巴歇爾槽明渠流量計(jì)

超聲波明渠流量計(jì)采用超聲波以非接觸的方式測(cè)量明渠堰槽內(nèi)的水位高度，再由微處理機(jī)自動(dòng)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的流量值，測(cè)流量時(shí)，液晶顯示瞬時(shí)流量及累計(jì)流量，測(cè)液位時(shí)則顯示液位及上下線報(bào)警指示，數(shù)字存儲(chǔ)器為EEPROM，停電時(shí)儀器內(nèi)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，超聲波明渠流量計(jì)還配有專門為石油、化工部門設(shè)計(jì)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(cè)量要求【防爆等級(jí)EX ia（d）iaⅡBT4】，特別適用于含油廢水的流量計(jì)量。

我們可以為用戶提供明渠流量計(jì)配套的巴歇兒槽、三角堰、矩形堰、顯示表頭，或?yàn)橛脩裘赓M(fèi)設(shè)計(jì)堰板尺寸，為了*大程度的保證儀表的測(cè)量精度、降低用戶調(diào)試的難度，請(qǐng)選擇本公司生產(chǎn)的堰槽（堰板）。

技術(shù)參數(shù)：

·測(cè)量精度：流速±0.5% 、水位±0.5% 、系統(tǒng)±1.5%

·功耗：LKW(一點(diǎn)測(cè)速)

·電源：DC12V/24V,AC220V

·測(cè)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(shí)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(zhì)：PVC、玻璃鋼、不銹鋼可選，流量越大，相應(yīng)增加壁厚。

注意事項(xiàng)

·巴歇爾槽的尺寸與渠道安裝有關(guān)，請(qǐng)用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況而定。

·巴歇爾槽的中線要與渠道的中線重合,使水流進(jìn)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(yīng)有大于5倍渠道寬的平直段，使水流能平穩(wěn)進(jìn)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(cè)壁、渠底連結(jié)要緊密，不能漏水，使水流全部流經(jīng)巴歇爾槽的計(jì)量部位，巴歇爾槽的計(jì)量部位是槽內(nèi)喉道段。

巴歇爾槽明渠流量計(jì)在線測(cè)量準(zhǔn)確度的試驗(yàn)與分析:

明渠流量計(jì)是利用明渠的水利特性，通過測(cè)量液體的液面高度，再經(jīng)過微處理器運(yùn)算得到流量值的一種用于明渠流量測(cè)量的儀表。明渠流量計(jì)中包含的各種堰槽，其中巴歇爾槽以其精度高、測(cè)量范圍廣、水頭損失小以及固態(tài)雜質(zhì)不易沉積等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。文章依據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了巴歇爾槽明渠流量計(jì)在線測(cè)量準(zhǔn)確度的試驗(yàn)，根據(jù)各個(gè)影響量的試驗(yàn)結(jié)果，分別對(duì)流量測(cè)量準(zhǔn)確度的因素進(jìn)行了評(píng)估和分析，初步得出了各影響量與帶來的測(cè)量誤差之間的關(guān)系。

1 測(cè)量誤差來源分析

1.1 結(jié)果影響因素分析

(1)巴歇爾槽的尺寸。若被測(cè)明渠流量計(jì)的尺寸符合JJG 711—1990明渠堰槽流量計(jì)中的附錄表9-2中的規(guī)定，則巴歇爾槽水位-流量的轉(zhuǎn)換符合以下關(guān)系[2,3,8]:

式中:b為喉道寬度，m;ha為實(shí)測(cè)水頭，m。

由此可知，由于被測(cè)巴歇爾槽明渠流量計(jì)的尺寸并不能*符合上文中所述的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。

(2)安裝要求。首先，巴歇爾槽中線應(yīng)與槽前行進(jìn)渠道中線重合;其次，行進(jìn)渠道長(zhǎng)度應(yīng)大于等于5倍行進(jìn)渠道寬度D;*后，上游進(jìn)口護(hù)底長(zhǎng)一般為4hmax;下游護(hù)底長(zhǎng)度為(6～8)hmax，其中hmax為*大水頭。

(3)觀測(cè)點(diǎn)要求。觀測(cè)點(diǎn)在進(jìn)口段La=2/3L1處，L1為進(jìn)口段邊墻的長(zhǎng)度。此外也可以設(shè)置靜水井，直接測(cè)量靜水井中水位[2,3,4,5,6,7]。

1.2 誤差來源總結(jié)

綜上所述，實(shí)際應(yīng)用中巴歇爾槽明渠流量計(jì)誤差來源總結(jié)如下。

(1)巴歇爾槽幾何尺寸。主要影響因素為喉道寬度和進(jìn)口、出口兩側(cè)邊墻與縱軸線夾角。

(2)實(shí)測(cè)液位準(zhǔn)確度。主要來源是儀器零點(diǎn)值的準(zhǔn)確度以及液位計(jì)測(cè)量的準(zhǔn)確度。

(3)液位測(cè)量重復(fù)性。該誤差主要是因水流不平穩(wěn)而導(dǎo)致，影響試驗(yàn)時(shí)重復(fù)測(cè)量讀數(shù)的穩(wěn)定性。經(jīng)前人研究可知在水流不平穩(wěn)的情況下安裝靜水井可有效提高讀數(shù)的穩(wěn)定性。

(4)觀測(cè)點(diǎn)。由于巴歇爾槽喉道段的底部相對(duì)于進(jìn)口段有相對(duì)的降低，因此會(huì)導(dǎo)致進(jìn)口段水頭的降低，而若觀測(cè)點(diǎn)位置與標(biāo)準(zhǔn)要求不符，則會(huì)導(dǎo)致液位測(cè)量產(chǎn)生誤差，從而影響*終結(jié)果。

(5)水位-流量轉(zhuǎn)換誤差。該誤差主要來自于二次儀表的轉(zhuǎn)換過程。流量計(jì)生產(chǎn)廠家在軟件系統(tǒng)進(jìn)行換算時(shí)，由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)精度不一的問題而造成流量計(jì)顯示值的誤差[1,7]。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)誤差來源分析和實(shí)際對(duì)使用中的Parshall槽調(diào)查的結(jié)果，設(shè)計(jì)了以下試驗(yàn)。

(1)喉道寬度試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)4號(hào)槽的喉道寬度為152 mm，根據(jù)調(diào)查結(jié)果可知，以4號(hào)槽喉道寬度152 mm為標(biāo)準(zhǔn)的被測(cè)槽喉道寬度范圍為*小141 mm，*大為161 mm。選取140～162 mm為試驗(yàn)范圍，以152 mm為中心，每4 mm一組，140、144、148、152、156、160、162 mm共7組試驗(yàn)，由于164 mm水槽不屬于4號(hào)槽所以該試驗(yàn)*大一組選擇了162 mm。

(2)行進(jìn)渠道試驗(yàn)。在過去的檢定數(shù)據(jù)中，對(duì)行進(jìn)渠道的寬度都進(jìn)行了測(cè)量及記錄，但由于大部分情況下行進(jìn)渠道過長(zhǎng)而不便測(cè)量，又明顯可知其長(zhǎng)度足夠提供槽內(nèi)測(cè)量的整流作用，所以并未記錄行進(jìn)渠道的長(zhǎng)度。因此根據(jù)JJG 711—1990中對(duì)行進(jìn)渠道長(zhǎng)度的規(guī)定:行進(jìn)渠道長(zhǎng)度應(yīng)大于等于5倍行進(jìn)渠道寬度(D)，即大于5D，所以可以對(duì)行進(jìn)渠道試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行選擇:6D、5D、4D、3D、2D共5組試驗(yàn)。

(3)觀測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)。JJG 711—1990中規(guī)定觀測(cè)點(diǎn)在進(jìn)口段La=2/3L1處，但在實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)在很多明渠流量計(jì)使用過程中，液位計(jì)的安裝位置都在1/2L1處，因此有必要對(duì)該種觀測(cè)位置的測(cè)量情況進(jìn)行分析，為了嘗試找出觀測(cè)位置的規(guī)律，所以選擇觀測(cè)點(diǎn)位置為1/3L1、1/2L1和2/3L1三組進(jìn)行試驗(yàn)。

(4)進(jìn)口夾角試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)4號(hào)槽的進(jìn)口夾角為11°，根據(jù)調(diào)查結(jié)果可知，以4號(hào)槽進(jìn)口夾角11°為標(biāo)準(zhǔn)的被測(cè)槽進(jìn)口夾角范圍為*小8°，*大為14°，但由于14°時(shí)翼墻長(zhǎng)度不滿足標(biāo)準(zhǔn)中要求，因此選取9°～13°為試驗(yàn)范圍，以11°為中心，每1°一組，9°、10°、11°、12°、13°共5組試驗(yàn)。

(5)出口夾角試驗(yàn)。同進(jìn)口夾角試驗(yàn)，選取9°～13°為試驗(yàn)范圍，以11°為中心，每1°一組，9°、10°、11°、12°、13°共5組試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)系統(tǒng)介紹

根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地的明渠檢校系統(tǒng)的情況在其之上設(shè)計(jì)本次試驗(yàn)的明渠流量計(jì)系統(tǒng)。本次試驗(yàn)將巴歇爾槽安裝于該明渠的尾部，巴歇爾槽配備凈水井，靜水井上配備液位計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)液位值。其次巴歇爾槽進(jìn)口段上方安裝對(duì)比用液位計(jì)直接測(cè)量槽內(nèi)液位作為對(duì)比液位值并配以其對(duì)應(yīng)的二次儀表?？刂剖业牧髁匡@示器作為標(biāo)準(zhǔn)流量值。圖1為試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析

3.1 喉道寬度試驗(yàn)

本系列試驗(yàn)每組試驗(yàn)取標(biāo)準(zhǔn)4號(hào)槽*大流量值的25%、50%、75%三個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行6次連續(xù)重復(fù)試驗(yàn)，為保證測(cè)得流量值的穩(wěn)定，每次重復(fù)試驗(yàn)待各個(gè)儀表讀數(shù)穩(wěn)定后再進(jìn)行為時(shí)3 min的持續(xù)試驗(yàn)，每分鐘記錄60個(gè)液位值或流量值。

每次重復(fù)試驗(yàn)記錄的原始數(shù)據(jù)均包括:磁致伸縮液位計(jì)液位;超聲波明渠流量計(jì)液位、超聲波明渠流量計(jì)瞬時(shí)流量以及超聲波明渠流量計(jì)累計(jì)流量;電磁流量計(jì)(標(biāo)準(zhǔn)表)脈沖信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)。根據(jù)JJG 771—1990標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的液位-流量轉(zhuǎn)換關(guān)系:

可將液位值轉(zhuǎn)換為瞬時(shí)流量，并積分計(jì)算出累計(jì)流量。超聲波明渠流量計(jì)的液位及瞬時(shí)流量、累計(jì)流量均由其專用的二次儀表進(jìn)行水位-流量轉(zhuǎn)換;電磁流量計(jì)的累計(jì)流量值為脈沖個(gè)數(shù)與儀表的脈沖當(dāng)量相乘的結(jié)果。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得出喉道寬度改變與其造成的磁致伸縮液位計(jì)的流量測(cè)量值誤差之間的函數(shù)關(guān)系:

式中:R2為擬合曲線的決定系數(shù);e'1Z為喉道寬度試驗(yàn)的轉(zhuǎn)換誤差;ed為喉道寬度的相對(duì)誤差;

喉道寬度改變與其造成的超聲波液位計(jì)的流量測(cè)量值誤差之間的函數(shù)關(guān)系:

式中:e″1S為喉道寬度試驗(yàn)中流量測(cè)量的綜合誤差。

3.2 行進(jìn)渠道試驗(yàn)

本系列試驗(yàn)與喉道寬度試驗(yàn)相同，共有5組對(duì)應(yīng)的行進(jìn)渠道試驗(yàn)，分別為6D、5D、4D、3D、2D(D為行進(jìn)渠道寬度)，采用與喉道寬度試驗(yàn)相同的預(yù)處理方式處理數(shù)據(jù)，得到行進(jìn)渠道試驗(yàn)各儀表累計(jì)流量值。由于行進(jìn)渠道長(zhǎng)度的改變會(huì)影響液面的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致液位測(cè)量的波動(dòng)，以至于流量測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差。靜水井可以將槽內(nèi)的波動(dòng)與靜水井隔離開，使靜水井內(nèi)的液面更加平穩(wěn)，提高了流量測(cè)量的準(zhǔn)確度。因此行進(jìn)渠道試驗(yàn)中僅比較磁致伸縮液位計(jì)測(cè)量結(jié)果與超聲波液位計(jì)測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性。

磁致伸縮液位計(jì)測(cè)量結(jié)果相較于電磁流量計(jì)流量的相對(duì)誤差與超聲波液位計(jì)測(cè)量結(jié)果相較于電磁流量計(jì)流量的相對(duì)誤差計(jì)算方式與喉道寬度相對(duì)誤差類似。由此可以得出行進(jìn)渠道試驗(yàn)相對(duì)誤差。

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合圖2可以看出，行進(jìn)渠道的長(zhǎng)度改變并未對(duì)安裝在靜水井內(nèi)的磁致伸縮液位計(jì)的測(cè)量結(jié)果造成較大影響，而直接測(cè)量槽內(nèi)液位的超聲波液位計(jì)的各次測(cè)量結(jié)果卻相差較大，因此行進(jìn)渠道的長(zhǎng)度會(huì)影響液面的穩(wěn)定性，影響重復(fù)測(cè)量的數(shù)據(jù)從而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。而由于行進(jìn)渠道前方的波動(dòng)情況不確定，因此需要根據(jù)具體情況具體分析。

4 試驗(yàn)結(jié)論

本研究通過試驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理得出了喉道寬度的改變量、進(jìn)口夾角角度的改變量以及出口夾角角度的改變量與測(cè)量誤差之間的函數(shù)關(guān)系。喉道寬度改變而引入的誤差遠(yuǎn)大于進(jìn)出口夾角改變而造成的誤差。而且進(jìn)口夾角的改變對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響比出口夾角所帶來的更大。其次，也比較了液面波動(dòng)導(dǎo)致的重復(fù)測(cè)量誤差對(duì)槽內(nèi)和靜水井內(nèi)測(cè)量結(jié)果的影響。行進(jìn)渠道的長(zhǎng)度會(huì)影響液面的穩(wěn)定性，使測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性降低從而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。靜水井的安裝可有效提高測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和減小因其他因素的改變而帶來的相對(duì)誤差。因此在渠道旁邊設(shè)置靜水井可以極大的提高流量測(cè)量的精度。但行進(jìn)渠道長(zhǎng)度對(duì)液面穩(wěn)定性的影響也根據(jù)渠道前水流狀況不同而有所改變，難以對(duì)其進(jìn)行定量分析，因此建議在水流穩(wěn)定性較差或行進(jìn)渠道長(zhǎng)度不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，安裝靜水井以保證測(cè)量精度。