Đo lưu lượng kênh hở bằng đập tràn và máng đo

Đo lưu lượng kênh hở bằng đập tràn và máng đo

Cảm biến mức kênh hở đo cột nước; quan hệ đặc tính đã được xác nhận của phần tử đo sơ cấp quy đổi giá trị đó sang lưu lượng. Sai số cột nước bị khuếch đại theo độ dốc của quan hệ này. Độ không đảm bảo tổng còn gồm hình học đập tràn hoặc máng đo, hệ số, điều kiện dòng tới và khảo sát mốc cao độ.

Công thức quyết định độ nhạy với sai số

Với đập tràn khe V 90° trong điều kiện chảy tự do, công thức xấp xỉ minh họa theo SI là:

Q = 1.38 × h^2.5 (Q tính bằng m³/s, h bằng mét). Hệ số này là giả định minh họa, không phải quan hệ dùng chung; sử dụng phương trình hoặc hiệu chuẩn được phê duyệt cho đúng khe tràn và bố trí lắp.

Quan hệ đặc tính của đập tràn chữ nhật và máng đo cũng phụ thuộc hình học chính xác cùng điều kiện thủy lực. Xấp xỉ đơn giản cho đập tràn chữ nhật có thể dùng số mũ cột nước gần 1.5, nhưng phải xác lập hệ số và hiệu chỉnh co hẹp. Với quan hệ Q = C × h^n, độ nhạy bậc nhất đối với sai số cột nước nhỏ là:

ΔQ/Q ≈ n × (Δh/h)

Trong đó n là số mũ. Sai số cột nước 1% khi n = 2.5 tạo sai số lưu lượng 2.5%.

Ví dụ tính toán. Đập tràn khe V 90° có h = 0.20 m: Q = 1.38 × 0.2^2.5 = 1.38 × 0.0179 ≈ 0.0247 m³/s ≈ 89 m³/h. Sai số mức 10 mm, dễ phát sinh do thước đặt sai, lớp bọt hoặc cảm biến chưa hiệu chuẩn, cho ΔQ/Q = 2.5 × (0.01/0.2) = 12.5%, tức lưu lượng không có thật 11 m³/h. Tại h = 0.40 m, cùng sai số 10 mm chỉ tương ứng 6.25%. Bài học nằm ở bản chất hệ đo: hệ đập tràn mất độ chính xác đúng trong dải lưu lượng thấp thường quan trọng nhất đối với báo cáo tuân thủ môi trường.

Phải đo cột nước ở vùng nước tĩnh, đúng vị trí

Công thức giả định cột nước là mức ở thượng lưu thiết bị, được đo trong vùng mặt nước yên tĩnh và có tính đại diện:

Vị trí: ở thượng lưu đường hạ thấp mặt nước; với khe V, tại trạm đo cột nước được quy định; với khe V 90° truyền thống co hẹp hoàn toàn, cách về thượng lưu ít nhất bốn lần cột nước tối đa và không bao giờ đặt trong vùng nước lao xuống gần khe.

Làm tĩnh: bố trí đoạn dòng tới phù hợp hoặc biện pháp làm tĩnh được phê duyệt mà không làm sai điều kiện thủy lực của phần tử sơ cấp. Gợn sóng tăng phân tán; radar không phải lúc nào cũng đọc đỉnh sóng. Xác nhận cột nước trung bình theo thời gian và đáp ứng thiết bị.

Điểm không: là cao độ đỉnh tràn hoặc đáy máng đo, phải khảo sát thực tế chứ không mặc định từ bản vẽ. Sai điểm không 5 mm gây sai lệch lưu lượng có hệ thống, luôn hiện diện ở mọi cột nước.

Radar không tiếp xúc hoặc thiết bị siêu âm tránh dùng cảm biến nhúng nhưng cần gá cứng và đường đo thông thoáng. Giá đỡ dịch chuyển 3 mm có thể thành sai số cột nước trực tiếp. Cảm biến áp suất bổ sung giả định về khối lượng riêng và có thể chịu ảnh hưởng bùn lắng, bám bẩn hoặc lỗ áp suất tắc; vật liệu lắng không tự động được cộng vào cột nước theo toàn bộ khối lượng riêng của nó.

Chảy tự do là điều kiện phải đạt, không phải điều mong đợi

Quan hệ chảy tự do chỉ đúng trong các điều kiện thủy lực quy định. Với đập tràn, xác nhận thông khí phía dưới màn nước và giới hạn mực nước hạ lưu; với máng đo, kiểm tra giới hạn ngập theo kích thước cụ thể và các trạm đo cột nước. Một số thiết kế có hiệu chỉnh cho dòng bị ngập nhưng không thể dùng thay thế lẫn nhau với quan hệ chảy tự do.

Nếu nước có thể dềnh ngược do thủy triều, vận hành cửa van hoặc bão, hãy đo thêm cột nước hạ lưu và hiệu chỉnh ngập, hoặc chọn nguyên lý đo khác. Áp dụng công thức trong điều kiện ngập sẽ âm thầm cho những con số sai có vẻ đáng tin.

Chọn giữa đập tràn và máng đo

Chọn phần tử sơ cấp theo dải lưu lượng, tổn thất cột nước, chất rắn, nước hạ lưu và phương pháp báo cáo áp dụng. Khe V có thể hữu ích cho lưu lượng nhỏ, sạch; máng đo phù hợp có thể cho chất rắn đi qua tốt hơn, nhưng không thiết kế nào hoàn toàn miễn bảo trì.

Câu hỏi từ dự án kênh hở

Câu1. Có thể đặt cảm biến mức ngay trên đập tràn không?

Không. Cảm biến phải ở thượng lưu tại vị trí làm tĩnh quy định, hoặc đo qua giếng tĩnh nối với kênh. Trên khe tràn, nó đo vùng mặt nước hạ thấp, đúng điều công thức không cho phép.

Câu2. Cảm biến radar có đủ chính xác không?

Có radar đạt mức milimét, nhưng lắp đặt và khảo sát điểm không thường chi phối kết quả. Tính độ cứng gá lắp và mốc cao độ đã khảo sát vào dự toán sai số trước khi chọn thông số cảm biến.

Câu3. Với lưu lượng rất thấp thì sao?

Gần giới hạn dưới của quan hệ đặc tính, sức căng bề mặt, dạng màn nước và độ không đảm bảo cột nước trở nên quan trọng. Dùng cột nước tối thiểu đã xác nhận cho đúng khe và hình học dòng tới. Có thể cần góc khe hoặc phần tử sơ cấp khác; không tuyên bố phép đo lưu lượng đạt chất lượng báo cáo tuân thủ dưới dải đã xác nhận.

Hướng dẫn kỹ thuật liên quan

• Độ chính xác bộ truyền mức radar: Những điều con số trên bảng dữ liệu không cho biết
• Tín hiệu đầu ra bộ truyền mức radar: Chọn loại phù hợp

Trao đổi ứng dụng đo lường của bạn với METRAVON

Tài liệu kỹ thuật tham khảo

• Cục Khai hoang Hoa Kỳ (US): Điều kiện cho đập tràn khe V