明渠流量計課件

給排水121班鐘華湖明渠流量計什么是明渠流量計呢？

非滿流狀態(tài)的流動的水路稱作明渠，測量明渠中水流流量的儀表稱作明渠流量計。明渠流通剖面除圓形外，還有U形、梯形、矩形等多種形狀。

水路按其形態(tài)分類：通常稱滿水管為封閉管道，流動是在水泵的壓力或高位槽位能作用下的強迫流動。明渠流則是靠水路本身坡度形成的自由表面流動。滿水管路部分滿水管路明渠（或非慢滿渠）渠道敞口明渠（習(xí)慣簡稱明渠）暗明渠（習(xí)慣簡稱暗渠）工業(yè)和公用事業(yè)常用的明渠流量儀表按測量原理大體可分為堰法、測流槽法、流速-水位計算法和電磁流量計法。明渠流量計的分類㈠堰法

在明渠適當(dāng)位置裝一擋板，水流被阻斷，水位升到擋板上端堰（缺）口，便從堰口流出。水流剛流出的流量小于渠道中原來的流量，水位繼續(xù)上升，流出流量隨之增加，知道流出量等于渠道原流量，水位便穩(wěn)定在某一高度，測出水位高度便可求去流量。堰式流量計的原理與特點

堰式流量計由堰和相應(yīng)的液位計組成，薄壁堰的測量原理如圖所示，流量Q按式計算：

式中：K——流量系數(shù)

h——堰頂水頭，即離堰口水位高度n——取決于堰缺口形狀的指數(shù)，為5/2或3/2

Q=Khn

常用薄壁堰按缺口現(xiàn)狀分為三角堰、矩形堰和等寬堰，他們的尺寸范圍和流量范圍見書中表2.9。堰式流量計除堰板部分外，還包括相應(yīng)的液位計以及堰板上游足夠長的直渠段與整流段等。堰式流量計的特點：㈡槽式流量計槽式流量計的常用測流槽有多種形式。在渠道中收縮其中一段截面積，收縮部分也為低于其上游液位，測量其液位差以求其流量的側(cè)a.結(jié)構(gòu)簡單，一般情況下價格便宜，測量精度和可靠性好；b.因為水頭損失大，不能用于接近平坦地面的渠道；c.堰上游易堆積固態(tài)形狀物體，要定期清理。

槽式流量計的常用測流槽有多種形式。在渠道中收縮其中一段截面積，收縮部分也為低于其上游液位，測量其液位差以求其流量的測流槽，一般稱作文丘里槽。還有適用于矩形明渠的巴歇爾槽（簡稱P槽），適用于圓形暗渠的帕爾默?鮑魯斯槽（簡稱BP槽）。在歐洲文丘里槽用的比較多，在我國則以P槽和BP槽居多。巴歇爾槽（P槽）P槽外形如圖所示，喉道寬從25mm至15mm。P槽可用鋼板或木板制成，也可以現(xiàn)場用混粘土現(xiàn)澆。（1）水中固態(tài)物質(zhì)幾乎不沉淀，隨水流排出；（2）水位抬高比堰小，僅為1/4，適用于不允許有大落差的渠道P槽流量計的特點帕爾默?鮑魯斯槽（簡稱BP槽）P槽不能用于圓形暗渠，PB為圓形暗渠專用。PB槽原理見圖2.36所示，圓形斷面收縮成梯形喉道，喉道部產(chǎn)生射流（平均流速比水面?zhèn)鞑サ乃ㄋ俣瓤斓牧鲃樱?，測量上游側(cè)水位ha，求取流量Q。式中：系數(shù)C和指數(shù)n是取決于PB槽口徑和各構(gòu)件形狀尺寸的常數(shù)。PB槽的特點：（a）在維持自由水面流的管渠內(nèi)，管渠粗糙度等條件變化會導(dǎo)致流量值變化，而PB槽幾乎不受管壁粗糙度等條件變化的影響，測量值的長期變化小；（b）PB槽的水頭損失在非滿管流儀表中屬于較小的，喉道部自清洗效果好，幾乎不必擔(dān)憂固體物的沉淀和堆積；（c）作為渠道不發(fā)生射流的條件，PB槽上游暗渠坡度必須在20‰以下，然而實際渠道幾乎沒有會超過該坡度者；（d）渠道下游側(cè)水深必須小于上游測水深的85%，否則測量精度會下降，有時候甚至無法測量。（三）流速—水位流量計

圖2.37所示為傳播時間超聲流速計和超聲液位計組成的流速—水位流量計。所測流速是線平均流速，水位是通過測量水位和超聲液位傳感器之間的距離間接求得。圖中所示為流速水位流量計信號系統(tǒng)和運算框圖，v是流速計實測的平均流速，v乘上線流速修正系數(shù)KL求流通面積A的平均流速。即流量Q為：式中Kq—流量系數(shù)，Kq=AKLKq的值取決于流通斷面的形狀和渠壁粗糙度。（四）潛水式電磁流量計

潛水式電磁流量計需在渠道中安置一擋板截留，在擋板底部裝上潛水式電磁流量傳感器。擋板截住渠道，迫使水流只能從流量傳感器中流過，比較原來高的流速通向下游，從而抬高擋板上游的水位，產(chǎn)生擋板上下游水位差h，此水位差的勢能轉(zhuǎn)變?yōu)榱魉賤的動能，即式中：K—系數(shù)g—重力加速度潛水式電磁流量計工作時，液體流動狀況屬于淹沒孔口流，孔口流出速度與孔口在自由表面下的沉沒速度無關(guān)，僅取決于上下游的水位差。也就是說流量測量值與流量傳感器（或分流模型）安裝位置無關(guān)，但要求盡可能低，使運行過程中始終處于淹沒流狀態(tài)下。。

通過流量傳感器的流速一般為2~3.5m/s，上游抬高水位在100~300mm之間。在流量較大而又不能用較大口徑流量傳感器時，為了避免水位差過大，可以用如圖所示分流模型來擴大流通能力。分流模型的流通通道形狀尺寸完全一樣。N個分流模型和一臺傳感器實測流量乘上（n+1）倍。不同流量和允許水位差條件下流量傳感器口徑和分流模型臺數(shù)選配見書中表2.11。潛水式電磁流量計的特點a.無活動條件，可測量含有固體顆?；驊腋◇w的液體b.可使用下游側(cè)水位變化的渠道c.因為設(shè)置擋板截留，測量與渠道形狀和上游直渠道狀況無關(guān)d.水頭損失比較大，流量傳感器內(nèi)必須保持滿管流e.擋板前會有一定程度固形物堆積，要定時清理明渠流量計在城鎮(zhèn)污水廠的應(yīng)用

明渠流量計由測量液位的儀表和按計量院公布的文件制作的水槽兩部分組成，液位儀表是直接測量的是渠道或者水槽內(nèi)的液體高度。用于明渠測流量時，在明渠上安裝量水堰槽。量水堰槽把明渠內(nèi)流量的大小轉(zhuǎn)成液位的高低。儀表測量量水堰槽內(nèi)的水位，再按相應(yīng)量水堰槽的水位—流量關(guān)系推算出流量。

1、超聲波測液位原理

發(fā)射超聲換能器發(fā)射出的超聲脈沖，通過傳播媒質(zhì)傳播到被測液面，經(jīng)反射后再通過傳聲媒質(zhì)返回到接收換能器，測出超聲脈沖從發(fā)射到接收在傳聲媒質(zhì)中傳播的時間。再根據(jù)傳聲媒質(zhì)中的聲速，就可以算得從換能器到液面的距離。從而確定液位。因此我們可以計算出探頭到反射面的距離D＝C*t/2(除以2是因為聲波從發(fā)射到接收實際是一個來回，D是距離，C是聲速，t是時間）。再通過減法運算就可得出液位值。

2、量水堰槽的測流量原理

流通順暢的明渠內(nèi)流量越大，液位越高；流量越小，液位越低（如圖）。通過測量水位可以推算出流量。普通明渠內(nèi)流量

與水位之間的對應(yīng)關(guān)系，受渠道的坡降比和表面的糙度影響。在渠道內(nèi)安裝量水堰槽，產(chǎn)生節(jié)流作用，使明渠內(nèi)的流量與液位有固定的對應(yīng)關(guān)系，這種對應(yīng)關(guān)系主要取決于量水堰槽的構(gòu)造尺寸，把渠道的影響盡可能減小。

常用的量水堰槽有，直角三角堰、矩形堰和巴歇爾槽（如圖），使用超聲波明渠流量計，安裝時必須知道配用量水堰槽的水位-流量對應(yīng)關(guān)系。巴歇爾槽知道了喉道寬度b，就可以用相應(yīng)的公式算出水位-流量對應(yīng)關(guān)系。直角三角堰也是用相應(yīng)的公式計算出水位—流量對應(yīng)關(guān)系。矩形堰也有相應(yīng)的公式。但是還與安裝的渠道尺寸有關(guān)，確定水位-流量關(guān)系時，矩形堰與渠道寬B、開口寬b、上游堰坎高度p有關(guān)。

明渠流量計與量水堰槽配合使用，測量明渠內(nèi)水的流量。主要用于測量污水廠、企事業(yè)單位的污水排放口、城市下水道的流量及農(nóng)田水利中的渠道等。由于本公司儀表采用超聲波穿過空氣，以非接觸的方法測量。因此在粘污、腐蝕性液體條件下，比接觸式的儀表，具有更高的可靠性和耐用性。城鎮(zhèn)污水流量計，污水明渠流量計量水堰槽選擇量水堰槽的種類，要考慮渠道內(nèi)流量的大小，渠道內(nèi)水的流態(tài)，是否能形成自由流。根據(jù)最大流量的不同，我們可以選擇不同的堰槽。①最大流量小于40升/秒建議使用直角三角堰；②大于40升/秒建議使用巴歇爾槽；③上游渠道較短，最大流量又大于40升/秒建