明渠流量儀表

概述

明渠流量計與封閉滿管流量儀表不同,是在非滿管狀態下或敞開渠道具有自由表面自然流的測量儀表。非滿管狀態流動的水路稱作明渠(openchannel),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。
類型
工業和公用事業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、流速一水位計算法和電磁流量計法。

1)堰(weir)法在明渠適當位置裝一擋板,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於渠道中原來的流量,水位繼續上升,流出流量隨之增加,直到流出量等於渠道原流量,水位便穩定在某一高度,測出水位高度便可求取流量。

2)測流槽(flume,簡稱槽)法縮小渠道一段通道斷面成喉道部,喉道因面積縮小而流速增加,其上游水位被抬高,以增加流速所需動能(即增加的動能由所抬高水位位能轉變過來),測量抬高水位求取流量。

3)流速·水位計算法(簡稱流速一水位法)測出流通通道某局部(點、線或小面積)流速,代表半均流速,再測量水位求得流通面積,乘局部流速與平均流速間的係數,經演算求取流量。

4)電磁流量計法又分為潛水式電磁流量計和非滿管電磁流量計兩類。

潛水式電磁流量計是在渠道中置一擋板截流,擋板近底部開孔並裝潛水電磁流量感測器,水流從流量感測器流過從而測出其流量。

非滿管電磁流量計的感測器直接在管道裝上同口徑圓形暗渠,測量流速的原理與傳統電磁流量計的相同,但還具備測量儀表內水位的功能,電極、磁路和測量電路則有較大差別。

特點

堰式流量計

1)結構簡單,一般情況下價格便宜,測量精度和可靠性好;

2)因水頭損失大,不能用於接近平坦地面的渠道;

3)堰上游易堆積固形物,要定期清理。

槽式流量計

P槽:

1)水中固態物質幾乎不沉積,隨水流排出;

2)水位抬高比堰小,僅為1/4,適用於不允許有大落差的渠道。

PB槽:

1)在維持自由水面流的管渠內,管壁粗糙度等條件變化會導致流量值變化,面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;

2)PH槽的水頭損失在非滿管流儀表中屬於較小的,喉道部槽頂(crest>自清洗效果顯著,幾乎不必擔憂固體物的沉澱和堆積;

3)作為渠道不發生射流的條件,PB槽上游暗渠坡度必須在20/10ffl以下,然面實際渠道幾乎沒有會超過該坡度者;

4)渠道下游側水深必須小於上游側水深的85%,不能滿足此條件,測量精度會下降,有時甚至無法測量。

流速-水位流量計

1)渠道截面形狀不限於矩形,圓形、倒梯形或U形均適用,流量範圍度寬。

2)水位離渠床距離從接近零到滿位均能測量。暗渠即使達到滿管,壓力顯著增加時還能測量,而水位低於流速感測器而無法測流速時,還可利用此前的流速信號作流量運算。

3)由於從流速和水位二個信號求取流量,即使在受背壓狀態下流動,也能測量;同樣也可測逆向流(都卜勒法流速計則應注意,因型號而異)。

4)幾乎不會發生固形物堆積現象。超聲流速計和超聲液位計不會阻礙流路,其他型式流速感測器和液位感測器尺寸亦相對較小,對流路阻礙也很小。

5)對於已有渠道安裝容易,不需改造渠道工程。

6)易受來流流速分布影響,測量場所上下游要有足夠長的直渠渠道。

潛水式電磁流量計

1)無活動件,可測量含有固體顆粒或懸浮體的液體。

2)可使用於受潮水等形成下游側水位變化的渠道。

3)因設定擋板截流,測量與渠道形狀和上游直渠道狀況無關。

4)水頭損失比較大,流量感測器內必須保持滿管流。

5)擋板前會有一定程度固形物堆積,要定期清理。

選用考慮要點

針對城市供水引水渠、工業引水和排水渠、污水治理渠道等流量測量特點,應考慮以下因素選擇合適的測量方法。

1)水路大小和形狀,流速範圍,最大流量和最小流量:

2)測量精確度要求;

3)流量計設定場所和環境條件;

4)液體狀況,潔淨程度,含有固相濃度,腐蝕性;

5)現場允許落差(或升高水位)和渠道坡度;

6)與液體接觸的儀表零部件材料;

使用注意事項

各種堰式流量計和P槽流量計均有相應的國際標準和我國行業標準以及我國國家計量檢定規程,都有指導使用方面的規定。惟PB槽流量計和流速冰位流量計尚無相應的技術檔案,下文僅對後兩種儀表提出若干使用注意事項。

PB槽流量計

上游側管坡度在20/1000以上不能使用,但有時坡度即使在15/1000以下,若呈現射流狀流動也不能設定PB槽流量計,特別是小管徑管壁粗糙度小易形成射流狀流動,因此要事先作好現場調查。

下水道等公用事業工程建設過程,廢污水治理工作往往在下水管網敷設後再籌劃。因此對可能安裝PB槽的檢查井(陰井)應考慮檢查井蓋尺寸(內徑600或900mm),以便能放人分卸式槽體以及人員下梯攀手等。

下水道工程排放量一般超前數十年規劃,其最大流量決定管徑,然而運行初期流量往往只有規劃值的十幾分之一。若按規的最大流量設定PB槽,運行初期因流量小將無法獲得期望的測量精度,則可採取以下措施。

1)附嵌裝槽運行初期在與管徑相同口徑的主PB槽內,嵌裝可取出的矩形副槽,以提高水位變化高度,從而提高小流量時的測量精度。將來流量提高可很方便地取出嵌裝副槽。

2)主副式PB槽按規劃流量選定主PB槽,再按運行初期流量選擇副PB槽。副PB槽設定在主PB槽內。

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