西南民族学院学报,自然科学版JournalofSouthwestUniversityforNationalities,NaturalScienceEdition文章编号:1003-2843(2001)03-0301-03几种特殊流速传感器及其应用汪拥赤I实庆交通学院西南水科所，重庆400016)摘要:根据工程实验的特殊需要，研制了渠道/湖泊用微型旋桨式流速传感器、垂线流速分布传感器、带升降架的水平线流速分布传感器和潜■水型流速传感器，本文介绍了这些传感器的基本结构、测量误差分析，并研究了它们在工程特殊测流问题中的应用.关键词：流速;旋桨；传感器；误差中图分类号:TV131.6文献标识码:A工程实验测流具有多样性,不同的情况应采用不同的传感器,随着材料科学，电子科学的不断进步，使流速仪的轻便及易操作性成为可行.现有的一般流速传感器能满足大多数场合的流速测量问题,但对某种特殊场合需要解决的测流问题就显得力不从心.本文介绍了几种特殊的流速传感器,它们可实现一般传感器难以解决的测流问题.1基本结构形式微型旋桨式流速传感器常见的形式是迎水面支架对旋桨轴线为近似对称结构如图1.此类传感器在检定水槽的均匀定常流条件下有足够的准确度.但将此条件下获得的检定方程式应用于河工模型或河流中测量平均流速,常常由于其水流紊动强度的差异而造成不可忽视的误差，水文测验是用延长测速历时来减少水流速率脉动造成的时均流速测量误差,但此法对流向摆动造成的误差无效•因为前者近似正态分布，后者对上述类型的传感器是偏负的误差.前苏联著名学者.热列兹拿柯夫综合了一些学者的论述指出:旋桨式流速仪在受脉动影响时其平均流速测量读数偏大,偏大的程度随脉动振幅增加而增加.在流向变化的作用下,旋桨式流速仪的读数偏小.而且旋桨式流速仪读数因流向摆动影响而偏小的数值远大于因流速脉动影响而偏大的数值.图1所示传感器的试验结果如图2.显而易见流向摆动是造成旋桨式流速仪由于水流紊动而产生的平均流速测量误差中起决定作用的因素・本文的研究是通过变革旋桨的受力状况来减小由于水流左右摆动造成的平均流速测量误差，因旋桨本身是不对称的结构，作者将它的轴承架也做成对于旋桨转轴上下不对称的形式如图3,利用桨叶在不同位置时转动力矩的差异使水流在左右摆动的情况下(摆幅不超过土15度)造成的平均流速测量误差相互抵偿.为便于阐述，将旋桨的受力进行简化，如图4两只桨处于一个特定的位置.由于轴承架A对水流的阻碍作用使作用于下边一只桨叶的垂直于旋桨径向的力姊(举力)较作用于上边一只桨叶的垂直于旋桨径向的力Ln小.即U>Ld或Ld=“oL.,(I>%>O,%为8=0度时的举力比).根据短翼理论：L1(二Q(^/4)V2Sin2/?cos^LDLd=%Li=70Cj(/4)V2Sin2/3cosjS7J)式中：CL系数:p-水的密度;-冲角；V-前方匀流速;L-旋桨轴向长度;D-回转直径.为便于分析，假设两个力的作用点距旋桨转轴的距离均为D/4,则传感器对正流向时旋桨的转动力矩为：Mo=(1十职))L*D/4=(1+7o)C^(p/16)V2Sin2/3cosjSLD2收稿日期=2001-05-05作者简介:汪拥赤〈1957-).为，重庆交迎学院西南水科所工程师第27卷第3期Aug.2001302西南民族学院学报,自然科学版第27卷流向偏左。角时旋桨的转动力矩为：ML=Crf(^A6)V2LD2lSin2(/?+B)cos(/?+B)十率-8)q(0-8)；流向偏右B角时旋桨的转动力矩为：MR=Cj(p/16)V2££)2|Sin2(/?)8S(/?—8)十猝访2(尹+8)COS(E+8)?流向偏左9角时旋桨转动力矩的增量为：△ML=ML一MQ=Q(/9/16)V2LD2i[Sin2(/?+B)W+。)一sin^pcos/?]+[?应112(0-8)8S(/?~.8)^0sin2/?cos/3^\(1)流向偏右。角时旋桨转动力矩的增量为：△MR=MR一MQ=Q(^/16)V2LD2|[Sin2(/?-9)瑚._8)-sin2/?cos/?J+[软s择(/3+B)cos(夕+8)-T7osin2/3cos/3]\(2)当&角甚小(不超出土15度)时可以认为W啊，则由(1)、(2)式可推算出能满足方程式△Mi.Q-^MR的如和P值.上述阐明了传感器的造型试验主要应确定如和。两项因素(.=9(r-夕),式中。为旋桨的螺距角.图3的传感器造型是大量试验确定的•啊可以通过改变图5中轴承架A的厚度b来调整.A的横截面采用图5的流线体形式.当它的弦长C为一定时(制成的传感器C=5毫米,它受传感器结构尺寸的制约)，8值越大,c/b越小，对水流的阻力越大值越小、图6和图7分别表示置流速传感器于检定水槽钟形管咀端部处改变其...