明渠流量仪表讲解2

3、3 流速-水位流量计图5所示是传播时间法超声流速计和超声液位计组成的流速-水位流量计一例，所测流速是线平均流速，水位是测量水位和超声液位传感器之间的距离间接求得。也有以测量点流速或局部小面积平均流速（例如多普勒法超声流速计）和测量实际水位（例如压力式液位计）组成的流速-水位流量计。流速计除超声式外还可用电磁式流速计以及现在用的较少的旋杯式流速计和旋浆式流速计。图5所示流速传感器的位置相距渠床高度Y通常为0.1B(B为渠宽)，ISO 6418附录A则规定了3~300m声道长度范围内最小的Y值。

3、3 流速-水位流量计

图5所示是传播时间法超声流速计和超声液位计组成的流速-水位流量计一例，所测流速是线平均流速，水位是测量水位和超声液位传感器之间的距离间接求得。也有以测量点流速或局部小面积平均流速（例如多普勒法超声流速计）和测量实际水位（例如压力式液位计）组成的流速-水位流量计。

流速计除超声式外还可用电磁式流速计以及现在用的较少的旋杯式流速计和旋浆式流速计。
图5所示流速传感器的位置相距渠床高度Y通常为0.1B(B为渠宽)，ISO 6418附录A则规定了3~300m声道长度范围内最小的Y值。
图6所示是流速-水位流量计信号系统和运算框图，vL是流速计实测的平均流速，vL乘上线流速修正系数KL求得流通面积A的平均流速,即=KLūL.流量Q为
（3）
式中 Kq-----流量系数， Kq=AKL.

Kq的值取决于流通面积形状（矩形、倒梯形、圆形或U形）和渠壁粗糙度。图中水深度判断部是判断水位是否低于流速传感器，若低于流速传感器则保持在此之前的流速信号，使之能继续运算。
测量“点流速”的流速-水位流量计要引入点修正系数Kp，即实测点流速与流通截面积平均流速之比。图7和图8分别是矩形渠和圆形渠的点修正系数例，图中Yp是流速检测位置离渠床的高度，B为矩形渠宽幅，D为圆形渠内径，H为水深，n为渠壁粗糙度。

流速-水位流量计的特点：
1）渠道截面形状不限于矩形，圆形、倒梯形或U形均适用，流量范围度宽。
2）水位离渠床距离从接近零到满位均能测量。暗渠即使达到满管，压力显著增加时还能测量。
3）由于从流速和水位二个信号求取流量，即使在受背压状态下流动，也能测量；同样也可测逆向流（多普勒法流速计则应注意，因型号而异）。
4）几乎不会发生固形物堆积现象。超声流速计和超声液位计不会阻碍流路，其他型式流速传感器和液位传感器尺寸亦相对较小，对流路阻碍也很小。
5）对于已有渠道安装容易，不需改造渠道工程。
6）易受来流流速分布影响，测量场所上下游要有足够长的直渠渠道。
3、4 潜水式电磁流量计
潜水式电磁流量计需在渠道中置一挡板截流，在挡板底部装上潜水电磁流量传感器，如图9所示。挡板截住渠道，迫使水流只能从流量传感器中流过，以较原来高的流速通向下游，从而抬高档板上游的水位，产生挡板上下游水位差h，此水位差的势能转变为流速υ的动能，即

（3）

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深度无关，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，使之运行过程中始终处于淹没流状态。
通过流量传感器的流速一般为2~3.5m/s，上游抬高水位在100~300mm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10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与流量传感器完全一样。n个分流模型和一台传感器一起安装在挡板上并用，实际总流量即为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如表3所示。
通过流量传感器的流速一般为2 ~3.5m/s，上游抬高水位在100~300mm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10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与流量传感器完全一样。n个分流模型和一台传感器一起安装在挡板上并用，实际总流量即为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如表3所示。

表3 潜水式电磁流量传感器和分流模型选择

最大流量 /(m3/h)	10	50	100	200	300	500	800	1000	2000	5000
允许水位差/mm	可选流量传感器口径和分流模型台数/（mm×n）
500	50×1	100×1	100×1	100×3 200×1	100×4 200×1	200×2	200×3 400×1	200×3 400×1	200×6 400×2	400×4
400	50×1	100×1	100×2	100×3 200×1	100×4 200×1	200×2	200×3 400×1	200×3 400×1	200×6 400×2	400×4
300	50×1	100×1	100×2	100×3 200×1	200×2	200×2	200×4 400×1	200×4 400×1	400×2	400×5
200	50×1	100×1	100×2	100×4 200×1	200×2	200×3 400×1	200×5 400×2	200×5 400×2	400×3	400×5
100	50×1	100×2	100×3 200×1	200×2	200×2	200×3 400×1	200×5 400×2	200×6 400×2	400×3	-

潜水式电磁流量计的特点：
1）无活动件，可测量含有固体颗粒或悬浮体的液体。
2）可使用于受潮水等形成下游侧水位变化的渠道。
3）因设置挡板截流，测量与渠道形状和上游直渠道状况无关。
4）水头损失比较大，流量传感器内必须保持满管流。
5）挡板前会有一定程度固形物堆积，要定期清理。

3、5 常用液（水）位计

堰式、槽式、流速-水位式流量计均需配用相应的液（水）位计。明渠流量计常用的液位计有浮子式、电容式、压力式和超声式。
浮子式液位计在槽（或堰）的水位测量点经导水管通至静水井（见图11），液位计的浮子在静水井内随着水位变化而升降，通过液位计内凸轮机构将液位-流量的指数函数关系转换成流量。
电容式液位计是测量棒形电极外套绝缘套管，与液体为另一电极的电容量来检测液位的。电容式液位计有液位比例输出型和液位函数输出型两类，前者如用于堰槽还需配用相应的函数转换器使之线形化，后者的绝缘套管按照堰（或槽）的液位-流量特性函数输出设计成特殊形状。
应用于明渠流量测量的压力式液位计有压力式水深仪、吹气式液位计和小型压力传感器三种。
压力式水深仪如图11一例，置与堰上游明渠底部，测量水压变化推导水位变化。波纹管受压压缩，与其相连的差动变压器铁芯一起产生位移，经差动变压器转换成电信号，经转换器运算后输出流量信号。

吹气式液位计如图12所示，将一根吹气管插入堰槽等上游水位测量位置的渠内，以略大于最大流量时水头的空气压力，连续以恒定流量60~100L/h)送入空气，吹出气泡，空气压力随水位而变，测得空气压力即可求的得水位。
本仪表安装简便，适用于较污脏液体。但需要铺设供气管道和日常供气气源，带来不便。
超声液位计是测量超声波从超声传感器（换能器）以一定的速度发射经气-液界面反射回到换能器的时间，以求取水位的液位计，称之气介式液位计，图5所示即为其使用安装例。用于明渠流量测量的超声液位计除气介式外，还有如图13所示在液体中传送超声波经液-气界面反射的液介式液位计，超声传感器置于水中。气介式为非接触液体测量，适用于有污浊物和腐蚀性液体，但液位存有泡沫等会影响液位测量值；液介式不适用于含有固相杂质的液体，但比气介式受温度变化影响小，超声波波长为气介式的1/5，分辨力和测量精度较高。