明渠流量计.pptx

什么是明渠流量计呢？非满流状态的流动的水路称作明渠，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：通常称满水管为封闭管道，流动是在水泵的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。满水管路部分满水管路明渠（或非慢满渠）渠道敞口明渠（习惯简称明渠）暗明渠（习惯简称暗渠）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、测流槽法、流速-水位计算法和电磁流量计法。堰堰 法法 在明渠适当位置装一挡板，水流被阻断，水位升到挡板上端堰（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，水位继续上升，流出流量随之增加，知道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去流量。堰式流量计的原理与特点 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所示，流量Q按式计算：式中：K流量系数 h堰顶水头，即离堰口水位高度 n取决于堰缺口形状的指数，为5/2或3/2 Q=Khn 常用薄壁堰按缺口现状分为三角堰、矩形堰和等宽堰，他们的尺寸范围和流量范围见书中表2.9。堰式流量计除堰板部分外，还包括相应的液位计以及堰板上游足够长的直渠段与整流段等。槽式流量计槽式流量计 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，收缩部分也为低于其上游液位，测量其液位差以求其流量的侧a.结构简单，一般情况下价格便宜，测量精度和可靠性好；b.因为水头损失大，不能用于接近平坦地面的渠道；c.堰上游易堆积固态形状物体，要定期清理。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，收缩部分也为低于其上游液位，测量其液位差以求其流量的测流槽，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（简称BP槽）。在欧洲文丘里槽用的比较多，在我国则以P槽和BP槽居多。巴歇尔槽（P槽）P槽外形如图所示，喉道宽从25mm至15mm。P槽可用钢板或木板制成，也可以现场用混粘土现浇。（1）水中固态物质几乎不沉淀，随水流排出；（2）水位抬高比堰小，仅为1/4，适用于不允许有大落差的渠道P槽流量计的特点帕尔默鲍鲁斯槽（简称BP槽）P槽不能用于圆形暗渠，PB为圆形暗渠专用。PB槽原理见图2.36所示，圆形断面收缩成梯形喉道，喉道部产生射流（平均流速比水面传播的水波速度快的流动），测量上游侧水位ha，求取流量Q。式中：系数C和指数n是取决于PB槽口径和各构件形状尺寸的常数。PB槽的特点：（a）在维持自由水面流的管渠内，管渠粗糙度等条件变化会导致流量值变化，而PB槽几乎不受管壁粗糙度等条件变化的影响，测量值的长期变化小；（b）PB槽的水头损失在非满管流仪表中属于较小的，喉道部自清洗效果好，几乎不必担忧固体物的沉淀和堆积；（c）作为渠道不发生射流的条件，PB槽上游暗渠坡度必须在20以下，然而实际渠道几乎没有会超过该坡度者；（d）渠道下游侧水深必须小于上游测水深的85%，否则测量精度会下降，有时候甚至无法测量。（三）流速水位流量计 图2.37所示为传播时间超声流速计和超声液位计组成的流速水位流量计。所测流速是线平均流速，水位是通过测量水位和超声液位传感器之间的距离间接求得。图中所示为流速水位流量计信号系统和运算框图，v是流速计实测的平均流速，v乘上线流速修正系数KL求流通面积A的平均流速。即 流量Q为：式中 Kq流量系数，Kq=AKLKq的值取决于流通断面的形状和渠壁粗糙度。（四）潜水式电磁流量计 潜水式电磁流量计需在渠道中安置一挡板截留，在挡板底部装上潜水式电磁流量传感器。挡板截住渠道，迫使水流只能从流量传感器中流过，比较原来高的流速通向下游，从而抬高挡板上游的水位，产生挡板上下游水位差h，此水位差的势能转变为流速v的动能，即式中：K系数 g重力加速度 潜水式电磁流量计工作时，液体流动状况属于淹没孔口流，孔口流出速度与孔口在自由表面下的沉没速度无关，仅取决于上下游的水位差。也就是说流量测量值与流量传感器（或分流模型）安装位置无关，但要求尽可能低，使运行过程中始终处于淹没流状态下。通过流量传感器的流速一般为23.5m/s，上游抬高水位在100300mm之间。在流量较大而又不能用较大口径流量传感器时，为了避免水位差过大，可以用如图所示分流模型来扩大流通能力。分流模型的流通通道形状尺寸完全一样。N个分流模型和一台传感器实测流量乘上（n+1）倍。不同流量和允许水位差条件下流量传感器口径和分流模型台数选配见书中表2.11。a.无活动条件，可测量含有固体颗粒或悬浮体的液体b.可使用下游侧水位变化的渠道c.因为设置挡板截留，测量与渠道形状和上游直渠道状况无关d.水头损失比较大，流量传感器内必须保持满管流e.挡板前会有一定程度固形物堆积，要定时清理明渠流量计在城镇污水厂的应用 明渠流量计由测量液位的仪表和按计量院公布的文件制作的水槽两部分组成，液位仪表是直接测量的是渠道或者水槽内的液体高度。用于明渠测流量时，在明渠上安装量水堰槽。量水堰槽把明渠内流量的大小转成液位的高低。仪表测量量水堰槽内的水位，再按相应量水堰槽的水位流量关系推算出流量。1、超声波测液位原理 发射超声换能器发射出的超声脉冲，通过传播媒质传播到被测液面，经反射后再通过传声媒质返回到接收换能器，测出超声脉冲从发射到接收在传声媒质中传播的时间。再根据传声媒质中的声速，就可以算得从换能器到液面的距离。从而确定液位。因此我们可以计算出探头到反射面的距离D C*t/2(除以2 是因为声波从发射到接收实际是一个来回，D 是距离，C 是声速，t 是时间）。再通过减法运算就可得出液位值。2、量水堰槽的测流量原理 流通顺畅的明渠内流量越大，液位越高；流量越小，液位越低（如图）。通过测量水位可以推算出流量。普通明渠内流量 与水位之间的对应关系，受渠道的坡降比和表面的糙度影响。在渠道内安装量水堰槽，产生节流作用，使明渠内的流量与液位有固定的对应关系，这种对应关系主要取决于量水堰槽的构造尺寸，把渠道的影响尽可能减小。常用的量水堰槽有，直角三角堰、矩形堰和巴歇尔槽（如图），使用超声波明渠流量计，安装时必须知道配用量水堰槽的水位-流量对应关系。巴歇尔槽知道了喉道宽度b，就可以用相应的公式算出水位-流量对应关系。直角三角堰也是用相应的公式计算出水位流量对应关系。矩形堰也有相应的公式。但是还与安装的渠道尺寸有关，确定水位-流量关系时，矩形堰与渠道宽B、开口宽b、上游堰坎高度p有关。明渠流量计与量水堰槽配合使用，测量明渠内水的流量。主要用于测量污水厂、企事业单位的污水排放口、城市下水道的流量及农田水利中的渠道等。由于本公司仪表采用超声波穿过空气，以非接触的方法测量。因此在粘污、腐蚀性液体条件下，比接触式的仪表，具有更高的可靠性和耐用性。城镇污水流量计，污水明渠流量计量水堰槽 选择量水堰槽的种类，要考虑渠道内流量的大小，渠道内水的流态，是否能形成自由流。根据最大流量的不同，我们可以选择不同的堰槽。最大流量小于40 升/秒建议使用直角三角堰；大于40 升/秒建议使用巴歇尔槽；上游渠道较短，最大流量又大于40 升/秒建议使用矩形堰。条件允许，最好选择巴歇尔槽。巴歇尔槽的水位-流量关系是由实验室标定出来的，而且对于上游行进渠槽条件要求较弱。三角堰和矩形堰的水位-流量关系来源于理论计算，容易由于忽略一些使用条件，带来附加误差。使用玻璃钢制做量水堰或槽。三角堰、矩形堰堰口尺寸要准确，朝向进水一侧表面要光滑；巴歇尔槽喉道部分尺寸要准确，槽内表面要光滑。