仪器仪表资料明渠流量仪表

1、旗开得胜明渠流量仪表1.概述非满管状态流动的水路称作明渠（open channel），测量明渠中水流流量的仪表称作明渠流量计。明渠流通剖面除圆形外，还有 U形、梯形、矩形等多种形状。水路按其形态分类，各形态如图.1所示。ISO通常称满水管为封闭管道，流动是在水泵压力或高位槽位能 作用下的强迫流动。明渠流则是靠水路本身坡度形成的自由表面流动。1j读万卷书行万里路滿水管齬水跻自由表両湍的明豪由表面流的睛渠01水路形态明渠（或丰满首）渠道敲口明渠t习惯筒晰明渠） 暗明楽（习惯简称暗渠）明渠流量计应用场所有城市供水引水渠、火电厂冷却水引水和排水渠、污水治理流入和排放渠、工矿企业 废水排放以及水利工程和

2、农业灌溉用渠道。本文重点讨论前面几种工业和公用事业适用的流量测量方法和 仪表，不包括较大型的水利工程和农业灌溉用的流量测量方法。1.6%，约 3.5 万国外有人估计，1995年全球工业和公用事业用明渠流量计销售台数约占流量仪表整体的 台；若包括较简易的堰等使用者可自行制造未向市场采购的仪表，实际装用还要多些。国内应用尚无估计 数据。2、类型旗开得胜测流槽法、流速-水位计算法和电磁流量工业和公用事业常用的明渠流量仪表按测量原理大体可分为堰法、 计法。1 ）堰（weir）法在明渠适当位置装一挡板，水流被阻断，水位升到档板上端堰（缺）口，便从堰口流出。水流刚流出的流量小于渠道中原来的流量，水位继续上

3、升，流出流量随之增加，直到流出量等于渠道原流 量，水位便稳定在某一高度，测出水位高度便可求取流量。2）测流槽（flume,简称槽）法缩小渠道一段通道断面成喉道部，喉道因面积缩小而流速增加，其上游水位被抬高，以增加流速所需动能（即增加的动能由所抬高水位位能转变过来），测量抬高水位求取流量。3）流速-水位计算法（简称流速-水位法） 测出流通通道某局部 （点、线或小面积）流速，代表平均流速, 再测量水位求得流通面积，乘局部流速与平均流速间的系数，经演算求取流量。4）电磁流量计法 又分为潜水式电磁流量计和非满管电磁流量计两类，后者目前国内尚未开发。潜水式电磁流量计是在渠道中置一挡板截流，挡板近底部开孔

4、并装潜水电磁流量传感器，水流从流量传感 器流过从而测出其流量。非满管电磁流量计的传感器直接在管道装上同口径圆形暗渠，测量流速的原理与传统电磁流量计的相同, 但还具备测量仪表内水位的功能，电极、磁路和测量电路则有较大差别。-口#读万卷书行万里路旗开得胜3、1堰式流量计*團3堰法测量原理3、原理与特点1片音IX堰式流量计由堰和相应的液位计组成，薄壁堰的测量原理如图2所示，流量Q按式（1）计算。式中K流量系数;堰顶水头，即离堰口水位高度;取决于堰缺口形状的指数，为5/2 或 3/2 。常用薄壁堰按缺口形状分为三角堰、矩形堰和等宽堰，它们的尺寸范围和流量范围分别如表1所示。堰口尺寸和表面粗糙度要求可查

5、阅标准或规程ISO 1438-1 , CJ/T3008.1 , CJ/T3008.2 , JJG771，均有具体规定。若迎流侧堰口长期使用后磨损成园角以及迎流侧堰壁粗糙变化均会产生测量误差。堰式流量计除堰 板部分外，还包括相应液位计以及堰板上游足够长的直渠段和整流段等。表1常用薄壁堰适用范围堰名称和形状流量公式适用范围/m典型流量范围宽度B或BXb/m水头范围/m流量范围/（m 3/h）3咤:万卷书行万里路旗开得胜B=0.441.0Q=Kh 5/2h =0.040.120.450.040.1201.0815.6#3疗读万卷书行万里路D=0.10.13雲二角堰Q=Kh 5/2B=0.51.21=

6、0.070.26VB/20.60.80.0700.2606.6174帥三角堰D=0.10.75B= 0.56.3b=0.155.0拒形堰Q=Kbh 3/2D=0.153.50.06h=0.030.45(0.9 X0.36)(1.2 X0.48)0.030.31212.6540等宽堰B 0.5D=0.32.5Q=Kbh 3/21=0.03D0.68 h.00.030.821.640260但，h为0.8以下 且为B/4以下)注：Q为流量；K为流量系数；h为堰的水头；B为渠宽度；b为缺口宽度；D为从渠底面到缺口下 缘的高度。堰式流量计的特点;结构简单，一般情况下价格便宜，测量精度和可靠性好;因水头损

7、失大，不能用于接近平坦地面的渠道;堰上游易堆积固形物，要定期清理。3.2槽式流量计槽式流量计的常用测流槽有多种形式。在渠道中收缩其中一段截面积，收缩部分液位低于其上游液位,旗开得胜(P arshall flume,浇。国内已有用聚氯乙烯塑料或玻璃钢制成的定型商品。对表面粗糙度和尺寸公差ISO 9826、CJ/T 3008.3测量其液位差以求流量的测量槽，一般称作文丘里槽。还有适用于矩形明渠的巴歇尔槽 简称P槽），适用于圆形暗渠的帕尔默.鲍鲁斯槽（Paimer Bowlus flume, 简称PB槽）。在欧洲文丘里槽用的 较多，在我国则以 P槽和PB槽居多。(1) P 槽P槽外形如图3所示，喉道

8、宽从25mm至15m，已有定性尺寸。流量 Q和喉道上游液位ha间的关系式M中，系数C和指数n均因规格而异。P槽可以用钢板或木版制成，也可以在现场用混凝土现6007和JJG 711均提出了要求。*抵:读万卷书行万里路压力-诽量故fi吹气特21商吹气式漁悅计fir4 Ukoi.趟声传思器-哎h=H-hio ,吹气式液位计如图12所示，将一根吹气管插入堰槽等上游水位测量位置的渠内,以略大于最大流量时水头的空气压力，连续以恒定流量60100L/h）送入空气，吹出气泡，空气压力随水位而变，测得空气压力即可求的得水位。本仪表安装简便，适用于较污脏液体。但需要铺设供气管道和日常供气气源，带来不便。超声液位计

9、是测量超声波从超声传感器（换能器）以一定的速度发射经气-液界面反射回到换能器的时间，以求取水位的液位计，称之气介式液位计，图5所示即为其使用安装例。用于明渠流量测量的超声液位计除气介式外，还有如图 13所示在液体中传送超声波经液 -气界面反射的液介式液位计，超声传感器置于水中。气介式为非接触液体测量，适用于有污浊物和腐蚀性液体，但液位存有泡沫等会影响液位测量值;液介式不适用于含有固相杂质的液体，但比气介式受温度变化影响小，超声波波长为气介式的1/5，分辨力和测量精度较高。4.选用考虑要点4、1概述针对城市供水引水渠、工业引水和排水渠、污水治理渠道等流量测量特点，应考虑以下因素选择合适的 测量方

10、法。水路大小和形状，流速范围，最大流量和最小流量;测量精确度要求;流量计设置场所和环境条件;液体状况，洁净程度，含有固相浓度，腐蚀性;现场允许落差（或升高水位）和渠道坡度;与液体接触的仪表零部件材料;选用超声流速计和电磁流速计时要分别对液体浊度或电导率作调查，其要求可参照超声流量计和电 磁流量计要求。4、2估算渠道流量和抬高水位对于新建单位可通过工艺流程计算渠道流量与拟安装位置，再选定仪表规格。对于老企业添置仪表要估 计既有渠道流量和确认仪表上游允许升高水位；即确定流量仪表规格和流量范围，要取决于渠道峰流量和 允许升高水位两个因素。（1 ）估计峰流量通常有投浮子法和日排放量估算法两种方法。L（

11、2050m）立1）投浮子法 既有明渠可采用投浮子法测定和估算流量。选定在最大流量时，两人距离 于直渠道旁，上游一人投放浮子（一般是木制圆片），下游一人在投放木片的瞬间启动计时，当浮子到达时停止计时，得时间t，求出渠道表面流速Um/s（尸L/t）。再测出渠道流通截面积 Am2，便可从式（5）估算流量Q_ *二宀:读万卷书行万里路旗开得胜式中K修正系数，因表面流速大于平均流速，一般取0.840.90.2）从日排放量Qd估算峰流量Qp在没有条件用投浮子法或新建系统，可采用实际（或设计）的排放量来估计峰流量，估算公式如式（6）或（7）式中Ku 不均匀系数，如为均匀连续排放，可取 1.11.2 ；每天集

12、中排放累计小时数，如为不均匀连续排放，则按集中排放小时计算。（2）确定抬高水位除流速-水位流量计和非满管电磁流量计外，渠道安装流量计后其上游均要抬高水位。对于新设计的渠系可 按测量流量范围和周边环境条件全面考虑确定升高水位高度。对于现有渠道在选定流量计时，要考虑上游 渠系水位抬高后的影响（如水位是否会漫溢出渠道），然后再按确定的水位升高高度和峰流量值选定仪表 规格。4、3渠用流量仪表适用范围和性能比较常用渠用流量仪表适用范围和性能比较归纳如表4。表4渠用流量仪表性能比较测量方法比较项目堰法（薄壁堰）P槽法PB槽法流速-水位法潜水电磁法适用渠道类型明渠明渠圆形暗渠明渠、暗渠明渠、暗渠*%、19读

13、万卷书行万里路旗开得胜渠道一段要装渠道一段要装入渠道要截流，检测件流量检测渠道要截流，检入槽，检测件结槽，检测件结构较不必改动渠道，流量1为本体，分流模型扩结构特征则件结构简单构较复杂复杂检测要用流速计大流量检测仪表液位计液位计液位计流速计+液位计本仪表直接测量渠宽、喉宽或渠宽：喉宽：25-240口径：150-1800渠宽：300-1000口径：500-400口径450-8000(15200)(3000)口径：300-500(600)15-40000m3/h流量或流速三角堰小流量30-1500020-12000流速：0-20m/s10-5000m 3/h范围矩形堰中流量(33000)m 3/h

14、(4200)m 3/h等宽堰大流量测量精确度1-33-53-53-5单独传感器：1.5误差/(%FS)带分流模型：2.5流量范围度(10-20):1(20-30):1(20-30):1(20-100):110:1抬高水位200(120)-8075-200口径的无100-500/mm(1/20-1/30)上游侧固态会沉积，不会排不会沉积，随物不会沉积，随流排会沉积，能部分随流物是否沉积世，要定期清除排泄泄不会沉积，随流排泄排泄和排泄程度上游侧： (10-15)上游直渠段1500-24000(其上游侧：(5-10)倍渠道(或口径)长度要求中整流流部300-20000倍的口径下游侧： 5倍渠宽/mm

15、690-12000)下游侧：2倍口径(或口径)#疗读万卷书行万里路旗开得胜传播时间法超声流读万卷书行万里路速计；浊度W液体导电率对液体的无特殊要求无特殊要求无特殊要求5000mg/L 多普勒10-4s/cm 测量废要求法超声流速计：浊度水、下水不存在问题60-5000mg/L各类仪表的特点前文已有所论述，现在做综合比较。1 ）水头损失或上游侧抬高水位流速-水位法没有因测量带来水头损失，其余几种方法渠道均要被截流或装入一段流量检测件段，抬高上游水位。潜水电磁流量计由于可装分流模型，升高水位可比较灵活地选择。2）安装方便性流量检测件本身和安装以槽最为复杂，堰和潜水电磁流量传感器相对简单。对已有渠道

16、改造,安装流量检测件时挖掘工程量大，特别是暗渠要设置检查井（阴井），往往成为否定选用方案的原因。除潜水电磁法外,其他各类方法均有直渠道要求，这给选择测量点位置带来许多制约条件。5、安装注意事项本节仅就堰式、槽式和流速-水位式流量检测件的安装要求做些说明,各种液位计、压力传感器和潜水电磁流量传感器则参阅有关资料。5、1堰式流量计堰板上游水路要设置整流段、整流装置段和导流段，尺寸要求如图14所示。若不设置整流装置，则整流段的长度L1应为渠宽（B） 10倍以上。画图图14堰上游整流装置水路导流段的储水容量应尽可能大，导流段的宽度和深度可以比整流段大些,导流段的侧壁高度应比整流段一 *旗开得胜257读

17、万卷书行万里路侧壁高些，以防止水位上涨溢出。整流装置段的宽度和整流段相等，侧壁高度则与导流段相等。整流段底部水平面要求与侧面垂直，充满水后不变形；轴线应为直线，宽度要大体一致。画图图15堰板安装位置堰板应按图15所示垂直安装在支板上游侧面，为防止下游侧支板干扰水舌正确流动，支板必须低于堰口与水平线向下成 450角的平面以下。画图图16下游侧水面影响为防止下游侧水面影响，堰板下游水位应低于零水位（即堰缺口）150mm，如图16所示。若下游水位上升要影响自然落下的水流，就不能准确测量流量。因此要事先调查下游侧水位。须为清除堰板上游堆积物提供条件。用于下水道或污水排放时，液体中沉淀物堆积改变尺寸 D

18、 （见图14）从而影响流量系数，且堵塞整流装置，破坏正常流速分布，因此须为清除堆积物提供条件。5、2P槽流量计流入侧水路的流速分布要影响测量精度，因此要注意以下各点。1）要有一段截面积不变的直渠道。在急弯道或与支路汇合产生局部混合流动时，至少要有510倍喉宽长度的直渠道，尽可能更长些。2）渠道与槽本体连接部位底平面要有1 : 4斜率，侧壁要有曲率半径为 2倍以上最大流量水位高度的曲面，或与中心线成 450倾斜的平面。3）如渠道某处产生水力学水跃现象时，槽体应远离该处，至少应装在有30倍最大流量水位高度距离的下游。4）为改善流动条件，可在水位测量点上游10倍最大流量水位高度的距离设置整流板。5）设置槽体后渠道上游水位升高，注意防止水溢出渠道，必要时按现场条件挖深渠道或加高渠侧壁。流出侧水路要注意勿使其产生淹没流或逆向流，注意清除堆积物。槽本体内流动状态要注意以下两点。1）喉道处的流动必须是临界流。为满足喉道段水位hb和收缩部水位ha的比值（即淹没比）符合规定直，槽顶要有一定高度