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明渠流量計的測量原理

明渠流量計是用于工礦企業(yè)渠道、管線(xiàn)供水和污水排放的流量測量?jì)x表。是環(huán)境監測系統對污水排放總量控制和排污收費的必備工具。也可用于水源河流、農業(yè)水利灌溉方面的水量、制藥和化工的液位測量等。為了加強對城市排水和企事業(yè)單位排水量的管理,需要有統一的排水流量測量方法。為此,參照國際標準ISO 4360-1984 堰槽明渠水流測量——三角形剖面堰等標準,我國制定了城市排水堰槽流量測量技術(shù)標準,包括:三角形薄壁堰測流、矩形薄壁堰測流等5種技術(shù)標準。

      在我國,明渠流量計大部分引進(jìn)國外產(chǎn)品,比較昂貴。而國內生產(chǎn)的空氣式明渠流量計,由于超聲波被水面懸浮的泡沫所吸收,無(wú)反射回波,導致不能測量。本文作者設計的流量計使用沉人式傳感器,特別適合于表面多泡沫和漂浮物的流量測量。且結構簡(jiǎn)單、價(jià)格低,在測量精度方面能夠達到工業(yè)應用的要求。

      1測量原理

      超聲波自補償明渠流量計采用超聲回波技術(shù),通過(guò)測量標準流量堰(槽)的液位高度,由計算機運算得到流量。當被測液體介質(zhì)通過(guò)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、等寬箔壁堰等)形成自然流動(dòng)時(shí),以三角形薄壁堰測流為例(由我國制定的技術(shù)標準),三角形薄壁堰的形狀見(jiàn)圖1,圖中,α為堰口角,(°);h 為堰頂水頭,m;P 為堰高,m;hmax,為堰頂***大水頭,m;B 為行進(jìn)渠道寬度,m;b 為堰口高度,m。


      堰口角的使用范圍為α=20o~100o,常用堰口角α=90o。

      其流量Q與流量槽的水位h有如下關(guān)系

      

      式中Ce為流量系數;g為重力加速度,gn= 9.8 m/s2;he為有效水頭,m。

      當圖1中α=90o時(shí),Ce值由圖2查得。


      he值按下式計算

      he=h+Kh,

      式中h為堰頂水頭,m;Kh為粘滯力和表面張力綜合影響的校正值,m。當α=90o時(shí),Kh為0.00085 m。

      當tg α/2 =1 時(shí),流量公式轉化為

      Q=2.3625 Ceh5/2,

      式中h為液位高度,m


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