渠道流速仪测流培训课件

渠道流速仪测流培训课件第一章水力学基础与测流原理概述水力学基础:液体流动的基本规律连续性与流速分布液体在渠道中流动时遵循连续性原理,即质量守恒定律。流速在断面上的分布并非均匀,通常表面流速最大,靠近边壁和底部流速较小。断面平均流速通常为表面流速的0.85-0.90倍流速分布受渠道形状、粗糙度影响测点选择需考虑代表性层流与紊流的区别流态对测流精度有重要影响。雷诺数Re是判断流态的关键参数。层流(Re<2000):流体质点作规则运动,流速分布呈抛物线紊流(Re>4000):流体质点作不规则运动,存在涡旋和脉动流速与流量的关系流速(V)单位时间内液体质点通过的距离单位:米/秒(m/s)断面面积(S)垂直于水流方向的过水断面单位:平方米(m²)流量(Q)单位时间内通过断面的水体体积单位:立方米/秒(m³/s)流量计算公式其中:Q为流量(m³/s),V为断面平均流速(m/s),S为过水断面面积(m²)流速测量的常用方法根据测量原理和应用场景的不同,流速测量方法主要分为三大类。每种方法都有其独特的优势和适用范围,选择合适的测量方法对提高测流精度至关重要。1机械式流速仪工作原理:利用旋转叶轮或转杯,通过水流驱动产生脉冲信号代表型号:LS20B、LS45A适用场景:明渠、灌溉渠道、河流优点:结构成熟、价格适中、适应性强缺点:机械磨损、需定期校准2超声波流速仪工作原理:利用超声波在水中传播的时间差或多普勒效应测量流速测量方式:时差法、多普勒法适用场景:清洁水体、大流量监测优点:非接触测量、响应快速、维护少缺点:受水质影响、成本较高3电磁流速仪工作原理:基于法拉第电磁感应定律,导电液体切割磁力线产生感应电动势测量精度:±0.5%~±1.0%适用场景:导电液体、污水处理优点:精度高、无压力损失、量程比宽水流断面与测点布置上图展示了典型渠道断面的流速分布特征及测点布置方案。流速在断面上呈非均匀分布,表层流速最大,底部和边壁附近流速较小。合理选择测点位置是获得准确断面平均流速的关键。测点布置原则测点数量根据断面宽度确定(通常5-20个)垂线间距应均匀或按面积等分每条垂线上设置1-5个测点标准测点深度:0.2H、0.6H或0.2H、0.8H断面选择要求选择顺直、稳定的渠段避开弯道、汇流口等扰动区断面上游至少10倍渠宽的稳定段第二章渠道流速仪的类型与工作原理机械式流速仪:LS20B型详解工作原理与结构LS20B型旋桨式流速仪是我国水文测验中广泛使用的标准仪器。其核心部件是旋转叶轮,当水流通过时驱动叶轮旋转,叶轮的旋转通过信号转换器产生电脉冲信号,脉冲频率与流速成正比。测速公式其中:V:流速(m/s)N:测量时段内的总脉冲数T:测量时间(s),通常为100秒K:螺距系数(仪器常数)C:仪器常数(修正值)技术参数测速范围0.05~5.0m/s测量误差±2%~±3%起转流速≤0.05m/s水温范围0~40℃机械式流速仪的优势与局限主要优势结构简单可靠:机械结构成熟,故障率低,易于维修适应性强:可在浑水、污水等复杂水质环境中使用价格经济:相比电子式仪器成本低,性价比高操作直观:无需复杂设置,现场读数方便不受电磁干扰:适合电磁环境复杂的工业现场主要局限机械磨损:轴承、叶轮长期使用会产生磨损,影响精度需定期校准:每年至少检定一次,维护成本较高响应较慢:叶轮惯性导致响应时间较长易缠绕:水草、杂物容易缠绕叶轮影响测量低流速误差大:在<0.1m/s的低流速下精度下降明显超声波流速仪工作原理发射超声波传感器向水中发射已知频率的超声波信号声波传播超声波在流动水体中传播,传播速度受水流影响接收信号另一传感器接收反射或透射的超声波信号计算流速根据时间差或频率差计算水流速度时差法原理测量超声波顺流和逆流传播的时间差,时间差与流速成正比。适用于清洁水体,精度高达±0.5%多普勒法原理测量超声波被水中悬浮颗粒反射后的频率变化,频率差与流速成正比。适用于含悬浮物水体,需要一定浓度颗粒应用特点:超声波流速仪最大的优势是非接触测量,无压力损失,响应速度快。特别适合大口径管道、明渠等场合的在线监测。但对水质要求较高,浑浊度过高或气泡过多会影响测量精度。电磁流速仪工作原理法拉第电磁感应定律电磁流速仪基于法拉第电磁感应定律:导电液体在磁场中流动时,会产生与流速成正比的感应电动势。其中:E:感应电动势(V)B:磁感应强度(T)D:测量管道直径(m)V:平均流速(m/s)K:仪表常数感应电动势与流速成线性关系,不受液体密度、粘度、温度、压力等参数影响。关键技术特点测量精度高精度可达±0.5%,重复性好无压力损失测量管内无阻流部件量程比宽量程比可达100:1甚至更高双向测量可测量正反双向流动应用限制:电磁流速仪仅适用于导电液体(电导率≥5μS/cm),不能测量气体、蒸汽和石油制品。虽然测量精度最高,但设备成本也最昂贵,主要用于工业自动化控制和高精度计量场合。流速仪类型对比对比项目机械式超声波式电磁式测量精度±2%~±3%±0.5%~±1%±0.5%测速范围0.05~5m/s0.01~10m/s0.1~15m/s响应时间3~5秒<1秒<1秒维护周期每年检定1~2年2~3年适用水质各类水质清洁或含悬浮物导电液体价格范围3千~1万元2万~10万元5万~20万元第三章渠道流速仪的安装与操作流程正确的安装和规范的操作是获得准确测量数据的关键。本章将系统介绍流速仪的现场安装要点、详细操作步骤、参数设置方法以及数据记录与处理流程,帮助学员掌握从仪器准备到数据获取的完整技能。流速仪安装要点01断面勘察与选择实地考察测量断面,确保符合测流技术规范要求02测量设备准备检查仪器完好性,准备测深杆、固定装置等辅助工具03测点布置标记根据断面宽度和水深布置测点,做好标记04仪器安装固定将流速仪安装到测杆上,确保方向正确、固定牢靠05检查与调试检查仪器状态,进行空转测试,确认信号正常断面选择标准选择顺直、稳定的渠段,长度≥10倍渠宽断面形状规则,河床稳定,无冲淤变化避开弯道、闸坝、汇流口等水流紊乱区域水深应满足仪器最小工作水深要求(通常≥0.15m)流速在仪器测量范围内,流态相对稳定安装注意事项方向对准:确保传感器轴线与水流方向平行或按说明书要求角度安装垂直度:测杆保持垂直,倾斜角度不超过3°避免遮挡:传感器前方1米内无障碍物遮挡固定牢固:防止水流冲击导致仪器位移或晃动安全第一:注意人员安全,必要时使用防护装备操作步骤详解:以LS20B为例开机自检按下电源键,观察显示屏是否正常显示,检查电池电量。系统自动进行自检程序,确认各功能模块工作正常。如发现异常,应停止使用并检查仪器。参数确认核对仪器编号,输入或确认K值(螺距系数)和C值(仪器常数)。这两个常数来自检定证书,直接影响测量精度。同时设置测量时间T,标准测量时间为100秒。下放仪器将仪器缓慢下放到预定测点深度,保持测杆垂直。等待10-20秒让水流稳定,叶轮转速达到稳定状态。确认传感器完全浸入水中且无缠绕。启动测量按下启动键开始计时,仪器自动记录脉冲数。测量过程中保持仪器位置稳定,避免人为扰动水流。观察显示屏实时脉冲计数,判断测量是否正常。读取数据测量时间到达后,仪器自动停止并显示测量结果。记录总脉冲数N和计算流速V。部分仪器可自动计算并显示流速值,应同时记录原始脉冲数以备复核。数据记录在测量记录表上详细记录:测点位置、水深、测量时间、脉冲数、流速值、仪器编号等信息。每个测点至少测量两次,误差超过5%时应重测。参数设置与校准K、C常数的调整K值(螺距系数)和C值(仪器常数)是流速仪最重要的技术参数,必须通过国家授权的检定机构检定获得。参数设置流程1查阅检定证书找到对应仪器编号的最新检定证书2进入设置菜单按菜单键进入参数设置界面3输入K、C值按照证书数值准确输入,小数点后保留4位4保存确认保存参数,退出设置,重启验证校准注意事项定期检定要求根据《水文缆道测验规范》(GB50179-2015)和《明渠流量测量速度面积法》(GB/T15967-2021)规定:新购流速仪首次使用前必须检定在用流速仪每年至少检定一次仪器维修后须重新检定检定应在国家认可的检定槽进行现场快速校验虽然不能替代正式检定,但可在现场进行简单校验:在静水中检查零点,脉冲数应为0人工拖动仪器,检查叶轮转动是否灵活对比同一测点多次测量结果的一致性与其他已检定仪器对比测量结果数据记录与处理现场数据记录方法规范的现场记录是数据质量的保障。应使用专用测流记录表,记录内容包括:基本信息测量日期、时间测站名称、断面编号天气、水位测量人员姓名仪器型号、编号测点数据测点编号、起点距水深、测深脉冲数N测量时间T流速V计算结果各垂线平均流速断面面积断面流量平均流速备注说明流量计算步骤1计算测点流速根据公式V=N/T×K+C计算每个测点的流速2计算垂线平均流速根据测点数量选择计算方法:一点法、二点法、三点法3计算部分面积每条垂线代表一个部分断面,计算其过水面积4计算部分流量部分流量=部分面积×对应平均流速5汇总总流量总流量为各部分流量之和数据质量控制:每个测点至少测量2次,相对误差不超过5%。如超过,应增加测量次数或检查仪器状态。关键断面应由两名测量员独立测量,相互校核。流速仪操作界面与参数设置主要操作按键功能电源键长按3秒开机或关机,短按背光开关菜单键进入功能菜单,进行参数设置和查询确认键确认选择、保存设置、开始测量上下键菜单导航、数值调整、历史数据查询清零键重置当前测量、清除临时数据不同型号的流速仪操作界面可能有所差异,使用前应仔细阅读产品说明书,熟悉各按键功能和菜单结构。建议在室内进行模拟操作练习,熟练掌握后再进行实地测量。第四章现场应用案例与故障排查理论与实践相结合才能真正掌握测流技能。本章通过典型应用案例,展示流速仪在不同场景下的使用方法,分析常见测量误差的来源,介绍故障诊断与排除技巧,并提供仪器维护保养的实用建议。典型测流案例分享农田灌溉渠道流速测量背景:某灌区需要精确计量各支渠的配水量,合理分配灌溉用水。挑战:渠道多为矩形断面,流速较低(0.2-0.8m/s),部分渠段水草较多。方案:选用LS20B机械式流速仪,在各支渠设置标准测量断面。采用5-8条垂线布置,每条垂线2个测点(0.2H、0.8H)。成果:建立了完整的渠系测流网络,流量测量误差控制在±3%以内,为灌溉调度提供准确依据。城市排水管渠流量监测背景:城市排水系统需要实时监测关键节点的流量数据,用于防汛预警和系统优化。挑战:排水管渠流速变化大(0.5-3.0m/s),水质污浊,含有杂质,管道空间有限。方案:在主要干管安装超声波流速仪,实现在线监测。便携式机械流速仪用于现场抽查校核。成果:构建了排水系统流量监测网,实时掌握管网运行状况,暴雨期间准确预报积水风险,为城市防汛提供技术支撑。测量误差分析流速测量误差来源多样,识别和控制误差是提高测量精度的关键。主要误差源包括仪器误差、方法误差和环境误差三大类。叶轮卡滞轴承磨损、润滑不足导致转动不灵活,低流速下影响显著传感器污染泥沙、藻类附着增加阻力,改变仪器特性曲线流场不均匀测点位置不代表,断面选择不当,水流紊乱安装角度偏差传感器轴线与流向不平行,产生系统误差参数设置错误K、C常数输入错误,测量时间设置不当测量时间过短时间不足导致随机误差增大,脉冲数偏少误差控制措施仪器因素控制使用前检查仪器状态,确保转动灵活及时清洁传感器,去除附着物定期检定,使用有效期内的K、C常数正确设置参数,避免人为错误测量方法控制合理选择测量断面和测点布置保证足够的测量时间(通常100秒)确保仪器安装角度和位置正确多次重复测量,取平均值常见故障及解决方案故障一:无信号或信号异常现象:启动测量后,显示屏无脉冲计数或计数异常少可能原因:传感器连接线松动或断裂叶轮被水草、杂物卡住流速过低,未达到起转流速信号转换器故障解决方法:检查并重新连接传感器线缆清除叶轮缠绕物,确保转动自如确认流速在仪器测量范围内更换信号转换器或返厂维修故障二:电池电量不足现象:显示屏出现低电量警告,仪器自动关机或工作不稳定可能原因:电池长期使用电量耗尽低温环境下电池性能下降电池老化,容量减小解决方法:及时更换新电池,建议携带备用电池低温环境下适当保温使用正品电池,定期更新长期不用时取出电池保存故障三:数据明显偏大或偏小现象:测量结果与经验值或历史数据差异明显可能原因:K、C常数设置错误仪器超过检定有效期安装角度、位置不正确测点选择不具代表性解决方法:核对检定证书,重新设置参数及时送检,使用有效检定证书调整安装,确保符合规范要求重新勘察测量断面,合理布置测点与其他仪器对比测量,交叉验证维护与保养建议1每次使用后用清水冲洗传感器,去除泥沙和附着物检查叶轮转动是否灵活,有无变形擦干仪器外壳,避免电子部件受潮检查连接线有无破损、接口是否松动关机后妥善收纳到保护箱中2每月维护全面检查仪器外观,紧固螺丝清洁叶轮轴承,必要时添加润滑油测试电池性能,更换老化电池在静水中检查零点,校验基本功能更新维护记录,记录仪器使用情况3每年检定送国家认可的检定机构进行全面检定获取新的K、C常数和检定证书对磨损严重的部件进行更换升级固件和软件到最新版本评估仪器性能,决定是否继续使用长期存放注意事项如仪器需要长期存放(超过3个月),应采取以下措施:彻底清洁干燥后,涂抹防锈油取出电池,避免漏液腐蚀电路存放在干燥、通风、温度适宜的环境每3个月取出检查一次,通电测试重新启用前必须进行全面检查和校准现场测量实景上图展示了典型的渠道流速测量作业场景。测量人员正在操作流速仪进行流速测量,图中标注了关键操作步骤和注意事项。测量准备检查仪器、准备工具、确认测点位置仪器下放保持垂直,缓慢下放到预定深度稳定等待等待水流和仪器状态稳定启动测量按下启动键,计时开始读取记录记录数据,准备下一测点安全注意事项两人以上协同作业,相互照应在桥梁、缆道上作业应系安全带涉水测量应穿防滑鞋,携带救生设备恶劣天气(雷雨、大风)不宜测量夜间作业必须有充足照明数据质量控制关键测点重复测量,误差≤5%与历史数据对比,分析异常值多人测量时相互校核现场及时整理数据,发现问题立即重测测量结束后复核计算过程附录一:流速仪技术参数对比表以下对比表汇总了常用流速仪的主要技术参数,便于根据实际需求选择合适的仪器型号。型号LS20BLS45AFM-100V5超声波电磁式测量原理旋桨机械式旋杯机械式旋桨机械式时差/多普勒电磁感应测速范围0.05~5m/s0.05~4m/s0.03~6m/s0.01~10m/s0.1~15m/s测量精度±2.5%±3%±1.5%±1%±0.5%起转流速0.05m/s0.05m/s0.03m/s0.01m/s0.1m/s工作水深≥0.15m≥0.12m≥0.10m≥0.05m≥0.20m测量时间100秒100秒30-200秒实时实时电源干电池干电池充电电池充电电池220V/24V防护等级IP65IP65IP68IP68IP68重量2.5kg3.0kg1.8kg2.2kg5.5kg价格范围5千~8千6千~1万1.5万~2万3万~8万8万~15万适用场景明渠、河流深水测量灌溉渠道在线监测管道计量附录二:测流计算公式汇总流速计算公式机械式流速仪测速公式:式中:V-流速(m/s);N-脉冲数;T-测量时间(s);K-螺距系数;C-仪器常数垂线平均流速计算:一点法:V_m=V_{0.6H}二点法:V_m=0.5(V_{0.2H}+V_{0.8H})三点法:V_m=0.25(V_{0.2H}+2V_{0.6H}+V_{0.8H})流量计算方法断面流量基本公式:式中:Q-流量(m³/s);Vi-第i个部分断面的平均流速(m/s);Ai-第i个部分断面的面积(m²)部分断面面积计算:式中:Bi、Bi+1-相邻两测点间距(m);Hi、Hi+1-相邻两测点水深(m)误差修正公式流速不均匀系数修正:α-流速不均匀系数,一般取0.85~0.95相对误差计算:同一测点两次测量的相对误差应≤5%流量不确定度评定:综合考虑流速、面积和方法误差附录三:相关标准与规范1水力学基础知识《水力学》(高等教育出版社)《工程流体力学》(清华大学出版社)《明渠水力学》(水利水电出版社)系统学习液体流动的基本规律、流速分布特征、能量方程等理论知识,为测流工作奠定理论基础。2国家计量标准JJG1030-2007《流速仪检定规程》GB/T15967-2021《明渠流量测量速度面积法》SL247-2020《水文资料整编规范》规定了流速仪的检定方法、技术要求和测流程序,是开展测流工作必须遵守的技术标准。3行业技术规范GB50179-2015《河流流量测验规范》CJ/T3063-1997《超声波流量计行业标准》SL21-2015《灌溉渠道系统量水规范》针对不同应用场景,规范了测流断面选择、测点布置、数据处理等具体技术要求。标准文献获取途径相关标准规范可通过以下途径获取:国家标准化管理委员会官网()中国标准出版社()各级水利、计量主管部门专业图书馆和资料室视频资源推荐视频教程是学习流速仪操作的重要辅助资源。以下推荐的视频涵盖了从基础理论到实际操作的各个环节,建议学员结合培训课程反复观看学习。科隆(KROHNE)流速仪安装与调试详细演示电磁流速仪的现场安装步骤、参数设置方法和调试过程。适合学习专业流速仪的安装规范和注意事项。时长:25分钟|难度:中级推荐观看场景:准备安装在线监测设备前便携式流速仪现场操作演示真实现场环境下的流速仪操作全过程,包括仪器准备、测点布置、下放测