01渗流量自动化监测-培训2

渗流量自动化监测

南京南瑞集团公司

2009年4月

1.用途

主要用于坝体、坝基、基岩等水工建筑物采用量水堰法进行渗流量观测的自动遥测仪器。

量水堰法适用于1L/S～300L/S范围内的渗流量观测。量水堰一般选用三角堰或矩形堰：三角堰适用于流量为1L/S～

70L/S的量测范围，而矩形堰适用于流量大于50L/S的情况。当渗流量小于1L/S时，可采用容积法观测。

通过安装自动化仪器测量量水堰的堰上水头后，通过水力学公式就可计算出渗漏水量。

为减少流量计算误差，量水堰的建造必须满足水力学的各项要求，如堰槽应采用矩形断面、表面需光滑平整、堰槽尺寸及堰板加工安装需规范、堰内水流平稳不得有淹没流、堰槽一般设在排水沟的直线段上、测量堰上水位的测量点需在堰板上游3～5倍堰上水头处等。

2.测量原理

在明渠设置标准化了的量水堰槽，并在规定位置测量水位，则流过堰槽的流量与水位成单值关系。根据相应流量公式或经验公式或用查表法由测出的水位值换算出流量值。

对于直角三角形缺口薄壁堰，有汤姆逊公式

qv=1.4h5/2

式中qv——流过堰板的流量；

h——水位。

另外，还有斯特里克兰公式。

当然，在计算机技术已广泛渗透到仪表中的今天，将ISO1438/1中的函数表格装入仪表中，采用查表和线性内插的方法得到的流量值，更能同标准保持一致。

3.测量仪器

国内常用的测量堰上水头的传感器有多种，这里主要介绍NVWG型振弦式精密量水堰仪和RL型电容式量水堰渗流量仪。

3.1 RL型电容式量水堰渗流量仪

RL型电容式量水堰渗流量仪的结构及工作原理见图1。通过测量堰上水位变位而求得流量。依据堰形要求，在堰板前（3～5）H处引一水管，通过接头接入量水堰仪的容器内。量水堰仪在其主体的上、下位置安装有二只圆筒，在主体容器内浮子中装有一中间极，当堰上水位变化时，则浮子带动中间极在二只圆筒板中差动变化，则通过检测差动电容C1和C1的比值，即可测得水位的变化。

对直角三角堰：Q＝1.4H5/2

设计者可以依据工程具体情况选择各种堰型，Q与H间的关系可由试验率定而得。

RL型电容式量水堰渗流量仪主要性能指标（1）量程：100mm水柱

（2）最小读数；0.2mm水柱

（3）综合精度：±0.1mm～±0.2mm （4）长期稳定性：＜0.05％FS/年

RL型电容式量水堰渗流量的观测

电容感应式传感器测出的堰上水头变化为：

ΔH ＝（Z i －Z 0）K f （Z i －Z0）为首次电容比输出与本次电容比之差。

K f 传感器分辩率mm/字

则：H ＝H 0十ΔH

H 0：首次测堰上水位，可用水位测针测量

H为本次堰上水位。

而：Q=C•H n

上式中系数n取决于堰口形状，流量系数C是由水力学实验求得的常数，将上述公式编程，检测装置只要测量Z i 即可求出i时的流量Q j

RL型电容式量水堰渗流量仪性能特点

（1）采用差动电容感应原理，结构简单，响应快，传感器温度系数小，测量精度高，运行可靠，与步进马达比较无传动机构锈蚀，卡死问题，与微压传感器相比无零飘、时飘误差。

（2）适应环境能力强，能在相对湿度100％的环境里长期稳定地工作。

（3）通用性好，与变形单元采用同一检测控制单元，使用维护方便。

RL型电容式量水堰渗流量仪现场安装、调试

各个工程依据具体流量情况选择堰形，堰形选定后，按布设位置，在堰板前（3~5）H处(H为堰上水头)用一水管将水头引入量水堰水位计中。

RL型电容式量水堰渗流量仪的安装尺寸如图2所示。土建施工时即将安装底座按要求埋入、调平。待混凝土固化后，将量水堰堰渗流量仪安装在底座上，用水管接通堰上水位，调整初始位置之后，用水准调平仪器。最后用三芯屏蔽电缆将量水堰堰渗流量仪与专用数据采集模块相连接，即可构成完整的测量系统

3.2 NVWG型振弦式精密量水堰仪NVWG系列振弦式精密量水堰仪主要由顶盖、振弦式感应部件、浮筒、热敏电阻、连通管、安装调节支架、电缆及密封组件等组成，见图3。连通管用于将被测对象的水引入仪器

圆筒内，使圆筒内的水面与被测对象的水面一致。

图3 NVWG系列振弦式精密量水堰仪

NVWG型振弦式精密量水堰仪测量原理通过仪器下部的连通管将监测对象的水引入仪器圆筒内，仪器中悬挂的圆柱不锈钢浮筒浸在水中，当水位计水位变化时，浮筒所受的水浮力发生变化引起感应部件钢弦的应力发生变化，从而改变钢弦的振动频率。测量时利用电磁线圈激拨钢弦并量测其振动频率，频率信号经电缆传输至频率读数装置或数据采集系统，再经换算即可得到水位的变化量。同时由仪器中的热敏电阻可同步测出仪器安装点的温度值。

NVWG型振弦式精密量水堰仪测量原理

振弦式仪器的量测量采用频率模数F来度量，其定义为：

式中f为振弦式仪器中钢丝的自振频率。

NVWG系列振弦式精密量水堰仪感应的水位与频率模数和温度的关系如下：F=f2/1000 式中f为振弦式仪器中钢丝的自振频率。

NVWG系列振弦式精密量水堰仪感应的水位与频率模数和温度的关系如下：ΔH＝KΔF ＋b Δt

式中：ΔH —水位变化量（mm），上升为正；

k —水堰仪最小读数（mm/ kHz2），由厂家所附卡片给出；

ΔF —频率模数输出值相对于基准值的变化量；

b —水堰仪的温度修正系数（mm/ ºC），由厂家所附卡片给出；

Δt —温度相对于基准值的变化量，温度升高为正，降低为负，单位ºC。如需要得到更高的拟合精度，也可以采用非线性拟合公式计算：

式中a、b、c为非线性拟合系数，由厂家所附卡片给出。