明渠流量计量办法

1明渠流量计量办法一、水位法1、机械法浮子流量计浮子流量计本体由一个锥形管和一个置于锥形管中可以上下自由移动的浮子(或称转子)构成。浮子流量计本体用两端法兰、螺纹或软管与测量管道连接，并且垂直安装在测量管道上。当流体自下而上流入锥管时，被浮子截流，在浮子上、下游之间产生压力差，浮子在压力差的作用下上升，此时作用在浮子上的力有三个:流体作用在浮子上的动压力、浮子在流体中的浮力、浮子的重力。当锥管垂直安装时，浮子重心与锥管管轴相重合，作用在浮子上的三个力都落在管轴上。当这些力平衡时，浮子就平稳地浮在锥管内某一位置上。对于给定的浮子流量计，浮子大小和形状己经确定，因此它在流体中的浮力和自身重力都是已知的，是常量，唯有流体对浮子的动压力是随来流大小而变化的。因此当来流变大或变小时，浮子将在其平衡位置上，作向上或向下的移动，当来流重新恒定时，浮子就在新的位置上稳定。对于一台给定的浮子流量计，浮子在锥管中的位置与流体流经锥管的流量的大小成一一对应关系。这就是浮子流量计的计量原理。,相关仪表◆机械编码式水位计编码方式为将水位信息转换为一组机械触点通断信号，编码器为全量型机械式编码、无机械损耗、抗干扰、抗雷击一体化机械计水位显示、无功耗。◆光电编码式水位计编码方式为将水位信息转换为相应的光量变化，再用光敏元件转换为数字信号，编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。信号强且稳定性好、最高分辨率高、光电式编码器体积大、防尘能力较弱。◆磁电编码式水位计编码方式为将水位信息转换为相应的磁场变化，再用磁敏元件转换为数字信号：编码器体积非常小巧、分辨率小于光电编码器、对灰尘（非磁性）与光线不敏感、但它抗振性相对较差。◆模数编码式水位计编码方式为将水位信息转换为模拟量，再用电子器件转换为数字信号。2、压力传感器法根据压力与水深成正比关系的静水压力原理，运用压敏元件作传感器的水位汁。当传感器固定在水下某一测点时，该测点以上水柱压力高度加上该点高程，即可间接地测出水位。该仪器适用于不便建测井的地区。,压力式水位计分类◆压阻式用固态压阻式压力传感器感应静压水头:压阻式水位计长期放在水底，半导体硅片长期被水压变形产生疲劳，由此产生时飘，使用中要定期率定。国外定期将水位计在实验台上通过率定，找出补偿曲线供采集水位时修正。国内往往是定时将压水水位与水尺水位相比较来完成率定。前者可以保证传感器的线性度，从根本上保证水位采集精度，后者只是在个别水位点上校正，传感器的线性度没有得到改善。◆电容式用电容式压力传感器感应静压水头:利用电容敏感元件将被测压力转换成与之成一定关系的电量输出，其原理比较简单，是应用最广泛的一种压力传感器。2◆振弦式振弦式传感器的工作原理是利用钢弦的应力与其自振频率的关系来监测被测物理量的变化，其主要由振弦、夹紧装置、受力机构、电磁回路及信号处理等几部分组成。具有独特的优异特性如结构简单、精度高、抗干扰能力强以及对电缆要求低等◆应变式应变式压力传感器是一种通过测量各种弹性元件的应变来间接测量压力的传感器。根据制作材料的不同，应变元件可以分为金属和半导体两大类。应变元件的工作原理基于导体和半导体的“应变效应”，即当导体和半导体材料发生机械变形时，其电阻值将发生变化。应变式压力传感器所用弹性元件可根据被测介质和测量范围的不同而采用各种型式，常见有圆膜片、弹性梁、应变筒等。其缺点是输出信号小、线性范围窄,而且动态响应较差。但由于应变片的体积小,商品化的应变片有多种规格可供选择，而且可以灵活设计弹性敏感元件的形式以适应各种应用场合，所以用应变片制造的应变式压力传感器仍有广泛的应用。◆石英晶体式用石英晶体作为压力传感器感应静压水头:原理是依据压电效应原理（利用外界压力在石英晶体表面形成电荷，再实现电荷放大）或利用石英晶体的频率随外力的改变而改变的特性制成的。具有精度高、灵敏度好、测量范围宽、反应迅速、数字输出等独特的优势。石英传感器是一种新型的传感器，近几年由于其性能得到较大的提高，目前得到一定的应用。3、超声波测距法（非接触式）用声波反射的原理来测量水位。分为水介式和气介式两类。声波在介质中以一定速度传播，当遇到不同密度的介质分界面时，声波立即发生反射。水介式是将换能器安装在河底，垂直向水面发射超声波；气介式是将换能器固定在空气中某一高处，向水面发射超声波。两种形式均不需建测井。水介式声速受水温、水压及水中浮悬粒子浓度影响，在测量过程中要对声波校正，才能达到测最精度。气介式要对气温影响进行校正，其优点是不受水中水草、泥沙等影响。4、超声波测距法（接触式）用声波反射的原理来测量水位。分为水介式和气介式两类。声波在介质中以一定速度传播，当遇到不同密度的介质分界面时，声波立即发生反射。水介式是将换能器安装在河底，垂直向水面发射超声波；气介式是将换能器固定在空气中某一高处，向水面发射超声波。两种形式均不需建测井。水介式声速受水温、水压及水中浮悬粒子浓度影响，在测量过程中要对声波校正，才能达到测最精度。气介式要对气温影响进行校正，其优点是不受水中水草、泥沙等影响。5、雷达法雷达的工作原理，是设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等)。雷达分为连续波雷达和脉冲雷达两大类。脉冲雷达因容易实现精确测距，且接收回波是在发射脉冲休止期内，所以接收天线和发射天线可用同一副天线，因而在雷达发展中居主要地位。测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。当雷达和目标之间有相对运动时，雷达接收到的目标回波3频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。,二、流速面积法1、超声波时差法流量计（TransitTimeUltrasonicFlowmeter）其工作原理如图1所示。他是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺溜和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，在通过流速来计算流量的一种间接测量方法。其中有两个超声波换能器：顺流换能器和逆流换能器，两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波行走的路径长度为L,超声波顺流速度为tu,逆流速度为td,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ。由于流体流动的原因，是超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短，其时间差可用下式表示：超声波时差法明渠流量计分类◆按声道数目划分：A．单声道B．多声道（2—8声道）超声流量计测量原理是一种速度式流量计，流体的流态对流量计精度影响较大。若选用单声路换能器，则仪表精度仅为5％，在声路选择上根据测量精度要求，可以选为1、2、4、8声路和1~4个测量断面的组合，就可以有效地解决流体流态在一个方向分布不对称的影响；另外，当渠道中水位变化幅度较大时，也必须选择多声道，保证在水位最低时仍至少有一组换能器在水下工作。◆按渠道跨度(工作频率)划分:测量渠宽范围：0.25～300m，渠道越宽，所选择的超声波换能器工作频率随之下降，频率下降，其穿透能力随之增强，换能器工作频率可以从1MHz至几百kHz进行选择，但测量的精度随之下降，这时可采用增加超声波声路办法，提高测量精度。◆按换能器安装方式划分：A．对岸反射超声波发射换能器与接收换能器安装在渠道的同一岸边，在对岸安装一反射板，发射端换能器发射的超声波经反射板反射到接收换能器上。B．对岸接收超声波发射换能器与接收换能分别安装在渠道两岸，一个发射，一个接收。2、电磁法电磁法测流速是应用法拉第电磁感应的原理，即一电导体在磁场垂直于磁力线的方向运动而感生电流来测定流速的一种方法。施测时，在河流两岸各安设一个探测器，并把它连结在电压表上，即可测出感生的电动势。感生的电动势与流速之间的关系以E=Hvb表示，式中E为感生电动势，H为磁场，b为河流宽度，v为平均流速。测定了电动势，即可推算出流速。近年来，出现了一种新型的电磁海流计，观测流速的范围以0—3米/秒±0.02米/秒，流向为0—360°±3°，最大使用深度可以达到2000米。电磁法很适用于潮汐河口区的连续测流。,3、超声波多普勒法测量原理(横向发射)4多普勒法测量原理，是依据声波中的多普勒效应，检测其多普勒频率差。超声波发生器为一固定声源，随流体以同速度运动的固体颗粒与声源有相对运动，该固体颗粒可把入射的超声波反射回接收器。入射声波与反射声波之间的频率差就是由于流体中固体颗粒运动而产生的声波多普勒频移。由于这个频率差正比于流体流速，所以通过测量频率差就可以求得流速，进而可以得到流体流量。超声波多普勒法(横向发射)流速仪安装在河流或渠道的岸边，探头上的声学换能器发出声波脉冲。同时接收各时间的回波，水平发射波束涵盖部分或整个宽度的水体，由回波时间的不同，判别相应测点离探头的距离。对每一回波的多普勒频移进行计算，得到探测水层各测点的流速分布，这样实时测量一个水层的流速分布。利用水平式声学多普勒流速仪提供的流速数据以及率定好的水平剖面流速与断面平均流速的关系模型实时计算河流或渠道的流量。5、超声波多普勒法测量原理(纵向发射)多普勒法测量原理，是依据声波中的多普勒效应，检测其多普勒频率差。超声波发生器为一固定声源，随流体以同速度运动的固体颗粒与声源有相对运动，该固体颗粒可把入射的超声波反射回接收器。入射声波与反射声波之间的频率差就是由于流体中固体颗粒运动而产生的声波多普勒频移。由于这个频率差正比于流体流速，所以通过测量频率差就可以求得流速，进而可以得到流体流量。超声波多普勒法(纵向发射)流速仪是将探头安装在测流断面某一处(或几处)流速有代表性的垂线河底（或水面），换能器向上（或下）方发射声波，测得探头上（或下）方这一垂线上的流速分布，同时测得水位。根据代表线流速与断面平均流速的关系模型推算断面平均流速，进而计算断面流量。6、转子法转子流量计是变面积式流量计的一种，其是由一个锥形管和一个置于锥形管内可以上下自由移动的转子构成。转子流量计本体可以用两端法兰、螺纹或软管与测量管道连接，垂直安装在测量管道上。当流体自下而上流入锥管时，被转子截流，这样在转子上、下游之间产生压力差，转子在压力差的作用下上升，这时作用在转子上的力有三个:流体对转子的动压力、转子在流体中的浮力和转子自身的重力。量计垂直安装时，转子重心与锥管管轴会相重合，作用在转子上的三个力都沿平行于管轴。当这三个力达到平衡时，转子就平稳地浮在锥管内某一位置上。对于给定的转子流量计，转子大小和形状己经确定，因此它在流体中的浮力和自身重力都是已知是常量，唯有流体对浮子的动压力是随来流流速的大小而变化的。因此当来流流速变大或变小时，转子将作向上或向下的移动，相应位置的流动截面积也发生变化，直到流速变成平衡时对应的速度，转子就在新的位置上稳定。对于一台给定的转子流量计，转子在锥管中的位置与流体流经锥管的流量的大小成一一对应关系。这就是转子流童计的计量原理。,7、走航式超声波多普勒法8、便携式转子法9、便携式雷达法三、明渠流量计选型参考（一）明渠流量计主要产品分类：1.水位法流量计：水位法流量计实际上是水位计加辅助的工程建筑物的统称。·辅助的工程建筑物主要有：量水槽（巴希尔槽、无喉道量水槽等）5量水堰（薄壁堰、三角堰、宽顶堰等）标准断面（指顺直的规则断面）闸孔·水位计主要有：超声波水位计（接触式式）超声波水位计（非接触式式）浮子式水位计压力式水位计水尺（人工