非接觸式明渠污水流量計

超聲波明渠流量計采用超聲波以非接觸的方式測量明渠堰槽內的水位高度，再由微處理機自動計算出對應的流量值，測流量時，液晶顯示瞬時流量及累計流量，測液位時則顯示液位及上下線報警指示，數(shù)字存儲器為EEPROM，停電時儀器內數(shù)據不會丟失，超聲波明渠流量計還配有專門為石油、化工部門設計的防爆型探頭，以滿足石油、化工等部門防爆區(qū)污水流量的測量要求【防爆等級EX ia（d）iaⅡBT4】，特別適用于含油廢水的流量計量。

我們可以為用戶提供明渠流量計配套的巴歇兒槽、三角堰、矩形堰、顯示表頭，或為用戶免費設計堰板尺寸，為了*大程度的保證儀表的測量精度、降低用戶調試的難度，請選擇本公司生產的堰槽（堰板）。

一體型超聲波明渠流量計 分體型超聲波明渠流量計

技術參數(shù)：

·測量精度：流速±0.5% 、水位±0.5% 、系統(tǒng)±1.5%

·功耗：LKW(一點測速)

·電源：DC12V/24V,AC220V

·測量范圍：流速0.02-10m/s

·渠寬0.5-30m

·渠深0.5-20m

·累積流量顯示*大值：9999999999

·瞬時流量顯示*大值：999999

·水位顯示*大值：9.999

配套巴歇爾槽、三角堰、矩形槽

1.巴歇爾槽

材質：PVC、玻璃鋼、不銹鋼可選，流量越大，相應增加壁厚。

注意事項

·巴歇爾槽的尺寸與渠道安裝有關，請用戶根據現(xiàn)場情況而定。

·巴歇爾槽的中心線要與渠道的中心線重合,使水流進入巴歇爾槽不出現(xiàn)偏流。

·巴歇爾槽通水后，水的流態(tài)要自由流，巴歇爾槽的淹沒度要小于規(guī)定的臨界淹沒度。

·巴歇爾槽的上游應有大于5倍渠道寬的平直段，使水流能平穩(wěn)進入巴歇爾槽，即沒有左右偏流，也沒有渠道坡降形成的沖力。

·巴歇爾槽安裝在渠道上要牢固，與渠道側壁、渠底連結要緊密，不能漏水，使水流全部流經巴歇爾槽的計量部位，巴歇爾槽的計量部位是槽內喉道段。

2.三角堰

材質：PVC、玻璃鋼、不銹鋼可選，流量越大，相應增加壁厚。

注意事項

·三角口處的尺寸準確、緣臺平直、光滑，板面光滑、平整、無扭曲。

·三角堰的中心線要與渠道的中心線重合。

·j為堰板嵌入渠道墻的部分，尺寸請用戶根據現(xiàn)場情況而定。

3.矩形槽

材質：PVC、玻璃鋼、不銹鋼可選，流量越大，相應增加壁厚。

注意事項

·矩形口處的尺寸要準確、緣臺平直、光滑。板面光滑、平整、無扭曲。

·矩形堰的中心線要與渠道的中心線重合。

·j為堰板嵌入渠道墻的部分，尺寸請用戶根據現(xiàn)場情況而定。

影響超聲波明渠流量計流量測量準確度的主要因素：

通過對標準巴歇爾槽明渠流量計流量計算數(shù)學模型的分析，總結出污水在線監(jiān)測系統(tǒng)中影響流量測量準確度的5項主要因素，并對各項因素進行了相應的技術分析，根據現(xiàn)場檢定明渠污水流量計的大量樣本數(shù)據，做出一定的研究分析，為進一步準確實現(xiàn)污水流量在線監(jiān)測打下了一定的基礎。

1 污水流量測量

1.1 原理及組成
由于排污口標準化和視頻監(jiān)控的需要，污水流量自動監(jiān)測系統(tǒng)以堰槽式明渠流量計為流量計量的主要方式。堰槽式明渠流量計的 原理是在明渠中設置標準量水堰槽（如巴歇爾量水槽和矩形薄壁堰等），并按規(guī)定位置測量水位，則流過堰槽的流量與水位呈單值關系，根據相應流量公式或經驗關 系式，將測出的水位值換算成流量值。流量計由標準量水堰槽和液位流量轉換儀表（二次儀表）所組成。
據統(tǒng)計，本次試驗污水流量自動監(jiān)測系統(tǒng)共計338臺堰槽式明渠流量計。其中，巴歇爾槽式占68.2%，矩形薄壁堰占14.5%，其他堰槽類型占17.3%，本文以標準巴歇爾槽明渠流量計為例進行分析。
1.2 標準巴歇爾槽明渠流量計算的數(shù)學模型
標準巴歇爾槽流量Q按下式計算：
式中：C為流量系數(shù)；b為喉道寬度，m；ha為實測液位，m。
由標準巴歇爾槽明渠流量計的基本原理和流量計算公式可知，流量測量的準確度直接依賴于流量系數(shù)C的準確度、喉道寬度測量的準確度和實測液位的準確 度。其中，實測液位的準確度評估又包含三個因素的影響：液位計測量的準確度、測量液位計零點的儀器的測量準確度和液面的擾動情況。
2.現(xiàn)場流量測量準確度的影響因素
通過上述分析，我們可以總結出基于明渠流量計的污水在線監(jiān)測系統(tǒng)中，影響流量測量準確度的主要因素有以下幾個方面：
1）堰槽的類型，主要確定流量系數(shù)的測量準確度；
2）實測液位的準確度，主要取決于液位計測量的準確度和測量液位計零點的儀器的測量準確度；
3）液位測量的重復性，由液面的擾動或平穩(wěn)程度決定，主要影響多次液位測量讀數(shù)的平均值的測量準確度；
4）堰槽的幾何尺寸，主要取決于喉道寬度（或其他堰槽中的板、槽尺寸）的測量儀器的準確度；
5）水位－流量轉換誤差，由流量計二次儀表的軟件產生。由于各種堰槽明渠流量計的流量計算公式涉及多個參數(shù)，流量計生產 廠家在軟件系統(tǒng)進行換算時，各個參數(shù)根據不同的設計尺寸范圍以數(shù)據庫函數(shù)的方式進行存儲，由于存儲空間的限制造成無法足夠精卻的設置參數(shù)，因此造成流量計 顯示值的誤差。
2.1 堰槽的類型
HL-602明渠流量計在進行堰槽選擇時，現(xiàn)場主要考慮流量范圍和設計施工難度等因素。根據國家計量檢定規(guī)程JJG771－1990《明渠堰槽流量計試行檢定規(guī)程》和各種類型堰槽的相關ISO標準，幾種常用堰槽的流量范圍和流量系數(shù)所引入的測量誤差如表1所示。
通過表1可知，幾種堰槽的流量系數(shù)所引入的測量誤差相差不大，各種堰槽類型在技術上并無高下之分。在綜合考慮流量適用范 圍和現(xiàn)場設計施工難度后，巴歇爾槽和薄壁堰具有一定的優(yōu)勢。兩者相比，薄壁堰的優(yōu)點是制作方便，安裝簡單，缺點是水頭損失較大，污水中的泥沙和懸浮物容易 在堰前沉積使水位提高而影響測量的準確度。巴歇爾槽的優(yōu)點是測量范圍寬，水頭損失小，污水中懸浮物不易沉積，但加工和安裝較為復雜。
2.2 液位測量的準確度
蘇州華陸儀表超聲波明渠流量計中的實際液位測量涉及液位計零點（即液位零點）和液位計測量精度等兩個方面，早期的浮子式液位計由于測量精度太低已經被淘汰，壓力式液位 計由于易受污水腐蝕和沉積物覆蓋影響也較少使用，現(xiàn)在主要使用超聲波液位計。超聲波測液位為非接觸式測量，可以不受液體性質的影響，但液體表面浮沫和固體 漂浮物較多時也會受到影響。
本次試驗的明渠流量計全部采用的超聲波液位計，廠家標稱的測量精度為不大于3mm，滿足環(huán)保行業(yè)標準HJ/T15－2007《環(huán)境保護產品技術要求超聲波明渠污水流量計》中對液位測量誤差的要求。但實際測量結果卻相差很大，具體數(shù)據如圖所示。
試驗發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場使用的超聲波液位計問題很多。零點不準的原因主要在于液位計安裝時沒有做好零點的設置和校準。水位超差的原因一部分在于液位計安裝后沒有做好現(xiàn)場校準，另一部分在于液位計使用過程中傳感器探頭老化，測量精度不達標。
2.3 液位測量的重復性
HL-602明渠流量計液位測量的重復性主要取決于液面的穩(wěn)定程度。液面平穩(wěn)時，液位測量的重復性就容易達標; 反之，水流不平穩(wěn)，有大量漩渦、波浪、泡沫時，液位測量的重復性就不滿足要求。
上述水流不平穩(wěn)的情況，主要原因是明渠流量計安裝位置前端的行進渠道長度不滿足要求。根據規(guī)程要求，巴歇爾槽的安裝條件為前端順直行進渠道長度應不小于 5 倍的行進渠道寬度，而薄壁堰則要求為10倍。很多用戶受現(xiàn)場環(huán)境條件的限制，無法建造足夠長度的行進渠道進行整流，造成流量計處的流場條件十分惡劣，無法滿足明渠流量計的正常使用。
針對這種情況，有兩種方式可以進行改善。一種方式為：在流量計的前端增加整流格柵，減小水流的波動，但通過現(xiàn)場試驗觀察，效果有限; 另一種方式為：在渠道旁邊設置一靜水井，由連通管與渠道水流相通，靜水井底應低于渠道中*低水位150mm，連通管管底距井底至少300mm，靜水井頂面應大于預計*高水位300mm，這樣靜水井內的水位與渠道中水位相同，把渠道中的漩渦和水流的脈動進行了隔離，同時也能大大減少水面的泡沫。現(xiàn)場試驗驗證，這種方式能夠有效改善液面不穩(wěn)的情況，保證液位測量的重復性要求。
2.4 堰槽的幾何尺寸
堰槽幾何尺寸的誤差對測量結果準確度的影響主要有兩個方面: 一是改變了流量計算的數(shù)學模型，造成流量計二次儀表計算的顯示值產生誤差，這種影響我們通過兩個實例可以看到。由表2可以看出，堰槽幾何尺寸誤差的增大可以造成流量測量誤差的增大，且影響量不斷遞增; 二是影響到了水流經過堰槽時的水位，從而對液位的測量產生附加誤差。
造成堰槽幾何尺寸誤差的原因有三點: 一是制造精度問題，一些企業(yè)為了節(jié)省成本，自己加工堰板和槽體，由于條件所限無法保證加工精度，造成堰槽的實物與設計尺寸產生誤差; 二是安裝技術問題，一些流量計的堰板和槽體在安裝過程中，由于施工者的操作因素造成安裝尺寸誤差，或是施工經驗和溫度原因影響，造成堰板和槽體受渠壁擠壓產生形變; 三是用戶主觀因素，一些企業(yè)為了省事，在已建好的不規(guī)則的渠道中安裝蘇州華陸儀表明渠流量計，為了適應渠道，只能將標準的堰板或槽體進行改造，造成幾何尺寸的偏差。
2.5 水位－流量轉換誤差
水位－流量轉換誤差直接影響流量計的顯示值，其產生的主要原因為: 明渠流量計通過液位傳感器得到的是原始信號為液位信號，需通過二次儀表把液位信號轉換為流量值。由于明渠流量計的數(shù)學模型都比較復雜，儀表一般使用查表法把液位轉換成流量。即每測到一個液位，到存儲器內找對應液位點的流量替代。如果測到的液位在水位流量表中兩點液位之間，用線性插值法算出對應的流量。因此，設置水位－流量表的點數(shù)越多，轉換精度越高。通過現(xiàn)場試驗，取兩個主要廠家軟件數(shù)據庫內的水位－流量表進行驗證，具體數(shù)據如圖4所示。通過圖4可以看出:廠家一的軟件設置為30點對照，且液位點均勻分布，而廠家二設置為10點，不均勻分布，則廠家一顯示的水位流量轉換誤差明顯小于廠家二。
3.結論
污水流量監(jiān)測數(shù)據的準確度，受到多方面因素的影響，在配套設施方面，需要保證行進渠道的長度，正確設立靜水井。在一次元件方面，需選擇合適的堰槽類型，堰槽尺寸保證一定的加工精度，液位傳感器滿足相應精度要求; 在二次儀表方面，需要正確的進行軟件數(shù)據庫的設計，通過這些才能保證流量監(jiān)測數(shù)據的準確有效。

通過上述分析，我們看到實現(xiàn)污水流量監(jiān)測的堰槽式明渠流量計，不僅僅是一個計量器具，而且作為一個計量系統(tǒng)牽涉到選型、設計、加工、建筑、安裝、調試和設置，一旦建造成型，出現(xiàn)誤差后很難從根本上進行糾正，并且在現(xiàn)場受到各種環(huán)境條件的影響，使用中需要經常維護。因此，作為強制檢定的涉及環(huán)境保護的計量器具，我們計量部門不僅要按時周期檢定，更應該積極參與到環(huán)境監(jiān)測部門對自動監(jiān)測設備驗收和日常核查等技術文件的制定中，從而保證環(huán)境監(jiān)測數(shù)據的真實、準確和有效，為實現(xiàn)環(huán)境保護，減少污染做出應有的貢獻。