明渠流量计的测量原理

明渠流量计是用于工矿企业渠道、管线供水和污水排放的流量测量仪表。是环境监测系统对污水排放总量控制和排污收费的必备工具。也可用于水源河流、农业水利灌溉方面的水量、制药和化工的液位测量等。为了加强对城市排水和企事业单位排水量的管理，需要有统一的排水流量测量方法。为此，参照国际标准ISO 4360-1984 堰槽明渠水流测量——三角形剖面堰等标准，我国制定了城市排水堰槽流量测量技术标准，包括：三角形薄壁堰测流、矩形薄壁堰测流等5种技术标准。

      在我国，明渠流量计大部分引进国外产品，比较昂贵。而国内生产的空气式明渠流量计，由于超声波被水面悬浮的泡沫所吸收，无反射回波，导致不能测量。本文作者设计的流量计使用沉人式传感器，特别适合于表面多泡沫和漂浮物的流量测量。且结构简单、价格低，在测量精度方面能够达到工业应用的要求。

      1测量原理

      超声波自补偿明渠流量计采用超声回波技术，通过测量标准流量堰（槽）的液位高度，由计算机运算得到流量。当被测液体介质通过流量槽（巴歇而槽）或堰（直角三角形缺口薄壁堰、矩形缺口薄壁堰、等宽箔壁堰等）形成自然流动时，以三角形薄壁堰测流为例（由我国制定的技术标准），三角形薄壁堰的形状见图1，图中，α为堰口角，（°）；h 为堰顶水头，m；P 为堰高，m；hmax，为堰顶最大水头，m；B 为行进渠道宽度，m；b 为堰口高度，m。

      堰口角的使用范围为α=20o～100o，常用堰口角α=90o。

      其流量Q与流量槽的水位h有如下关系

      式中Ce为流量系数；g为重力加速度，gn= 9.8 m/s2；he为有效水头，m。

      当图1中α=90o时，Ce值由图2查得。

      he值按下式计算

      he=h+Kh，

      式中h为堰顶水头，m；Kh为粘滞力和表面张力综合影响的校正值，m。当α=90o时，Kh为0.00085 m。

      当tg α/2 =1 时，流量公式转化为

      Q=2.3625 Ceh5/2，

      式中h为液位高度，m