非接觸式明渠污水流量計(jì)

超聲波明渠流量計(jì)采用超聲波以非接觸的方式測量明渠堰槽內(nèi)的水位高度，再由微處理機(jī)自動計(jì)算出對應(yīng)的流量值，測流量時(shí)，液晶顯示瞬時(shí)流量及累計(jì)流量，測液位時(shí)則顯示液位及上下線報(bào)警指示，數(shù)字存儲器為EEPROM，停電時(shí)儀器內(nèi)數(shù)據(jù)不會丟失，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)污水流量的測量要求【防爆等級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量精度、降低用戶調(diào)試的難度，請選擇本公司生產(chǎn)的堰槽（堰板）。

一體型超聲波明渠流量計(jì) 分體型超聲波明渠流量計(jì)

技術(shù)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(diǎn)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(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)，請用戶根據(jù)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(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。

2.三角堰

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)

·三角口處的尺寸準(zhǔn)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(jù)現(xiàn)場情況而定。

3.矩形槽

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)

·矩形口處的尺寸要準(zhǔn)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(jù)現(xiàn)場情況而定。

影響超聲波明渠流量計(jì)流量測量準(zhǔn)確度的主要因素：

通過對標(biāo)準(zhǔn)巴歇爾槽明渠流量計(jì)流量計(jì)算數(shù)學(xué)模型的分析，總結(jié)出污水在線監(jiān)測系統(tǒng)中影響流量測量準(zhǔn)確度的5項(xiàng)主要因素，并對各項(xiàng)因素進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)分析，根據(jù)現(xiàn)場檢定明渠污水流量計(jì)的大量樣本數(shù)據(jù)，做出一定的研究分析，為進(jìn)一步準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)污水流量在線監(jiān)測打下了一定的基礎(chǔ)。

1 污水流量測量

1.1 原理及組成
由于排污口標(biāo)準(zhǔn)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(jì)為流量計(jì)量的主要方式。堰槽式明渠流量計(jì)的 原理是在明渠中設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系，根據(jù)相應(yīng)流量公式或經(jīng)驗(yàn)關(guān) 系式，將測出的水位值換算成流量值。流量計(jì)由標(biāo)準(zhǔn)量水堰槽和液位流量轉(zhuǎn)換儀表（二次儀表）所組成。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，本次試驗(yàn)污水流量自動監(jiān)測系統(tǒng)共計(jì)338臺堰槽式明渠流量計(jì)。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(biāo)準(zhǔn)巴歇爾槽明渠流量計(jì)為例進(jìn)行分析。
1.2 標(biāo)準(zhǔn)巴歇爾槽明渠流量計(jì)算的數(shù)學(xué)模型
標(biāo)準(zhǔn)巴歇爾槽流量Q按下式計(jì)算：
式中：C為流量系數(shù)；b為喉道寬度，m；ha為實(shí)測液位，m。
由標(biāo)準(zhǔn)巴歇爾槽明渠流量計(jì)的基本原理和流量計(jì)算公式可知，流量測量的準(zhǔn)確度直接依賴于流量系數(shù)C的準(zhǔn)確度、喉道寬度測量的準(zhǔn)確度和實(shí)測液位的準(zhǔn)確 度。其中，實(shí)測液位的準(zhǔn)確度評估又包含三個因素的影響：液位計(jì)測量的準(zhǔn)確度、測量液位計(jì)零點(diǎn)的儀器的測量準(zhǔn)確度和液面的擾動情況。
2.現(xiàn)場流量測量準(zhǔn)確度的影響因素
通過上述分析，我們可以總結(jié)出基于明渠流量計(jì)的污水在線監(jiān)測系統(tǒng)中，影響流量測量準(zhǔn)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(zhǔn)確度；
2）實(shí)測液位的準(zhǔn)確度，主要取決于液位計(jì)測量的準(zhǔn)確度和測量液位計(jì)零點(diǎn)的儀器的測量準(zhǔn)確度；
3）液位測量的重復(fù)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(zhǔn)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(zhǔn)確度；
5）水位－流量轉(zhuǎn)換誤差，由流量計(jì)二次儀表的軟件產(chǎn)生。由于各種堰槽明渠流量計(jì)的流量計(jì)算公式涉及多個參數(shù)，流量計(jì)生產(chǎn) 廠家在軟件系統(tǒng)進(jìn)行換算時(shí)，各個參數(shù)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)尺寸范圍以數(shù)據(jù)庫函數(shù)的方式進(jìn)行存儲，由于存儲空間的限制造成無法足夠精卻的設(shè)置參數(shù)，因此造成流量計(jì) 顯示值的誤差。
2.1 堰槽的類型
HL-602明渠流量計(jì)在進(jìn)行堰槽選擇時(shí)，現(xiàn)場主要考慮流量范圍和設(shè)計(jì)施工難度等因素。根據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG771－1990《明渠堰槽流量計(jì)試行檢定規(guī)程》和各種類型堰槽的相關(guān)ISO標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)上并無高下之分。在綜合考慮流量適用范 圍和現(xiàn)場設(shè)計(jì)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(diǎn)是制作方便，安裝簡單，缺點(diǎn)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(zhǔn)確度。巴歇爾槽的優(yōu)點(diǎn)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(fù)雜。
2.2 液位測量的準(zhǔn)確度
蘇州華陸儀表超聲波明渠流量計(jì)中的實(shí)際液位測量涉及液位計(jì)零點(diǎn)（即液位零點(diǎn)）和液位計(jì)測量精度等兩個方面，早期的浮子式液位計(jì)由于測量精度太低已經(jīng)被淘汰，壓力式液位 計(jì)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(jì)。超聲波測液位為非接觸式測量，可以不受液體性質(zhì)的影響，但液體表面浮沫和固體 漂浮物較多時(shí)也會受到影響。
本次試驗(yàn)的明渠流量計(jì)全部采用的超聲波液位計(jì)，廠家標(biāo)稱的測量精度為不大于3mm，滿足環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T15－2007《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求超聲波明渠污水流量計(jì)》中對液位測量誤差的要求。但實(shí)際測量結(jié)果卻相差很大，具體數(shù)據(jù)如圖所示。
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場使用的超聲波液位計(jì)問題很多。零點(diǎn)不準(zhǔn)的原因主要在于液位計(jì)安裝時(shí)沒有做好零點(diǎn)的設(shè)置和校準(zhǔn)。水位超差的原因一部分在于液位計(jì)安裝后沒有做好現(xiàn)場校準(zhǔn)，另一部分在于液位計(jì)使用過程中傳感器探頭老化，測量精度不達(dá)標(biāo)。
2.3 液位測量的重復(fù)性
HL-602明渠流量計(jì)液位測量的重復(fù)性主要取決于液面的穩(wěn)定程度。液面平穩(wěn)時(shí)，液位測量的重復(fù)性就容易達(dá)標(biāo); 反之，水流不平穩(wěn)，有大量漩渦、波浪、泡沫時(shí)，液位測量的重復(fù)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(jì)安裝位置前端的行進(jìn)渠道長度不滿足要求。根據(jù)規(guī)程要求，巴歇爾槽的安裝條件為前端順直行進(jìn)渠道長度應(yīng)不小于 5 倍的行進(jìn)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(jìn)渠道進(jìn)行整流，造成流量計(jì)處的流場條件十分惡劣，無法滿足明渠流量計(jì)的正常使用。
針對這種情況，有兩種方式可以進(jìn)行改善。一種方式為：在流量計(jì)的前端增加整流格柵，減小水流的波動，但通過現(xiàn)場試驗(yàn)觀察，效果有限; 另一種方式為：在渠道旁邊設(shè)置一靜水井，由連通管與渠道水流相通，靜水井底應(yīng)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(yīng)大于預(yù)計(jì)*高水位300mm，這樣靜水井內(nèi)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(jìn)行了隔離，同時(shí)也能大大減少水面的泡沫?，F(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)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(fù)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(jié)果準(zhǔn)確度的影響主要有兩個方面: 一是改變了流量計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，造成流量計(jì)二次儀表計(jì)算的顯示值產(chǎn)生誤差，這種影響我們通過兩個實(shí)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(jīng)過堰槽時(shí)的水位，從而對液位的測量產(chǎn)生附加誤差。
造成堰槽幾何尺寸誤差的原因有三點(diǎn): 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(shí)物與設(shè)計(jì)尺寸產(chǎn)生誤差; 二是安裝技術(shù)問題，一些流量計(jì)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(jīng)驗(yàn)和溫度原因影響，造成堰板和槽體受渠壁擠壓產(chǎn)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(jì)，為了適應(yīng)渠道，只能將標(biāo)準(zhǔn)的堰板或槽體進(jìn)行改造，造成幾何尺寸的偏差。
2.5 水位－流量轉(zhuǎn)換誤差
水位－流量轉(zhuǎn)換誤差直接影響流量計(jì)的顯示值，其產(chǎn)生的主要原因?yàn)? 明渠流量計(jì)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(zhuǎn)換為流量值。由于明渠流量計(jì)的數(shù)學(xué)模型都比較復(fù)雜，儀表一般使用查表法把液位轉(zhuǎn)換成流量。即每測到一個液位，到存儲器內(nèi)找對應(yīng)液位點(diǎn)的流量替代。如果測到的液位在水位流量表中兩點(diǎn)液位之間，用線性插值法算出對應(yīng)的流量。因此，設(shè)置水位－流量表的點(diǎn)數(shù)越多，轉(zhuǎn)換精度越高。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，取兩個主要廠家軟件數(shù)據(jù)庫內(nèi)的水位－流量表進(jìn)行驗(yàn)證，具體數(shù)據(jù)如圖4所示。通過圖4可以看出:廠家一的軟件設(shè)置為30點(diǎn)對照，且液位點(diǎn)均勻分布，而廠家二設(shè)置為10點(diǎn)，不均勻分布，則廠家一顯示的水位流量轉(zhuǎn)換誤差明顯小于廠家二。
3.結(jié)論
污水流量監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，受到多方面因素的影響，在配套設(shè)施方面，需要保證行進(jìn)渠道的長度，正確設(shè)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(yīng)精度要求; 在二次儀表方面，需要正確的進(jìn)行軟件數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，通過這些才能保證流量監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效。

通過上述分析，我們看到實(shí)現(xiàn)污水流量監(jiān)測的堰槽式明渠流量計(jì)，不僅僅是一個計(jì)量器具，而且作為一個計(jì)量系統(tǒng)牽涉到選型、設(shè)計(jì)、加工、建筑、安裝、調(diào)試和設(shè)置，一旦建造成型，出現(xiàn)誤差后很難從根本上進(jìn)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(jīng)常維護(hù)。因此，作為強(qiáng)制檢定的涉及環(huán)境保護(hù)的計(jì)量器具，我們計(jì)量部門不僅要按時(shí)周期檢定，更應(yīng)該積極參與到環(huán)境監(jiān)測部門對自動監(jiān)測設(shè)備驗(yàn)收和日常核查等技術(shù)文件的制定中，從而保證環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)、準(zhǔn)確和有效，為實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)，減少污染做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。