明渠流量计.docx
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明渠流量计
LMZ-1超声波明渠流量计
使用说明书
天津市求精科技发展有限公司
一．概述………………………………………………………………1
二．选定量水堰槽……………………………………………………2
三．直角三角堰………………………………………………………5
四．矩形堰……………………………………………………………6
五．巴歇尔槽…………………………………………………………10
六．无喉道槽…………………………………………………………13
七．P-B槽……………………………………………………………17
八．安装量水堰槽……………………………………………………19
九．安装流量计的探头和仪表………………………………………24
十．安装示例…………………………………………………………26
第二版超声波明渠流量计补充说明………………………………30
第三版超声波明渠流量计补充说明………………………………31
一、概述
诸如灌区引水渠，工厂污水排放沟，城市下水道这些场合，水流的特点是具有自由水面，依靠流体自身重力势能，在具有侧壁和下底的渠道内流动。
这些水流叫作明渠水流。
超升明渠流量计主要适用于这些方面的流量测量。
超声波明渠流量计测量流量的情况如图一~图五所示。
图一、三角堰量水图二、矩形堰量水
图三、巴歇尔槽量水图四、无喉道槽
图五、P-B槽量水
在结构上，超声波明渠流量计由两部分组成。
一、量水堰或量水槽部分。
二、仪表部分
两水堰槽安装在明渠水路的中途或末端，利用堰或槽的节流作用，使流经堰槽时的水的液位与流量形成确定的对应关系。
仪表的超声波探头安装在量水堰槽水位观测点上方，以测量堰槽的水位流量对应关系反推出流量。
HBML-Ⅲ型流量计反推流量所依据的水位—流量关系是由使用人员以数表形式置入仪表的。
因此单从技术角度讲只要具备下述两个条件，就可以做为量水堰槽使用。
这两个条件是：
1、具有可以重复出现，确定不变的水位—流量对应关系；2、仅有一个水位测量点。
符合这样条件的量水堰槽种类很多，本安装说明书推荐选用国家计量部门认可的几种标准量水堰槽。
这几种量水堰槽可以在中华人民共和国国家计量检定规程《明渠堰槽流量计》JJG711-90中查到。
使用这些量水堰槽，只要按检定规程规定的水位—流量关系设置数表，就可以准确地测量流量。
检定也比较简便，可以按JJG711-90在现场检定。
如果仪表安装的现场条件要求不得不生意用其他形式的量水堰槽时，那么就只好在明渠流量标准装置上对量水堰槽进行标定。
所涉及的问题是工作量和费用都是较大的。
本说明书所介绍的直角三角堰、矩形堰、巴歇尔槽、无喉道槽都是选自JJG711-90的标准量水堰槽，并且结构比较简单，能满足一般应用由于P-B槽是圆管形结构，能直接与涵管下水道对接，在很多场合下很适用，也做了些介绍。
本说明书对量水堰槽的介绍仅限于与HBML-Ⅲ超声波明渠流量计配用，实用即可。
所以涉及堰槽种类很少，技术上也很粗浅。
但这些还是可以满足多数场合的应用的。
如需对量水堰槽有更多、更深的了解，推荐参阅下列有关资料：
中华人民共和国国家计量检定规程《明渠堰槽流量计》JJG711-90中国计量出版社出版
国际标准ISOTC133有关文件
《灌区量水工作手册》水利电力出版社
《流量测量手册》中国计量出版社
《测流堰槽》北京市水利科技情报站
超声波明渠流量计的安装是一项技术很严谨的工作，粗草和敷衍造成的后果将是：
或者不能准确地测量流量，检定不合格；或者给日后运行的维护带来麻烦。
与一般仪表不同，堰槽式明渠流量计测流，即使是仪表出厂检定合格，堰槽用玻璃钢成形并经检定合格，但如果在渠道上安装不合技术要求，仍不能得到正确的流量测量结果。
按照《明渠堰槽流量计》检定规程的规定，只有安装在渠道上的堰槽式明渠流量计，综合考虑到堰槽安装技术状况，进行渠槽状况，水流状况，也包括仪表状况，才能检定出该流量计的测流精度。
超声波明渠流量计的安装大体可以分为三个部分：
1、选顶量水堰槽类型和规格，并计算响应的水位—流量关系表。
2、安装量水堰槽。
3、安装流量计探头和仪表。
二.选定量水堰槽
选用量水堰槽主要考虑的问题是：
测流精度、流量大小，是否易于淤积，损失水头大小，制造成本，安装工作量及是否便于维护。
超声波明渠流量计只有一个水位测量探头，既只能有一个水位观测点，这就要求所选择的堰槽只能工用在自由流条件。
1、在测流精度方面，上述堰槽排列顺序如下：
直角三角堰：
1~2%
矩形堰：
1~4%
巴歇尔槽：
3%
无喉道槽：
4%
P－B槽：
4%
2、与超声明渠流量计配用，适用流量范围：
直角三角堰：
0.1~40升/秒
矩形堰：
2升/秒以上，小于10立方米/秒
巴歇尔槽：
1升/秒以上，小于10立方米/秒
无喉道槽：
1升/秒以上，小于3立方米/秒
P－B槽：
1升/秒以上，小于1立方米/秒
3、直角三角堰、矩形堰结构简单，制造成本低，安装容易，但是水中泥沙含量大时，堰板上游淤积，水头损失也较大。
巴歇尔槽、无喉道槽、P－B槽结构复杂，成本高，安装工作量大，但不易淤积，水头损失也小。
4、自由流条件：
堰槽量水的原理，是利用堰槽的纵向或侧向缩水作用，使流过堰槽水的流量与堰槽某处水位形成对应关系，以便通过测量水位求流量。
这就需要量水堰槽安装在渠道以上后，堰槽下游水流的变化，不影响堰槽上游水位。
更准确地讲，流经堰槽的水流必须超过改为临界状态，既下游水流的动能不能向上游传递。
这种情况，就是满足了堰槽的自由流条件。
否则就是淹没流。
直角三角堰、矩形堰的自由流条件比较容易判定，只要堰板下游水位低于堰板过水位位的最低点，就是自由流了。
参见图六和图七。
图六、自由流图七、淹没流
巴歇尔槽、无喉道槽、P－B槽不要求下游水位低于量水槽过水部位的最低点，可以有一定的淹没度。
所谓淹没度，是指量水槽下游水位观测点与上游水位观测点的比值。
便例如，下游水位为0.3米，上游水位为0.6米，则淹没度为0.5或为50%。
上述三种量水槽的技术要求里，都给出了临界淹没度，只要量水槽过水时，实测的淹没度小于临界淹没度，就是自由流，否则是淹没流。
这里只是提出，要把满足自由流条件作为选择量水堰槽时的一个考虑当一个量水堰槽已安装在渠道上，并已通水，判断是否自由流是很容易的。
但一量发现是淹没流，那么量水堰槽的安装就是失败的了。
就可能要返工。
因此，必须在施工安装之前，就正确地判断出，量水堰槽安装以后，是否会出现淹没流。
如果经过推算，不能满足自由流条件，还可以换另一种堰槽或改变安装方法。
在安装量水堰槽之前，判断自由流，是量水堰槽选择、安装工作中非常重要的一个环节。
必须十分重视。
如何在装之前判断自由流，这个问题将在第八章“安装量水堰槽”中详述。
总括上述因素，本说明书推荐按下列条件选择量水堰槽：
当水中泥沙含量不大，上游渠道有一定的壅水条件时，水量在40升/秒以下，选直角三角堰，大于40升/秒，选矩形堰。
当水中泥沙较大或上游不允许壅水过多时，选巴歇尔槽。
如安装场地地求量水槽尺寸小些时，选无喉道槽。
相同流量条件下，无喉道槽的尺寸地长和宽方面都比巴歇尔槽小。
尽可能不用P－B槽。
有两个技术方面的问题可能会限制在许多场合的应用。
a、本说明书缺少可靠的P－B槽的水位－流量关系，用户要自己进行标定。
这需要花很大的工作量和费用；b、当渠道或涵管下游由于淤积等原因造成水流流运不畅时，就无法满足自由条件。
如果是巴歇尔槽或无喉道槽，我们可以把淤积视为渠底，把量水槽适当抬高，在新的零水位线上安装，这样就可以满足自由流条件。
但是P－B槽就不能返高，这是因为P－B槽是园管结构，抬高后就无法与涵管对接了。
当然，如果安装现场没有这些问题限制，利用P－B槽能直接与涵管对接的优点，安装施工是可以很简单的。
在考虑流量范围时，有时渠道内的最大流量并不一定是需要测量的。
如环保部门排污计量只需测量正常排水，当下大暴雨时水量可能比平时大很多倍，这时量水堰槽出现淹没流，使实测流量偏小并不重要。
有时还故意将量水堰槽高度做得矮些，虽然减小了量水堰槽的量水范围，却增加了渠道的泄洪能力，当出现洪水时，洪水可以从堰槽上漫过。
以下几章介绍直角三角堰、矩形堰、巴歇尔槽、无喉道槽、P－B槽的技术性能和构造要求，可以作为选用时参考。
三、直角三角堰
三角堰过水断面为三角形缺口，角顶向下，角度可在20°C~100°C之间。
当角度为90°C时，叫作直角三角堰。
直角三角堰安装在渠道上情况如图一所示。
其构造如图八。
需要注意的是，直角三角堰的堰口应制成锐缘，倾斜面指向下游；缘口要平直；堰板要平整，堰板靠上游一面要平滑，堰板安装在渠道上要竖直外，还要安在渠道中心线上。
堰板材料可以用灰塑料板，玻璃钢板或不锈钢板，要耐腐蚀，不易变形。
厚度要保证在水流冲击下，不变形，一般应在10~20毫米之间。
材料：
玻璃钢板或灰塑料板
要求：
板面光华、平整、无扭曲；
三角口缘顶要平直，光滑。
j:
两侧嵌入渠道侧壁的深度
k:
下部嵌入渠底的深度
图八、直角三角堰板构造
图八所示直角三角堰的水位测量点在渠道上游距堰板0.6~1米范围内，超声探头用横梁架在渠道上方。
直角三角堰的水位零点在与三角缺口角顶平齐的水平面上。
实际上由于水与堰板之间有亲合力作用，水位零点还要跟据堰板的材质进行些小的修正。
当堰板为不锈钢时，需加1毫米。
也就是说当缺口角顶不齐的水平面算起，用量尺实测水位为100毫米，就要用（100+1）＝101毫米作为真正过堰水位，用101毫米查水位－流量表，求出相应的流量。
在校正超声波明渠流量计水位时，也要使仪表的水位示值显示为101毫米。
当堰板材质为灰塑料或玻璃钢时，真实水位要用实测水位减去2毫米。
直角三角堰板上游平直渠道应有大于渠宽10倍的距离。
直角三角堰板的自由流条件是，堰板下游水位低于堰板三缺口的角顶。
直角三角堰的水位-流量关系如表一。
当渠道宽度或堰板直角角顶到渠底距离不同时，水位-流量关系会有约百分之几的偏差，需参照《检定规程》另行计算。
表一、直角三角堰水位-流量对应表水位单位：
米流量单位：
升/秒
液位
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
流量
0.0000
0.0136
0.0772
0.2127
0.4367
0.7629
1.2035
1.7693
2.4705
3.3164
液位
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
0.15
0.16
0.17
0.18
0.19
流量
4.3232
5.4864
6.8431
8.3591
10.095
12.016
14.144
16.543
19.150
22.070
液位
0.20
0.21
0.22
0.23
0.24
0.25
0.26
0.27
0.28
0.29
流量
25.132
28.439
32.269
36.241
40.510
45.010
50.054
55.453
61.221
67.904
四、矩形堰
矩形堰的过水断面是矩形。
安装在渠道上的情况如图二。
矩形缺口的宽度不能小于0.15米；宽度上限还没有确切数据，曾经有人把它做到15米，仍可以很好地运行。
矩形堰缺口的过水高度有一定限制：
下限不要小于30毫米，小了会使量水误差增大，如果水量较小，可换缺口窄些的矩形或三角堰。
上限不要大于矩形缺口下缘到上游侧渠底距离的3.5倍。
图九是矩形堰板的构造图。
材料：
玻璃钢板或灰塑料板
要求：
板面光滑、平整、无扭曲；
三角口缘顶要平直，光滑
j：
两侧嵌入渠道侧壁的深度
k:
下部嵌入渠底的深度
B
250
500
750
1000
H
250
300
500
500
P
100
150
200
200
T
125
150
125
250
图九矩形堰
这里只给出缺口宽为0.250米、0.5米、0.75米、1米几种，可以满足绝大多数情况下的应用需要。
需要注意的是，矩形堰的堰口应制成锐缘,倾斜面指向下游；缘口要平直；矩形缺口两个竖缘与下缘夹角要成90℃；堰板要平整，堰板靠上游一面要平滑。
堰板材料可以用灰塑料板，玻璃钢板或不锈钢板，要耐腐蚀，不易变形。
厚度要保证在水流冲击下，不变形，一般应在10—20毫米之间。
矩形堰的水位测量点在渠道上游距堰板3—4倍最大过堰水深处，一般在0.6米—1米范围内，超声探头用横梁架在渠道上方。
矩形堰的水位零点在与矩形堰下堰缘平齐的水平面上。
实际上，水位零点还要进行些小的修正。
当堰板为不锈钢时，需加4毫米。
也就是说，当从缺口角顶平齐的水平面算起，用量尺实测水位为100毫米，就要用（100+4）＝104毫米作为真正过堰水位；用104毫米查水位－流量表，求出相应的流量。
在校正超声波明渠流量计水位时，也要使仪表有水位示值显示为104毫米。
当堰板材质为灰塑料或玻璃钢时，真实水位直接用实测水位，不需修正。
矩形堰板的自由流条件是，堰板下游水位低于堰板缺口的下缘。
表二至~表五示出图九所示的矩形堰的水位－流量关系。
当渠道宽度或缺口下缘到渠底距离不同时，水位－流量关系会有约百分之几的偏差，需参照《检定规程》另行计算。
表二0.25米堰口宽矩形堰的水位－流量关系液位单位：
米流量单位：
升/秒
液位
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
流量
0.0000
.4376
0.2397
2.2318
3.5181
4.9250
6.4846
8.1856
10.018
11.973
液位
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
0.15
0.16
0.17
0.18
0.19
流量
14.047
16.232
18.526
20.924
23.423
26.020
28.712
31.497
34.373
37.338
液位
0.20
0.21
0.22
0.23.
0.24
0.25
0.26
0.27
0.28
0.29
流量
40.390
43.528
46.750
50.055
53.441
56.908
60.454
64.079
67.781
71.559
表三0.5米堰口宽矩形堰的水位－流量关系液位单位：
米流量单位：
升/秒
液位
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
流量
0.0000
0.8769
2.4852
4.5748
7.0575
9.8830
13.018
16.437
20.122
24.058
液位
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
0.15
0.16
0.17
0.18
0.19
流量
28.233
32.637
37.261
42.097
47.140
52.382
57.820
63.449
69.264
75.262
液位
0.20
0.21
0.22
0.23
0.24
0.25
0.26
0.27
0.28
0.29
流量
81.440
87.794
94.322
101.02
107.89
114.92
122.12
129.48
137.00
144.69
液位
0.30
0.31
0.32
0.33
0.34
0.35
0.36
0.37
0.38
0.39
流量
152.52
160.52
168.67
176.97
185.43
194.04
202.79
211.70
220.76
229.96
表四0.75米堰口宽矩形堰的水位－流量关系液位单位：
米流量单位：
升/秒
液位
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
流量
0.0000
1.3212
3.7485
6.9076
10.668
14.954
19.718
24.924
30.544
36.557
液位
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
0.15
0.16
0.17
0.18
0.19
流量
42.945
49.695
56.793
64.230
71.997
80.085
88.487
97.198
106.21
115.52
液位
0.20
0.01
0.22
0.23
0.24
0.25
0.26
0.27
0.28
0.29
流量
125.13
135.02
145.21
155.67
166.41
177.43
188.73
200.29
212.13
224.24
液位
0.30
0.31
0.32
0.33
0.34
0.35
0.36
0.37
0.38
0.39
流量
236.61
249.24
262.14
275.30
288.72
302.40
316.34
330.53
344.98
359.68
液位
0.40
0.41
0.42
0.43
0.44
0.45
0.46
0.47
0.48
0.49
流量
374.64
389.85
405.32
421.03
437.00
453.22
469.69
486.40
503.37
520.59
表五1米堰口宽矩形堰的水位－流量关系液位单位：
米流量单位：
升/秒
液位
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
流量
0.0000
1.7555
4.9754
9.1588
14.129
19.786
26.061
32.906
40.284
48.164
液位
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
0.15
0.16
0.17
0.18
0.19
流量
56.523
65.339
74.595
84.278
94.372
104.87
115.75
127.02
138.66
150.67
液位
0.20
0.21
0.22
0.23
0.24
0.25
0.26
0.27
0.28
0.29
流量
163.04
175.76
188.83
202.24
215.98
230.07
244.48
259.21
274.27
289.65
液位
0.30
0.31
0.32
0.33
0.34
0.35
0.36
0.37
0.38
0.39
流量
305.34
321.34
337.66
354.28
371.21
388.44
405.97
423.80
441.93
460.35
液位
0.40
0.41
0.42
0.43
0.44
0.45
0.46
0.47
0.48
0.49
流量
479.06
498.07
517.36
536.95
556.82
576.98
597.43
618.15
639.17
660.46
五、巴歇尔槽
巴歇尔槽水如图三。
巴歇尔槽为矩形横籽面的短喉道槽，由喉道上游的均匀收缩段，喉道段和下游均匀扩散段组成。
其构造如图十所示。
图中尺寸数据列于表六中。
巴歇尔槽的构造尺寸要求严格，喉道部分尺寸误差不要大于0.2%，其它尺寸不要大于1%。
大型巴歇尔槽可用混凝赶土建造，小型的应用玻璃钢整体模制成型做内衬，外侧用混凝土灌注。
巴歇尔槽安装时，收缩段下底要水平；巴歇尔槽的侧墙要竖直；槽的中心线要与渠道的中心线重迭；进出口用45°角墙与渠道边坡连接。
巴歇尔槽的水位测量点在进品收缩段，从与喉道连接处向上游到收缩段的2/3处。
下游水位测量点，可以用来确定淹没度。
巴歇尔内水面波动较大，为提高测量精度，应在巴歇尔槽的旁侧构造构造静水井，用连通管与槽内连通，在静水井内测量不位。
静水井尺寸为0.3~0.5米方形为益。
尺寸太大，井内水位变化滞后；太小，不利于以后清淤。
井底要比槽底低0.2米左右，以防止淤积，堵塞连通管。
连通管直径为30~50毫米即可。
超声波探头安装在静水井上方。
如水中含泥沙较多，静水井易淤积，超声波探头也可以安装在巴歇尔槽收缩段的上方。
既便这样，静水井也是需要的。
由于槽内水面波动，校正流量计水位时，用尺在槽内是很难测得准确的水位值的。
有了静水进，就方便多了。
巴歇尔槽的水位零点在收缩段下底的平面上。
对于混凝土槽，水位零点可以不作修正。
于玻璃钢槽，尺测水位应减去3毫米。
例如，用尺量得水位为200毫米，则应减去3毫米，用197毫米去查水位－流量表，求流量。
在校正超声波流量计时，也使流量计显示的水位示值为197毫米。
巴歇尔槽上游平直渠道应有大于渠宽5倍的距离。
巴歇尔槽的自由流条件用淹没度来衡量。
当淹没度大于临界淹没度时，为淹没流；当淹没度等于或小于临界淹没度时，为自由流。
各种巴歇尔槽的临界淹没度在表七中。
巴歇尔槽的水位－流量关系符合下述公式，可以用计算的方法求出。
公式中含有的流量系数C、n可从表七中查到。
一般用喉道宽来区分巴歇尔槽的型号。
表八~表十列出76、152、228、喉道宽巴歇尔槽的水位流量表，以方便使用。
Q－CHn
式中：
Q：
流量（立方米/秒）
H：
水位（米）
C：
流量系数（查表七）
n：
流量系数（查表七）
说明：
图示为玻璃钢制巴歇尔槽内衬，内尺寸要标准，内表面要光洁、平整。
槽上部400mm部分为探头支架。
壁厚要大于8mm，要求见正文。
图中G、M、T1、T2尺寸根据与渠道配合需要确定。
图中J是为增加强度的外翻边，不能小于50mm。
其它尺寸按表六要求
尺寸注示表：
B
L1
L
L2
La
B1
B2
D
N
K
T1
T2
G
M
J
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
图十、巴歇尔槽的构造
表六、巴歇尔槽构造尺寸
类别
序号
喉道段
收缩段
扩散段
墙高
b
L
N
B1
L1
La
B2
L2
k
D
小
型
1
0.025
0.076
0.029
0.167
0.356
0.237
0.093
0.203
0.019
0.23
2
0.051
0.114
0.043
0.214
0.406
0.271
0.135
0.254
0.022
0.26
3
0.076
0.152
0.057
0.259
0.457
0.305
0.178
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