一種適用于水污染源在線監測系統現場驗收工作的明渠流量計
——便攜式明渠流量計
1、背景
為貫徹《中華人民共和國環境保護法》和《中華人民共和國水污染防治法》，保護生態環境，保障人體健康，生態環境部于2019年12月24日，發布了《水污染源在線監測系統（CODCr、NH3-N 等）安裝技術規范》和《水污染源在線監測系統（CODCr、NH3-N 等）驗收技術規范》。在《安裝技術規范》中，提出了在線監測系統的組成中，需要有流量監測單元，對于需測定流量的排污單位，要建設明渠標準化計量堰（槽），并且堰槽的建設應能夠進行明渠流量計比對工作，推薦三角堰、矩形堰及巴歇爾槽。在《驗收技術規范》中，對水污染源流量監測單元的驗收方法提出了具體的要求，分為液位誤差比對和流量誤差比對，具體如下：
- 液位誤差比對：用便攜式明渠流量計比對裝置（液位測量精度≤0.1 mm）和超聲波明渠流量計測量同一水位觀測斷面處的液位值，進行比對試驗，每2 min記錄一次數據對，連續記錄6次，計算每一組數據對的誤差值Hi，選取的Hi作為流量計的液位比對誤差。
- 流量誤差比對：用便攜式明渠流量計比對裝置和超聲波明渠流量計測量同一水位觀測斷面處的瞬時流量，進行比對試驗，待數據穩定后，開始計時，計時10 min，分別讀取明渠流量比對裝置該時段內的累積流量F1 和超聲波明渠流量計該時段內的累積流量F2，按公式計算流量比對誤差ΔF。
根據以上要求可以看出，在現場驗收時需要用到便攜式明渠流量計，驗收的過程中要連續地統計記錄液位數據及流量數據，需要在12分鐘內同步記錄在線明渠流量計和便攜污水流量計各6個液位數據，及在10分鐘內同步記錄在線明渠流量計和便攜污水流量計各2個明渠流量累計數據，而且因為污水流量監測過程是不可逆的，一旦在記錄過程中出現問題，則需要重新進行比對驗收，在時間上和空間上都給現場的驗收工作帶來了困難。
國內雖然有各類的明渠污水流量計，但是并沒有一款能夠方便快速完成上述驗收任務的便攜式污水流量計，我們公司利用多年環保監測儀器研發經驗，結合《水污染源在線監測系統（CODCr、NH3-N 等）安裝技術規范》和《水污染源在線監測系統（CODCr、NH3-N 等）驗收技術規范》等標準的要求，開發出了一款專門針對明渠流量計現場驗收要求的便攜式明渠流量計。
2、產品介紹
2.1儀器外觀，組成
2.2現場安裝
既然是便攜式的明渠流量計，對于現場的安裝，要求能簡便、快速的完成現場流量計的安裝部署工作。
|
|
|
|
1、安裝縱向支撐柱
|
2、安裝橫向傳感器固定桿
|
|
|
|
|
3、安裝液位傳感器
|
4、將傳感器連接到電腦，安裝完成
|
2.3現場的比對過程
|
步驟
|
HX-F3屏幕顯示界面
|
說明
|
|
1、錄入現場信息
|
|
現場信息錄入以后會自動的保存到數據庫，再次比對試驗時可以直接調用。堰槽類型可以點擊更換
|
|
2、液位檢測
|
|
便攜流量計會連續的記錄現場6個液位數據，液位的變化趨勢會以曲線的方式呈現，記錄完畢以后自動停止。
|
|
3、流量檢測
|
|
便攜流量計會連續的累計現場的流量數據，流量的變化趨勢會以曲線的方式呈現，記錄完畢以后自動停止。
|
|
4、錄入在線流量計數據
|
|
用戶在此界面輸入現場的液位數據及流量數據。
|
|
5、生成測量報告，任務完成。
|
|
現場的測量報告，會自動的計算出液位誤差及流量誤差，用戶可以保存或現場打印測量數據。
|
通過以上可以看出，HX-F型便攜式明渠流量計是完全依照《水污染源在線監測系統（CODCr、NH3-N 等）安裝技術規范》和《水污染源在線監測系統（CODCr、NH3-N 等）驗收技術規范》的要求設計的，通過便攜流量計對現場進行比對任務，輕松快捷，用戶只需要輸入現場的數據即可。
2.4現場明渠堰槽尺寸參數的輸入
根據《JJG711-1990 明渠堰槽流量計檢定規程》的要求，在進行明渠流量測量的時候需要輸入一些現場明渠堰、槽的尺寸數據，對于不十分了解明渠檢定規程的使用者來說，這些尺寸容易搞混，使測量的結果偏離正常值。為此，我們設計這款產品時，對于堰槽參數的輸入，采用了圖文結合的方式提示用戶輸入，用戶只需要根據圖片提示的位置量出相關的尺寸，輸入便攜流量計即可，如下：
|
步驟
|
屏幕顯示界面
|
|
1、根據現場情況選擇堰型
|
|
|
2、輸入對應位置的尺寸參數
|
|
|
|
|
|
用戶根據流量計屏幕提示的位置，量出現場的尺寸數據，輸入流量計即可。
2.5數據的保存、查詢、打印及導出
便攜式明渠流量計內置了存儲器，可以保存一萬次的現場比對記錄，數據永不丟失。HX-F型便攜式明渠流量計自帶有打印機，可以在現場打印校正報告，便于證據的保存。
型便攜式明渠流量計具有數據導出功能，可以在回到辦公室以后對現場測量的數據導出到電腦，生成EXCEL表格文件，對現場的測量數據進行統計分析。
3、關于數據的準確性
明渠堰槽流量計的工作原理是在明渠中設置標準的量水堰槽，使流過堰槽的水的流量與水位呈單值關系，并按規定的位置測量水位，通過相應的公式計算出流量。根據原理可知，流量計測量的水的流量準確性，除了現場需要有規范的量水堰槽以外，流量只與水位高度呈單值關系，因此，水位的準確性是流量檢測的關鍵，我們采用的液位計是邦納的T30型超聲波液位計，這款液位計無論在數據的準確性，還是產品的抗干擾耐腐蝕性，都能滿足現場測量的需求。
有了準確的液位檢測，對于計算公式，我們充分的研究了《JJG711-1990 明渠堰槽流量計檢定規程》，對測量數據做了大量的比對工作，經過實驗說明，HX-F3便攜式明渠流量計根據檢定規程的計算沒有誤差。
實驗數據：
|
堰型
|
液位落差p（mm）
|
渠寬B（mm）
|
堰寬b（mm）
|
液位h（mm）
|
JJG711（m3）
|
流量計（m3）
|
誤差（%）
|
|
三角堰
|
200
|
500
|
/
|
100
|
2.649
|
2.649
|
0
|
|
矩形堰
|
200
|
500
|
200
|
100
|
6.841
|
6.841
|
0
|
|
等寬堰
|
200
|
500
|
/
|
100
|
18.340
|
18.340
|
0
|
|
巴歇爾槽
|
/
|
/
|
200
|
100
|
8.342
|
8.342
|
0
|
|
三角堰
|
300
|
600
|
/
|
150
|
7.287
|
7.287
|
0
|
|
矩形堰
|
300
|
600
|
300
|
150
|
18.793
|
18.793
|
0
|
|
等寬堰
|
300
|
600
|
/
|
150
|
40.193
|
40.193
|
0
|
|
巴歇爾槽
|
/
|
/
|
300
|
150
|
22.773
|
22.773
|
0
|
另外，在產品出廠前，我們會為每一臺便攜流量計配有一個有資質部門出具的的檢驗校準報告，進一步說明流量計測量數據的準確性與合法性。
4、產品主要功能特點及性能指標
4.1 功能特點
- 適應于四種基本堰型：三角堰、 矩形堰、 等寬堰、 巴歇爾槽；
- 高精度信號采集模塊，24位采集精度，測量數據真實有效；
- 大屏幕彩色液晶觸摸屏，觸控操作，關鍵數據密碼保護；
- 曲線顯示流量變化趨勢及液位變化趨勢；
- 友好的人機交互界面，圖文結合，無需專業知識即可對儀器進行操作；
- 儀器帶有微型打印機，可現場直接打印測量數據；
- 可與電腦連接，將測量數據輸出至電腦，便于用戶對數據進行統計分析；
- 可存儲10000次的測量歷史記錄；
- 內含大容量鋰電池，一次充電可連續測量72小時；
- 流量計內置智能化電源管理系統，延長電池；
- 手提箱式設計，整機重量輕，方便用戶攜帶，防水等級IP65；
4.2 技術指標
- 流量測量范圍：0~40m3/S；
- 流量測量頻次：3次/秒；
- 流量測量誤差：≤ ±5%；
- 信號輸出方式：USB；
- 工作環境濕度：≤ 85%；
- 工作環境溫度：—10℃~＋50℃；
- 工作電源：AC 220V±10%；
- 內置電池：DC +16V鋰電池,電池供電連續工作時間：72小時；
- 外形尺寸：400mm×300mm×110mm；
- 整機重量：≤ 2Kg。
5、結論
我們在設計這款產品時，充分研究了相關的標準要求，力求在滿足數據準確性的基礎上，使現場比對驗收工作快捷而高效，希望這款產品能在線監測系統流量監測單元的驗收工作中，降低使用者的工作強度和難度，提高工作效率，為現場驗收工作提供幫助。
