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明渠流量计的测量原理
- 2019-05-31 -

明渠流量计是用于工矿企业渠道、管线供水和污水排放的流量测量仪表。是环境监测系统对污水排放总量控制和排污收费的必备工具。也可用于水源河流、农业水利灌溉方面的水量、制药和化工的液位测量等。为了加强对城市排水和企事业单位排水量的管理,需要有统一的排水流量测量方法。为此,参照国际标准ISO 4360-1984 堰槽明渠水流测量——三角形剖面堰等标准,我国制定了城市排水堰槽流量测量技术标准,包括:三角形薄壁堰测流、矩形薄壁堰测流等5种技术标准。

      在我国,明渠流量计大部分引进国外产品,比较昂贵。而国内生产的空气式明渠流量计,由于超声波被水面悬浮的泡沫所吸收,无反射回波,导致不能测量。本文作者设计的流量计使用沉人式传感器,特别适合于表面多泡沫和漂浮物的流量测量。且结构简单、价格低,在测量精度方面能够达到工业应用的要求。

      1测量原理

      超声波自补偿明渠流量计采用超声回波技术,通过测量标准流量堰(槽)的液位高度,由计算机运算得到流量。当被测液体介质通过流量槽(巴歇而槽)或堰(直角三角形缺口薄壁堰、矩形缺口薄壁堰、等宽箔壁堰等)形成自然流动时,以三角形薄壁堰测流为例(由我国制定的技术标准),三角形薄壁堰的形状见图1,图中,α为堰口角,(°);h 为堰顶水头,m;P 为堰高,m;hmax,为堰顶最大水头,m;B 为行进渠道宽度,m;b 为堰口高度,m。


      堰口角的使用范围为α=20o~100o,常用堰口角α=90o。

      其流量Q与流量槽的水位h有如下关系

      

      式中Ce为流量系数;g为重力加速度,gn= 9.8 m/s2;he为有效水头,m。

      当图1中α=90o时,Ce值由图2查得。


      he值按下式计算

      he=h+Kh,

      式中h为堰顶水头,m;Kh为粘滞力和表面张力综合影响的校正值,m。当α=90o时,Kh为0.00085 m。

      当tg α/2 =1 时,流量公式转化为

      Q=2.3625 Ceh5/2,

      式中h为液位高度,m