量；

b——断面上某一点的起点距，m，宽度积分变量；

H——垂线水深，m；

B——全断面宽度，m。

用上式计算的流量，相当于流量模型的总体积。因的关系比较复杂，一般很少用积分式推算流量。实际上是把积分式变成有限差的形式推算流量。用若干个垂直于横断面的平面，将流量横切成n块体积，每一体积即为一部分流量q，只要在各测速垂线上测深、测速，q是容易计算的。全断面的流量Q即为：

式中Bi —— 第i条垂线所代表的部分水面宽度，m；

Hi —— 第i条垂线的水深，m；

Vi —— 第i条垂线的平均流速，m/s；，

qi —— 第i部分的部分流量，m3/s；

n —— 所有部分的个数。

上述是流速仪法测流所用的基本方法。实际测流时不可能将部分面积分成无限多，而是分成有限个部分。所以实测流速只是逼近真值，河道测流需时间较长，不能在瞬时完成，因此实测流量是时段的平均值。

可见，测流工作实质上是测量横断面及流速两部分工作的组合。