明渠流量仪表讲解1

发布于：2014-05-28 17:10:28 来自：给排水工程/市政给排水 [复制转发]

1. 概述
非满管状态流动的水路称作明渠(open channeI)，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，各形态如图.1所示。ISO通常称满水管为封闭管道，流动是在水泵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。

明渠流量计应用场所有城市供水引水渠、火电厂冷却水引水和排水渠、污水治理流入和排放渠、工矿企业废水排放以及水利工程和农业灌溉用渠道。本文重点讨论前面几种工业和公用事业适用的流量测量方法和仪表，不包括较大型的水利工程和农业灌溉用的流量测量方法。
国外有人估计，1995年全球工业和公用事业用明渠流量计销售台数约占流量仪表整体的1.6%，约3.5万台；若包括较简易的堰等使用者可自行制造未向市场采购的仪表，实际装用还要多些。国内应用尚无估计数据。
2、类型
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。
1）堰(weir)法在明渠适当位置装一挡板，水流被阻断，水位升到档板上端堰（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，直到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取流量。
2）测流槽(flume,简称槽)法缩小渠道一段通道断面成喉道部，喉道因面积缩小而流速增加，其上游水位被抬高，以增加流速所需动能（即增加的动能由所抬高水位位能转变过来），测量抬高水位求取流量。
3）流速-水位计算法（简称流速-水位法）测出流通通道某局部（点、线或小面积）流速，代表平均流速，再测量水位求得流通面积，乘局部流速与平均流速间的系数，经演算求取流量。
4）电磁流量计法又分为潜水式电磁流量计和非满管电磁流量计两类，后者目前国内尚未开发。
潜水式电磁流量计是在渠道中置一挡板截流，挡板近底部开孔并装潜水电磁流量传感器，水流从流量传感器流过从而测出其流量。
非满管电磁流量计的传感器直接在管道装上同口径圆形暗渠，测量流速的原理与传统电磁流量计的相同，但还具备测量仪表内水位的功能，电极、磁路和测量电路则有较大差别。
3、原理与特点
、1 堰式流量计

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2所示，流量Q按式（1）计算。

（1）

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 。

常用薄壁堰按缺口形状分为三角堰、矩形堰和等宽堰，它们的尺寸范围和流量范围分别如表1所示。堰口尺寸和表面粗糙度要求可查阅标准或规程ISO 1438-1，CJ/T3008.1，CJ/T3008.2，JJG771，均有具体规定。若迎流侧堰口长期使用后磨损成园角以及迎流侧堰壁粗糙变化均会产生测量误差。堰式流量计除堰板部分外，还包括相应液位计以及堰板上游足够长的直渠段和整流段等。

表1 常用薄壁堰适用范围

堰名称和形状	流量公式	适用范围/m	典型流量范围
宽度B或B×b/m	水头范围/m	流量范围/(m3/h)
	Q=Kh5/2	B=0.44~1.0 h =0.04~0.12 D=0.1~0.13	0.45	0.04~0.120	1.08~15.6
Q=Kh5/2	B=0.5~1.2 h=0.07~0.26 D=0.1~ 0.75	0.6~0.8	0.07~00.260	6.6~174
Q=Kbh3/2	B= 0.5~6.3 b=0.15~5.0 D=0.15~3.5 ≥0.06 h=0.03~0.45	(0.9×0.36)~ (1.2×0.48)	0.03~0.312	12.6~540
Q=Kbh3/2	B≥0.5 D=0.3~2.5 h=0.03~D (但，h为0.8以下且为B/4以下)	0.6~8 h.0	0.03~0.8	21.6~40260

注： Q为流量；K为流量系数；h为堰的水头；B为渠宽度；b为缺口宽度；D为从渠底面到缺口下缘的高度。
堰式流量计的特点；
1）结构简单，一般情况下价格便宜，测量精度和可靠性好；
2）因水头损失大，不能用于接近平坦地面的渠道；
3）堰上游易堆积固形物，要定期清理。

3.2 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，收缩部分液位低于其上游液位，测量其液位差以求流量的测量槽，一般称作文丘里槽。还有适用于矩形明渠的巴歇尔槽(ParshaII fIume,简称P槽),适用于圆形暗渠的帕尔默.鲍鲁斯槽(PaImer BowIus fIume,简称PB槽)。在欧洲文丘里槽用的较多，在我国则以P槽和PB槽居多。
（1） P槽
P槽外形如图3所示，喉道宽从25mm至15m，已有定性尺寸。流量Q和喉道上游液位ha间的关系式

中，系数C和指数n均因规格而异。P槽可以用钢板或木版制成，也可以在现场用混凝土现浇。国内已有用聚氯乙烯塑料或玻璃钢制成的定型商品。对表面粗糙度和尺寸公差ISO 9826、CJ/T 3008.3和JJG 711均提出了要求。

原理上喉道存在流量上限，喉道液位hb与收缩段液位ha的比值(hb/ha称作淹没比)应小于规定直，否则便成为淹没流，且喉道应规定最高水位。
若P槽下游侧水位显著上升（例如涨潮，汇合支流流量剧增）会产生测量误差，有时甚至无法测量，此时可在测量扩散段水位hb后，参照JJG 711 7.1.4~7.1.6所列图表计算流量。
P槽流量计的特点是；
1）水中固态物质几乎不沉积，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。
（2） PB槽
P槽不能用于圆形暗渠，PB槽为圆形暗渠专用。PB槽原理如图4所示，圆形断面收缩成倒梯形喉道，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，
（2）
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。倒梯形喉道的PB槽，n大约为2。
PB槽公称口径从250到3000mm，与混凝土管尺寸相对应，其长度是公称口径的2~4倍（小口径段为4倍，大口径段为2倍）。最大流量范围通常如表2所示，但国内若干型号产品常为其较小直，达到最高允许水位的范围度标准值为30:1。

表2 PB槽口径和最大流量范围

口径/mm	最大流量范围/(m3/h)	口径/mm	最大流量范围/(m3/h)	口径/mm	最大流量范围/(m3/h)
250 300 350 400 450 500 600	50~125 80~200 100~290 150~385 200~680 250~680 400~1080	700 800 900 1000 1100 1200 1350	600~1600 800~2240 2300~3020 2900~3940 3600~5790 4500~6250 6000~9660	1500 1650 1800 2000 2200	8000~12570 10000~15950 12000~19830 16000~25810 20000~32750

注：1350 mm以上为参考值。
PB槽的特点是；
1）在维持自由水面流的管渠内，管壁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；
2） PB槽的水头损失在非满管流仪表中属于较小的，喉道部槽顶(crest)自清洗效果显著，几乎不必担忧固体物的沉淀和堆积；
3）作为渠道不发生射流的条件，PB槽上游暗渠坡度必须在20/1000以下，然而实际渠道几乎没有会超过该坡度者；
4）渠道下游侧水深必须小于上游侧水深的85%，不能满足条件，测量精度会下降，有时甚至无法测量。

量仪

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全部回复（1 ）

只看楼主我来说两句 抢板凳

wato92 沙发

好资料，能打个包发上来会更好

2014-05-29 17:32:29
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