流量測(cè)量尤其是明渠便攜式測(cè)量一直困擾著工業(yè)、市政、水利等領(lǐng)域。盡管許多先進(jìn)技術(shù)在流量測(cè)量領(lǐng)域中有較廣泛的應(yīng)用與業(yè)績(jī)。但在上述測(cè)量方面仍進(jìn)展不大，也缺乏創(chuàng)新。近年來(lái)，國(guó)外成功研制出的雷達(dá)式流量、計(jì)電磁流速與液位復(fù)合型傳感器、便攜式電磁流量計(jì)等專利產(chǎn)品，能較好地解決明渠流量測(cè)量問(wèn)題。
明渠流量檢測(cè)作為流量測(cè)量的一大分支，已廣泛應(yīng)用于給排水、污水處理等行業(yè)。它有自身的特點(diǎn)，以污水為例，水處理廠大都在市區(qū)。建筑面積有限。難以滿足直渠道前10D，后5D的要求。污水尤其是未經(jīng)處理的原生污水有腐蝕性，而且含有大量雜物。如泥沙、木片、塑料薄膜等漂浮物；測(cè)量范圍大，下雨與晴天、排水高峰與低谷時(shí)的流量差異大，均造成測(cè)量上的困難。因此，應(yīng)針對(duì)不同的測(cè)量對(duì)象與要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境條件與經(jīng)濟(jì)狀況等，對(duì)明渠流量測(cè)量方法的適用性可靠性準(zhǔn)確性經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行評(píng)價(jià)比較、考察、選型，采用那些新的革命性的測(cè)量技術(shù)往往能獲得豐厚的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益回報(bào)。
一、傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)與方法
1、堰式流量計(jì)
在明渠中途或末端設(shè)置上部有規(guī)則缺口的板，流體受阻后在上游形成一個(gè)自由表面，水流依靠重力越堰而下，當(dāng)堰口流出的流量等于渠道中的流量時(shí)，水位便穩(wěn)定在某一高度，并由此可測(cè)出渠道中的流量。堰式流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單加工方便的特點(diǎn)，但應(yīng)用極少。原因在于：（1）壓力損失較大，且只宜用于窄渠固體雜質(zhì)少或無(wú)沉積物的流體流量檢測(cè)，否則堰前易沉積雜物，要定期清理。一般情況下，半個(gè)月須清除堰板開口邊緣和變送器膜盒上的結(jié)晶、結(jié)垢等。（2）雖部分堰已標(biāo)準(zhǔn)化，但原理是非線性的。比例堰可實(shí)現(xiàn)線性化但未能標(biāo)準(zhǔn)化，缺乏設(shè)計(jì)的必要數(shù)據(jù)。目前只能參考薄壁堰的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO1438/1），而且國(guó)內(nèi)尚無(wú)專業(yè)廠家批量制造。（3）小流量時(shí)，溢流水舌易附著堰的外側(cè)造成誤差。（4）安裝調(diào)整較復(fù)雜：下游水位高時(shí)，溢流水形成淹沒(méi)狀態(tài)，影響測(cè)量。因此安裝的出口側(cè)要有足夠的排瀉能力：入口側(cè)也應(yīng)略高于堰槽的水頭，以克服沿程阻力；安裝后堰板開孔下緣要調(diào)整水平。
2、槽式流量計(jì)
帕歇爾水槽與文丘利管相似，由收縮部、喉口部和擴(kuò)大部組成。水流在喉口部加速，同時(shí)，其上游水位抬高，測(cè)量喉口部與其上游水位差即可推導(dǎo)出流量。國(guó)內(nèi)從90年代開始研制并應(yīng)用超聲明渠流量計(jì)。即：文丘利槽+超聲波液位計(jì)+微機(jī)化儀表的整套裝置。這種流量計(jì)具有以下特點(diǎn)：水頭損失相對(duì)較小，流量范圍較大；水路傾斜度和粗糙度對(duì)流量系數(shù)影響較小；水中固態(tài)物質(zhì)幾乎不沉積，隨水流排泄；流體的速度和下游水位對(duì)測(cè)量精確度的影響較小。但存在以下缺點(diǎn)：（1）若流量擴(kuò)大造成測(cè)流水槽溢流時(shí)，需重新設(shè)計(jì)制作，僅加高P槽不能滿足測(cè)量精確度的要求（ASME標(biāo)準(zhǔn)中，P槽已有定型尺寸）；（2）水路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝空間大，土建施工與改造費(fèi)用很高，上游直渠段要求為10倍以上喉口寬；（3）安裝時(shí)水槽高度很重要。太高了上游水位上漲時(shí)會(huì)造成溢流；太低了下游水位會(huì)影響測(cè)量。
3、潛水型電磁流量計(jì)
在水渠中間安裝一塊隔板，在水下安裝潛水型電磁傳感器，利用帶有喇叭口的孔迫使流體只能從傳感器中流出。其流體流動(dòng)狀況屬于淹沒(méi)孔口流。其流出速度由上下游兩側(cè)的液位差來(lái)決定的。
潛水型電磁流量計(jì)采用PVC塑料制成。重量輕、耐含酸或含堿等污水的腐蝕；比堰式水頭損失?。ㄌЦ咚粸?00~300mm）；大流量時(shí)。為降低儀表費(fèi)用，可并用若干個(gè)幾何尺寸、形狀與傳感器相同的分流空管；要求直渠道相對(duì)較短（一般為3倍渠寬），可在任意形狀水路安裝；由于流量計(jì)采用的是連通的孔流，因而，流量計(jì)下游水位變化對(duì)測(cè)量無(wú)影響，特別適用于在易漲水的河口和有潮汐的?？诎惭b。但工業(yè)應(yīng)用不多，緣由在于：（1）安裝較麻煩，而且要求傳感器與分流模型安裝位置應(yīng)盡可能低。（2）因降雨等流量增加時(shí)就會(huì)使其溢流或者打開閘門泄流；相反地，若流量過(guò)小，上游水位不能滿過(guò)傳感器上游端時(shí)就要把水渠底部往下挖深再安裝傳感器。或者在下游側(cè)安裝堰板使其經(jīng)常處于滿水狀態(tài)。因此不宜用在水位變化大的場(chǎng)合。
4、其他方法
流速-面積法可應(yīng)用在水位變化不大的情況下，把流速探頭固定在能給出平均流速的水深附近，測(cè)量該位置的流速。優(yōu)點(diǎn)是水頭損失小，可選的流速測(cè)量?jī)x表種類多但要獲得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)對(duì)下列問(wèn)題進(jìn)行必要的研究與解決：（1）必須預(yù)先用實(shí)驗(yàn)方法求出取決于水位變化的平均流速與測(cè)量流量之比，把這個(gè)值通過(guò)線性插入法來(lái)修正測(cè)量的流速值才能以真平均流速輸出。（2）要穩(wěn)定地測(cè)量平均流速則應(yīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的直渠段。故只適用于水路條件平直、流量變動(dòng)小的大流量測(cè)量場(chǎng)合。而最大的問(wèn)題是沒(méi)有一個(gè)定義的平均流速點(diǎn)要做水路實(shí)驗(yàn)及計(jì)算處理精確度相對(duì)較低；如不能保證直渠段則須使用多測(cè)量點(diǎn)，以求出幾個(gè)水平線上的平均流速。具體選擇幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)應(yīng)根據(jù)水渠大小水流深淺、水位變化情況、測(cè)量精確度要求等綜合確定?；蛘卟扇∑叫卸嗦暤溃?個(gè)超聲波換能器）測(cè)量平均流速。
平均流速公式法從水力學(xué)理論出發(fā)根據(jù)謝才公式只要測(cè)出h（宜采用氣介式超聲波液位計(jì)）便可不改變流路形狀、不阻礙水及水中懸浮物的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)非接觸式明渠流量測(cè)量。這是其最顯著的特點(diǎn)。但還受渠路形狀與流量、液位關(guān)系、被測(cè)介質(zhì)中泡沫與木片等漂浮物影響。
可見(jiàn)，上述這兩種測(cè)量方法均較繁瑣、精確度較低、通用性差，不適宜于工業(yè)在線測(cè)量與普及應(yīng)用。
二、新型檢測(cè)技術(shù)與方法
1、流速-液位復(fù)合傳感器
為了簡(jiǎn)化明渠流量的測(cè)量，既不攔截渠道、產(chǎn)生不可恢復(fù)的壓力損失又便于安裝，減低費(fèi)用還確保和提升測(cè)量精確度，國(guó)外近年研制并推廣應(yīng)用了一種復(fù)合型傳感器用于明渠流量測(cè)量。其檢測(cè)原理是根據(jù)Q=V*A方程進(jìn)行流量計(jì)算，即通過(guò)液位和管道尺寸換算出液體的實(shí)際流通截面積并通過(guò)測(cè)得的流速計(jì)算出平均流速（平均速度的連續(xù)計(jì)算是準(zhǔn)確測(cè)量的關(guān)鍵），再將平均流速與實(shí)際過(guò)流面積相乘得出液體流量。為保證測(cè)量精確度該流量計(jì)設(shè)計(jì)了液位測(cè)量時(shí)的溫度影響修正功能（ATCTM）、Q-StickTM安裝環(huán)（傳感器安裝工具）。
這種合二為一的流量計(jì)使流速-面積法明渠流量測(cè)量裝置大為簡(jiǎn)化，其扁平的流線型傳感器通過(guò)安裝架放在明渠底部或某一合適位置（防止積砂等）。傳感器外殼采用PVC塑料，內(nèi)有兩個(gè)敏感元件。一個(gè)是測(cè)流速的電磁流量元件（包括線圈和電極），另一個(gè)是固態(tài)擴(kuò)散硅應(yīng)變?cè)?，用?lái)測(cè)水壓力（即液位）。該流量計(jì)液位測(cè)量范圍為0~1524mm至3505mm，精確度為±6.35mm（包含非線性、滯后和速度效應(yīng)）；流速分辨率0.003m/s測(cè)量范圍為0.15~6.1m/s。精確度為±2%R。可用于精確測(cè)量方形、圓形和橢圓形渠道中的流量。具有優(yōu)良的精確度和高可靠性瞬時(shí)流量輸出4~20mA（流速、液位4~20mA輔助輸出可增選）。易于連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：一個(gè)常閉接點(diǎn)作報(bào)警輸出，28V.DC/1A，120V.AC/0.3A；Q-StickTM安裝環(huán)，使傳感器安裝極為簡(jiǎn)便在充滿雜質(zhì)的流體中確保測(cè)量精確度。
2、雷達(dá)流量計(jì)
它綜合了成熟的多普勒數(shù)字雷達(dá)速度傳感和超聲波脈沖反射波測(cè)量液位技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)非接觸明渠流量測(cè)量。該儀表具有許多顯著特點(diǎn)：
（1）、為用戶提供了在現(xiàn)場(chǎng)高精確度測(cè)量大量程流量的方法消除了傳感器浸沒(méi)在流體中對(duì)流體的干擾以及高濃度固體含量與反射器分布等影響測(cè)量精確度的因素。
（2）、測(cè)量時(shí)不需安裝標(biāo)準(zhǔn)堰、槽，無(wú)剖面與輪廓要求在較大流量和多種現(xiàn)場(chǎng)條件下提供高精確度的流量測(cè)量安裝時(shí)。不必?cái)嗔鳎瑹o(wú)需人員與流體接觸。
（3）、可消除因傳感器污穢而造成的堵塞、腐蝕、纖維物質(zhì)掛住等維修、維護(hù)容易。可現(xiàn)場(chǎng)替換、拆卸傳感器和監(jiān)測(cè)器可消除因傳感器淹沒(méi)所造成的精確度與測(cè)量問(wèn)題從而大大減少因維修而引起的數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。
（4）、傳感器安裝工具消除了局部的空間限制，節(jié)省昂貴的人力與設(shè)備等成本支出；臨時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)可固定安裝，也可移動(dòng)應(yīng)用。非常便利。
（5）、應(yīng)用范圍廣泛，可解決不同場(chǎng)合、不問(wèn)類型流體的測(cè)量。如環(huán)保與市政工程地下水的監(jiān)測(cè)，污水管（下水道）的溢流監(jiān)測(cè)、廢水處理站的中和平衡；企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程明渠液體的流量、槽罐或生產(chǎn)系統(tǒng)溢流監(jiān)測(cè)與控制、未處理污水量與已處理污水的排出量等；適用于高含固量、高溫、低水位、高流速（6m/s）、腐蝕性等流體；可適用于鋼板、木頭、混凝土、玻璃鋼等制成的各種槽體。
其中，雷達(dá)式流量計(jì)450/460系列的主要技術(shù)指標(biāo)為：流速測(cè)量范圍寬達(dá)0.23~6.1m/s。精確度為±0.5%：超聲波水位測(cè)量范圍為0.6~152cm。精確度為±1.0%（過(guò)高液位檢測(cè)采用壓敏電阻式）。450型顯示器：采用無(wú)源矩陣彩色液晶顯示器，自動(dòng)顯示記錄。觸摸按鍵操作；2路4~20mA隔離輸出。可選流量、速度、液位的接點(diǎn)報(bào)警輸出：工作電源可采用185~264V.AC和18~36V.DC。460型監(jiān)測(cè)儀：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量64KB（其中速度/液位的數(shù)據(jù)為16KB），采用RS-232C傳輸（本機(jī)終端19.2Kb/s）。12V.DC工作電源I6V標(biāo)準(zhǔn)蓄電池，采樣間隔為15min時(shí)可用10個(gè)星期）。IP68防水設(shè)計(jì)，測(cè)量操作軟件采用FIow-Ware（基于Windows95/98/2000/Me/NT/XP），便于測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與統(tǒng)計(jì)分析管理。
3、便攜式
流量測(cè)量以前，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)某些密閉管道的流量測(cè)量數(shù)據(jù)有疑義或需要進(jìn)行臨時(shí)性檢測(cè)時(shí)，常用的方法是用時(shí)差法和多普勒法超聲流量計(jì)。但均存在某些缺陷：（1）盡管兩種流量計(jì)有所改善。如時(shí)差法可測(cè)帶一定懸浮物或氣泡的液體，多普勒法可測(cè)量較潔凈的液體，但由于原理上的局限，兩者尚無(wú)法完全確保測(cè)量的可靠性、穩(wěn)定性與精確度。（2）許多現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，由于工業(yè)管道長(zhǎng)期使用，加上液體的侵蝕與污泥等粘附、沉積，對(duì)超聲波的接收與流量的測(cè)量將造成極大的影響。（3）而對(duì)于明渠流量測(cè)量，既沒(méi)有實(shí)用化、通用化的流量計(jì)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。更無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)或確認(rèn)堰、槽式流量計(jì)。
MMI公司除了具有密閉管道流量測(cè)量的在線，便攜式測(cè)量產(chǎn)品268型便攜式插入電磁流量計(jì)外，還有兩款用于明渠流量測(cè)量的便攜式產(chǎn)品：2000型和260系列（I型、Ⅱ型）。
260系列采用前述的復(fù)合型流速、液位傳感器技術(shù)，配用傳感器安裝環(huán)和操作桿，無(wú)需人員安裝；其專有的Auto-Cal特性消除了大部分場(chǎng)合現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的需要。因此無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定即可手持進(jìn)行測(cè)量，還可選遙測(cè)技術(shù)、交流供電與太陽(yáng)能電池操作等；其附帶的Site-Ware與Plamtop軟件是現(xiàn)場(chǎng)流量數(shù)據(jù)管理的理想工具。
2000型便攜式流量計(jì)用于明渠流量測(cè)量與明渠流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)。它采用成熟的固態(tài)電磁式傳感器技術(shù)，當(dāng)傳感器放入流動(dòng)的液體中時(shí)，其磁場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)。該電勢(shì)被嵌在傳感器中的電極測(cè)出并轉(zhuǎn)換后送給便攜式儀表，在儀表面板上顯示出來(lái)。其傳感器具5年品質(zhì)保證，有較高的精確度和優(yōu)越的可靠性，既能用于堰、槽明渠流量計(jì)與其他一次測(cè)量裝置的校準(zhǔn)（精確度達(dá)±2%R），也能檢測(cè)河流、灌溉渠道、下水道、采礦渠道和非滿管自由流動(dòng)的流體流量測(cè)量；可直接替換USGS（美國(guó)地質(zhì)勘探局）型機(jī)械儀表具備數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與記憶功能；可測(cè)流速范圍：0.15~6m/s，瞬間可讀出流速與流量，可調(diào)整濾波方式與兩種數(shù)據(jù)模式；固定周期（用條形圖顯示時(shí)間控制情況）和時(shí)間常數(shù)；工作電源采用可充電電池或堿性電池，具備節(jié)約和自動(dòng)斷電兩種方式，可連續(xù)工作12h以上；傳感器亦可用于滿管測(cè)量場(chǎng)合；具備系統(tǒng)自檢功能與防水功能。
