明渠测量与全渠宽励磁线圈明渠流量计

    1.电磁流速一水位运算法明渠流量测量系统
    对矩形、梯形等断面的明渠，利用水位测量可以求出水流的截面积。把一台或几台电磁流速计安装在水路中，预先测量出流速计得到的流速值和整个渠道的平均流速之间的流速分布修正系数及水深变化对流速的修正值，然后将渠宽、水深、平均流速修正系数和流速计所测量的流速值由计算机做乘法运算即可求出流量，如图3一60为测量的原理框图。
明渠中大多是紊流的流速分布状态，沿其铅垂线的速度分布情况和圆管道紊流速度分布的一半基本是一样。按指数方程(I一21)E(0, h)范围内积分，除以渠深h，得到垂线的平均流速，并可求得垂线流速分布系数

            II3一60电磁流速一水位明渠流量测量框图
    明渠断面水平的流速分布与圆管道相同。对(1一21)式，在(-B/2，+B/2)范围内积分除以渠宽B.便得到水平线平均流速。同样可求得水平流速分布系数k2} k是面流速分布系数。

 

    明渠的n值大约在4一8,所以，k1, k2在0.8一0.88左右，k在0.64-0.8左右。也可用(1一21)式求出平均流速点大约在0.6倍水深和0.2倍渠宽水平的坐标位置上，这与标准的水力测流的明渠一点法相一致。还必须考虑到，一般流速计是固定安装在渠道中，由于渠道的水位变化，流量测量必须对流速计所处的水深进行修正。
    把电磁流速计测量的点流速、流速修正系数和压阻式、超声式或电容式水位计测量的水位信号以及渠宽的数值输人单片机.通过运算可以求得流量值。本测量系统具有不存在水头损失.渠道修整容易，成本低的优点，但是系数的验证和测试比较麻烦。
    2.全渠宽线圈电磁流量测量系统
尽管当年法拉第测量河水流速的实验失败了.但它一直激发人们去研究利用电磁法测量河水流速，总结失败主要原因在于地磁场产生直流电势引起的极化干扰大、输出阻抗高等问题。利用交流励磁和现代电子技术、计算机技术，这种设想已经成为现实。图3-61所示的全渠宽线圈明渠电磁流量测量系统是英国人进行的明渠、暗集或河道流量测量系统的研究方案，这种方法已被ISO标准(ISO 4213)认可。

               
图3一61全渠宽明渠电磁流计测量法

    全渠宽线圈电磁流量测量系统方法的工作原理是通过埋在河床中或跨越在明渠上方的线圈产生一垂直磁场，用塑料薄膜将渠道中的水与渠底和两岸绝缘。水流动时，可测量出与渠道两岸平行的电极板之间电位差，按权重函数理论的解释，电极板上的电位差是过水断面所有质点电位的集合。所以，测量的流速是断面的流速平均值，即渠道中的平均流速。然后再把平均流速乘以渠道断面积，即可得到渠道的流量。渠道的断面积是水位的函数，可以
利用超声水位计、压力式水位计等仪表随时计算出渠道断面积。
    全渠宽线圈电磁流量测系统与电磁流速一水位运算法、超声波流速明渠侧量法相比.前者是直接得到断面平均流速，后者得到的是线平均流速和点平均流速。显然比较起来，全渠宽线圈电磁流明渠侧系统的测量精确度要高。