明渠流量计量解决方案----上海肯特仪表股份有限公司• • • • • •1、概述 2、明渠流量几种方案 3、流速-水位法原理 4、制作安装要求 5、优点 6、其它1、概述明渠流量测量一直以来是人们比较关心的事情。
尤其是随着国家节 能减排、绿色环保理念的深入，对于污水排放的限制越来越严格；对于 如何利用好资源也越来越重视。
任何事情，预则立，不预则废。
事事想 到前面，就能事如所愿，实现成功目标。
所以，准确测量污水排放量， 加大考核力度，创造未来适合人类生存环境，势在必行；准确测量并利 用好资源，发挥最大效益，就成为各级有识之士共识。
那么，过去是如何测量江河的流量呢？过去一般是估算法，比如将 江河的河道大概估算一个形状，用一个深度标志杆来测量水深，用比较 繁复的积分方法计算截面积；在水中投放一个漂流物，测出漂浮物速度 就代表水的流速。
有了流速和河道截面积就可以算出流量。
黄河是中国第二长河，世界第五长河，世界上含沙量最多的河流。
被誉为中国的“母亲河”。
黄河从贵德至民和境内海拔在3000到1600米 之间，从民和下川口进入甘肃，这一段气候温和湿润有"高原小江南"的 美誉，水流清澈见底又有“天下黄河贵德清”的说法。
宁夏的宁夏平原和 内蒙古的河套平原，因为处在黄河上游的河谷地带，水源丰沛，灌溉便 利，农业发达，水草丰美，因此被称为塞上江南。
针对取黄河水进行农田灌溉的实际情况，我们介绍几种明渠流量计 量方法，供选择。
同时我们推荐采用流速-液位法。
这个方案的优点在于 实现容易，计量相对准确，水质变化也不影响计量以及施工简单系统成 熟等优点。
kent第 1 页2011-3-82、 种明渠流量测量方法• 2.1、槽堰式明渠流量计 • 槽堰式明渠流量计是用于测量自流非满管、开口排放渠道液体流量的 仪表。
应用于城市供水引水渠、电厂冷却水引水和排水渠、污水治理 流入和排放渠、工矿企业的化工液体、废水排放以及水利工程和农业 灌溉用渠道。
• 用于渠道流量测量时，在渠道上安装量水槽堰(制作水泥槽)。
量水槽 堰的作用是把渠道内流量的大小转成液位的高低。
用液位计测量槽堰 内的液位，流量转换器(二次表)再按各类槽堰的液位-流量关系计算出 液体流量。
如下图：图一：堰式 堰式计算式： Q=Khn 其中： 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 特点： • 缺点是水头损失大，不能用于平坦地面渠道； • 堰上游易堆积固形物，要定期清理。
• 2.2、巴歇尔槽 • 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。
开发用于矩形明渠 的槽就是巴歇尔槽。
简称P槽。
如图二。
• P槽喉道宽从25mm到15m。
kent 第 2 页 2011-3-8•流量Q和喉道上游液位ha间的关系Q=Chan • 式中：C—系数，n—指数，因规格而异。
• P槽可以用钢板、木板、聚氯乙烯塑料、玻璃钢和水泥制作。
对表面 粗糙度和尺寸偏差有要求。
图二：巴歇尔槽• 优点： • 只需要测量液位就可以计算出流量。
• 水中固态物几乎不沉积，随水流排出kent 第 3 页 2011-3-8• • • •水位抬高比堰小，适用于不允许有大落差的渠道 缺点： 不适用圆形暗渠 制造复杂。
2.3、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，在挡板底部装潜水电磁 流量计，如下图。
挡板截住水道， 迫使水流只能从电磁流量计中流过， 以较原来高的流速通向下游，从而抬高挡板上游的水位，产生挡板上 下游水位差h，此水位差的势能转换为流速v的动能。
图三：潜水式电磁流量计• 计算公式： • V=K√2g（ha-hb）=K√2gh式中： V—流速，m/s h—液位差 • K--系数 • g—重力加速度• 通过流量传感器的流速一般是2-3.5米每秒。
上游水位抬高100-500毫米。
• 水量大可以并同口径的电磁流量计模型进行分流。
kent第 4 页2011-3-8• • • • • • •优点： 无活动件，可以测量含有固体颗粒活悬浮体的液体。
可以用于受潮水等形成下游侧水位变化的渠道。
因设置挡板，测量与渠道形状和上游渠道形状无关。
缺点： 水头损失比较大，流量计必须保持满管流。
有固体物容易积存在挡板前，需要定期清理。
2.4、流速-水位法 • 适用明渠、暗渠。
• 根据流速-水位法原理， 采用实际测量截面积、 水位高度和实际流速的 方法，就可以得到真实流量而不是估算流量了。
这里的难点就在于这 三个数值如何准确以及渠道的粗糙度。
• 对于我们农田灌溉用计量，我们应该主要有两种方案：矩形渠道截面 和梯形渠道截面。
下面详细叙述。
3、流速-水位法原理• 如图四：方案1：梯形槽测量流量。
液位 流速H h α L2 L3 L1图四：梯形槽测量流量kent第 5 页2011-3-8• 图5是用超声波流速计测量流速，用超声波液位计测量液位，将信号输入流量计进行计算，得出明渠流量的方法。
这种方法不是完全适应 农田灌溉的情况，因为目前水质不确定难以保证精度。
对梯形槽流量进行流量计算： • Q=(L3+L2)×h÷2×V • L3= L2+2htanα • tanα=(L1- L2)/2H • (3)代入(2)： • L3= L2+2h（L1- L2）/2H • = L2+h（L1- L2）/H • 将（4）代入（1）： • Q=（ L2+h（L1- L2）/H + L2) ×h÷2×V • =(2 L2+h（L1- L2）/H )×h/2×V 即： • Q =(2L2+h（L1-L2）/H )×h/2×V• 式中： • Q--流量，m /h • L1--渠道上沿宽度，m，常量。
随液位而变化。
• L2—渠底宽度，m，常量。
• L3--渠水面宽度，m，变量。
• H--水深，m，由超声波液位计测量而来。
• V--水流速度，m/s，由插入式电磁流量计测量而来。
• 注意：单位要统一！3（1） （2） （3）（4）（5）kent第 6 页2011-3-8从式（5）可以看出，流量和渠道的几何尺寸和流速以及水深有关。
对流速、液位进行精确测量，根据上面的公式并加上修正系数就可以测 量出流经水渠的流量。
• 要求两边坡度一致，通过软件根据实际情况修正实现流量计量。
方案 2：水位测量采用深度计法 将超声波液位计改成流速和深度计组合一起的方式，通过测量深度 计算面积。
测到的深度要附加一个基础尺寸 h1。
h h1 L2流速 深度αL3 L1图六：速度深度组合形式 方案3：矩形渠道测量流量 • 矩形渠道测量方案比梯形简单，但是也需要插入式电磁流量计和超声 波液位计。
如下图：kent第 7 页2011-3-8h HL图七：矩形槽测量方式• 在渠道上面固定插入式电磁流量计和超声波液位计，调整插入深度和准确方向，选择有代表性流速点，固定。
• 将超声波信号输入到电磁流量计进行计算。
计算： • Q=L×(H-h)×V • 式中： • Q--流量，m3/h • L--渠道水面宽度，m • H、h--超声波到渠底、水面距离，m。
由超声波液位计测量而来。
• V--水流速度，m/s。
由插入式电磁流量计测量而来。
方案4：矩形流速深度测量流量采用流速和深度计组合方式，结构简单紧凑。
也是需要在深度上加 一个基础值 h。
kent第 8 页2011-3-8流速深度H hL图八：矩形流速深度组合• 从以上图和计算式可以看出，如果做矩形渠，对于测量和转换计算都是最方便的，减少了误差。
当然，随着渠道形状的不同，我们可以通过软件调整计算出各种渠道的 几何尺寸来满足计量的需要。
4、制作安装要求• 计量段渠道的制作尽量要规范、平整、光滑，防止挂杂物。
提高计量准确性。
• 渠要线直面平，不能有曲面、凹凸不平情况，不然影响准确度。
• 无论是矩形、梯形还是其它截面形状，要求计量段底面比原来渠道底 面稍高，防止泥沙淤积影响流通截面，造成计量不准确。
• 渠道除了底部高于渠底之外，两侧也要比渠侧窄以便提高流速，防止泥沙淤积，但又不能缩流太快，也不能偏里渠道中心。
• 如果渠道已经是成型的，那么就尽量利用现场情况进行安装。
因地制 宜的做好系统的安装调试。
• 插入式电磁流量计要没入最小流量时的水面之下，但也不要碰渠底。
渠底流速低，不能代表真实流速。
• 电磁流量计也不能靠渠边， 较窄的渠道最好在渠宽的1/3处。
特别宽的 渠道，在距离渠边1.5米处为宜。
kent第 9 页2011-3-8• 关于安装方式方法，可以采用以下几种：①、直接在渠道壁固定；②、利用现场可以利用的设施；③、较窄渠道（3米以内）制作桥廊安装； ④、宽渠道制作1.5米长的断桥安装；⑤、专用支架安装。
• 插入式电磁流量计固定应该加装支架，防止水流冲击力造成问题。
• 流量计应安装在一个仪表箱内加以保护。
5、流速-液位法优点• 1、因地制宜，渠道是什么形状就可以用什么形状的截面进行流量测 • • • • • • • • •量，并通过软件和数学模型加以修正。
2、灵活多样的软件支持使得系统实现起来非常方便。
3、应用范围广，不受约束。
无论是农田灌溉，还是城市污水管控都 可以轻易实现监控。
4、测量相对较准确，适合计量监控收费管理系统。
5、稳定性：插入式电磁流量计和超声波液位计是应用多年的成熟产 品，精度高，性能稳定，可以长期使用在各个领域。
6、不怕泥沙，适合长期运行。
7、不用清污，长期运行几乎不用维护。
8、通过GPRS可以实现水量无线传输。
9、适合各种形状各种坡度的渠道。
10、水量没有限制。
GPRS功能• GPRS（General Packet Radio Service），通用分组无线服务，它是利用“包交换”（Packet-Switched）的概念所发展出的一套无线传输方 式。
• 采用包交换的好处是只有在有资料需要传送时才会占用频 宽，而且可以以传输的资料量计价，这对用户来说是比较合 理的计费方式， 因为象Internet这类的数据传输大多数的时间 频宽是闲置的。
• 在GSM phase 2 的标准里，GPRS可以提供四种不同的编码方式， 这些编码方式也分别提供不同的错误保护（Error Protection）能力。
利用四种不同的编码方式每个时槽可提供的传输速率为CS-1 （9.05K）、CS-2（13.4K）、CS-3（15.6K）及CS-4（21.4K），其 中CS-1的保护最为严密，CS-4则是完全未加以任何保护。