浮力式明渠流量计的研究

　　1引言

　　在工厂及城市污水排放、污水处理厂的某些生产环节和农田水利灌溉等场合，水流多是处于明渠的形式或不满管流动状态。对其流量的测量无法使用常规的流量仪表。随着人们对水资源合理利用意识的提高和日益增长的污水处理的需要，渠用流量计的研究与生产也越来越得到重视。

　　Flow Measuremnt and Instrumentation为明渠流量测量出版了专辑〔1〕。国际标准化组织ISO设有专门的明渠流体流量技术委员会。在国内，渠用流量计也开始受到人们的关注，已经有若干单位正在研究渠用流量计，并已有一些产品应用于生产过程之中，确实解决了一些实际问题。但是，明渠流量测量装置要扩大应用面、增强适应性还有许多基础性的工作要做。本文将介绍作者在明渠流量测量方面的初步研究成果及下一步研究计划。

　　2明渠流量测量原理及流量计算

　　流体在管道中流动通常都是充满管道的。因此，对充满管道的流体流动进行流量测量时，管内流体的流动形态—流形，通常被认为是“轴对称”的。常规流量测量方法绝大多数都是基于这一“轴对称”的前提下得到的。而流体在明渠中流动却根本无法满足“轴对称”这一前提。于是，常规流量测量方法无法适用于明渠流量的测量。

　　对明渠流量的测量方法主要有直接法和间接法两大类。直接法是对明渠中流体的某些质点的运动速度进行测量，找出这些质点的运动速度与流体在明渠中的平均流速之间的关系，以及明渠的横截面积，进而得到通过明渠的流量;直接法由于很难找出某些质点的运动速度与流体在明渠中的平均流速之间的对应关系，因此很少被采用。间接法是在明渠中安装量水器具，使之对明渠中的被测流体形成约束阻力，从而在量水器具的上、下游形成与明渠横截面上平均流速有关的液位差。如果能够保证量水器具下游出口处的液位不变(只要使下游液位不高于量水器具下游出口即可)，则量水器具的上游液位即可反映明渠横截面上的平均流速。找出其对应关系，用测量量水器具上游液位的方法即可得到明渠横截面上的平均流速，进而达到明渠流量测量的目的。间接法在明渠流量测量中应用比较广泛，是研究的对象。

　　明渠流量计由量水器具、液位传感器和显示仪表组成。前两部分安装于测量现场，通过电缆将信号传输给安装在控制室内的显示仪表，也可以将显示仪表安装在现场构成就地显示型仪表。

　　间接法所用的量水器具分为堰式和槽式两大类。堰式量水器具最常用的是图1所示的三角堰和矩形堰，将其插入明渠之中即可使用。堰的上游侧特定点处的水位h与瞬时流量9有确定的对应关系:h=f(q),只要测出该点的水位h即可求出流量Q.