所谓流量,是指单位时间内流经封闭管道或明渠有效截面的流体量,又称瞬时流量。当流体量以体积表示时称为体积流量;当流体量以质量表示时称为质量流量。单位时间内流过某一段管道的流体的体积,称为该横截面的体积流量。简称为流量,用Q来表示。
② 掌握了哪些测试流量,压强的方法
测试流量,压强的方法主要有差压式流量计。
差压式流量计是利用差压原理来进行流量测量的装置。
差压原理其根本在于被测量介质的速度越快则该点的压力越小。
静压力相当于被测量介质管道中的最大压。
由于阻流元件的作用造成被测量管道有效流通面积减小,相应的被测量介质的流速提高,压力降低。通过两者间的压力差可以很容易的算出流速,也就能够算出瞬时流量了。
③ 流量检测的方法
主要断面流量方式种类
目前进行流量自动测量的方式有以下6种:缆道测流、声学多普勒流速(ADCP)、超声波时差法测流、水工建筑物(涵闸)推算流量、水位比降法推算流量、雷达水表面波流速测量再推算流量。
缆道自动测流
1、缆道自动测流
缆道测流是适合我国国情的一种测流方式,经 50多年发展,技术设备较为成熟,其中全自动缆道测流系统测流精度可达到95~98%。该方法由人工一次性启动缆道测流装置后,可自动测量全断面测点流速和垂线水深,并自动计算出断面面积和流量。由于缆道测流的测量精度较高,且不需要进行率定,在系统工程中主要是用于不规则断面的流量测量,实现对主要测流断面的流量控制。
超声波时差法测流
2、超声波时差法测流
超声波时差法测量流速国内外均有定型产品用于管道和渠道,但国内没有定型生产用于天然河流的产品。本方法能方便地解决断面不同水层的平均流速测量,充分利用电脑技术将超声波时差法测流、超声或压力水位计和预置河床断面等技术集于一体后,可构建实时在线的流量测量系统,该方法适用于断面较稳定,
有一定水深的河道,还需要借用断面面积参数(另用人工方法测量)和用流速仪等标准测流设备标定流量计算模型后,才能正常启用,其建站总投资大于缆道测流站。
超声波时差法自动测流站工作原理为在测量断面上设置单层或多层超声波换能器斜交叉布置在河两岸,超声波换能器由二次仪表控制,从河道的一岸顺流发射超声波,另一岸接收,然后再反向进行工作,根据顺、逆流传输测到的时间差计算出相应水层的平均流速,另外一换能器向上发射超声波,遇到水面时反射再由同一换能器接收回波,根据时间差测出水深(也可选用压力水位计测量出水深)。如果是规则断面则通过水位算出断面面积,通过流速积分和人工标定的流量系数可计算出流量,其流量精度可达5%以内。若为不规则断面则必须根据数据建立数学模型,根据测量数据计算流量或通过人为标定流量系数计算流量。
该仪器的最大特点是在线连续测量,缺点是在断面较宽、水浅和含沙量较高的条件下无法使用。另外,由于换能器是安装在河的两岸,二次仪表只能放在某一岸,而另一岸的换能器信号线则必须从河底或高架过河。如果从河底过施工难度较大,无疑增加了工程量和投资。再则超声波时差法测流,易受行船影响,致使测流精度降低。
3、声学多普勒流速测流声学多普勒流速测流
声学多普勒流速测流
声学多普勒流速测流是英文Acoustic Doppler Current Profilers 的简称,是利用声学多普勒原理进行研制的,是目前世界上最为先进的河流流速流量实时测量设备,自1981 年在美国诞生以来,随着技术不断进步和日益完善,已从海洋测量逐步应用于河流流量测量,测量精度也得到很大的提高。从最初的盲区1 m 以上,降低到所谓的“零盲区”,剖面单元缩小到目前的0.05~0.25m ,使其在宽浅河流上的应用成为可能。
该种方法又分为2种,即走航式声学多普勒流速声学多普勒流速
(1)声学多普勒流速法
DX- LSX- 1多普勒超声波流量计流速测量基于多普勒效应,探头斜向上发出一束超声波,超声波在流体中传播,流体中会含有气泡或者颗粒等杂质(可以认为流体中的杂质和水流的速度一致),当超声波接触到流体中的杂质时会使反射的超声波产生多普勒频移Δf, 多普勒频移Δf正比于流速。通过测量多普勒频移Δf即可测量出流体的流速。利用声波在流体中传播的多普勒效应,通过测定流体中运动粒子散射声波的多普勒频移,即可得到流体的速度,结合内置压力式水位计,利用速度面积法,即可测量液体的流量。适合于明渠、河道及难以建造标准断面的流速流量测量以及于各种满管和非满管明渠流速流量测量。声学多普勒测量仪最大优点是安装方便,可靠性高,价格低廉,比较适合河道测流。所有功能集于一身的设计,同时测量平均流速、水深、水温采用速度面积法测流,无水头损失,不需建设标准堰槽。采用超声波多普勒原理测流速流量,测量精度高,起始速度低。无机械转子结构,对水流状态无影响,测量更精准。自带温度传感器,可用于补偿水温对声速的影响。可测量瞬时流量和累积流量。采用频域多普勒分析算法,数据稳定可靠,实时性强。安装简单,不需辅助工程设施
(2)走航式声学多普勒流速测流法
走航式声学多普勒流速测流法是一种需渡河载体(如小船)的游动式测流设备,因为它一次能同时测出河床的断面形状、水深、流速和流量,适用于大江大河的流量监测。
该流量计的主机和换能器装在一防水容器内,工作时全部浸入水中,通过防水电缆与便携式计算机相连,流量计的操作控制在便携式计算机上进行。全套系统由蓄电池供电,也可以用交流供电,流量计的换能器一般由3个或4个发射头构成,它们可以向水下发射在空间互成一定角度的3束或4束超声波(4束超声波最佳),这些超声波在由水面射向河底的穿行过程中不断地经水中的固体颗粒、气泡和河底反射回来。根据这些返回信号的频率可以测出流量计和各水层以及河底的相对位移速度,其中流量计与河底的相对速度即是船速,扣除船速便可以求取各层水流对河底的流速。根据河底返回速度分量结合测得的船行方位便可求取水流的真实方向。根据河底返回信号的时间测出水深。流量计由河这岸向对岸穿行测量一次,便可测出经过各点的水深以及流速的大小和方向,将流速矢量对河
床水流断面进行积分,便得到了河床流量。因为采用的是矢量积分,所以所测流量的大小与流量计渡河路径无关。
4、水工建筑物涵闸))流量测量
关系曲线求出对应的过水流量。其优点是只要准确地测量出上下游水位及闸门开度,即可换算出过流量,但不足之处是需人工进行标定,确定经验公式的相关系数。
典型的闸流流量公式:
Q=CBH03/2
式中:C 为流量系数,B 为过水总净宽,H0为上游水头
典型的孔流流量公式: Q=MA√Z
式中:A 为过流断面,Z 为上下游水位差,M 为综合流量系数
由于受水工建筑物的结构、闸门形状和下游出水口的流态等多种因素影响,流量系数不易准确确定,需要通过人工测量来确定流量关系曲线,测量精度不高。
5、比降法
通过测量河流上一段距离的上下游水位及水面坡度,设定的河流的糙率系数,根据曼宁经验公式推算流量。当测流河道的水流不是自由流,水位受上下游水工建筑物的影响较大时就无法推算流量。另外,此方法精度不高,在比降不大的河段更是不准确。故本方法在此是不可行的。
6、雷达水表面波流
通过测量河流几点水表面流速,再由水表面流速推算河道流量。此方法精度不高,受外界因素影响较大,如风,下雨等。另一关键因素是雷达测速仪在水表面流速低于0.5米时已无法测量米时已无法测量,,所以用雷达测速仪做在线实时监测很难实现所以用雷达测速仪做在线实时监测很难实现。。
2.2 测流方法比选
综述3.1.1,前3种及第6种方法属于流速面积法,4、5二项属于水位~流速关系法。在天然河流或渠道上,流速面积法是比较准确的流量测验方法。但真正能做到实时自动测量流量的只有声学多普勒测量法
④ 流速测量都有哪些方法
流速测量方法
1、浮标法
浮标法是河流测速中很常用,简单易行的一种方法。在河流测速中,在上游的某一位置放置漂浮物,同时用秒表记下当时的时间,当漂浮物到达下游某一位置时记录时间,同时测出这两个位置的距离,就可以算出河水的流速,重复几次就可以求出河水的平均流速。但是这种方法只能测出流体的表面流速。在坡面流测速中,我们也可以用此种方法,漂浮物可以选用较为小的诸如泡沫颗粒一类的东西。两点间的距离应该是径流流过的距离。重复几次,即可确定水流速度的平均值。此种方法简单易行,不足之处就是误差较大。用公式表示为:
2、颜色示踪法
颜色示踪法也是河流测流速的一种方法。通过给流体注入染色剂,如红墨水,在初始位置倒入染色剂并记录时间,选定某一位置作为中止位置,当染色后的流体到达时记录时间,就可以求出水流流速。多做几个重复,就可以求出此段距离内的平均流速。这种方法同样简便易行,误差较浮标法小,但要注意距离不能选得太长,否则染色剂会稀释严重,肉眼不易观察。计算公式和浮标法相同
3、盐液示踪法
盐液示踪法是在上游某一位置给径流中注入盐液,同时用秒表记录时间,通过布设在下游的电极来感应盐液的到达,由连接在电极上的灵敏电流计显示出来。通过时间差和距离,就可以算出此段距离内的流体速度。
计算公式和上式相同,只不过时间 为从开始注入染色剂到电流计的指针发生明显偏移的时间。
4、流量法
在明渠水流测量过程中,对于非常规则的渠道,流量法是目前测量流速比较准确的方法之一,其原理明确、简单。对于坡面薄层水流,由于水流深度在厘米级,其误差主要是产生于水层厚度的测量。在不同坡度和泥沙含量条件下,测量水流流量与水深,流量用积分桶测量,水深用水位计测量,水位计的精度为1/10mm。可以用公式表示为:
5、电解质脉冲法
这是一种较新的测速方法。在示踪法的基础上,假设加入的盐液为电解质脉冲,建立盐液在水流中迁移的数学模型,并求得解析解,再根据测量结果拟合出水流速度,这种方法即为电解质脉冲法。该方法从理论和初步测量结果来看是可行的,但其可行性还需要用大量的实验进行验证,分析泥沙含量、流速和流量对测量结果的影响。由于在野外或室内不规范的条件下,至今没有一种好的方法对薄层水流流速进行比较准确的测量,因此只有在室内设置规范的模拟水槽,建立盐液在水流中迁移的数学模型,并求得解析解,经模数转换后用最小二乘法对电解质迁移的数学模型进行拟合,计算出水流速度。同时,用质心运动速度和流量法的测量结果对这种方法进行验证。
⑤ 管路计算与流量测量
一、管路计算
管路分简单管路和复杂管路两种。简单管路系指由一种管径所组成的单一管路;而复杂管路则是由不同管径的管子连接而成的串联管路,或由几个简单管路并联组成的并联管路和分支管路。复杂管路的计算是以简单管路的计算为基础。本节只讨论简单管路计算。
管路计算实际上是连续性方程式、柏努利方程式与能量损失计算式的具体运用,由于已知量与未知量情况不同,计算方法亦随之而改变。在实际工作中常遇到的管路计算问题,归纳起来有以下三种情况:
(1)已知管径、管长、管件和阀门的设置及流体的输送量,求流体通过管路系统的能量损失,以便进一步确定输送设备的输出功率、设备内的压强或设备间的相对位置等。这一类的计算比较容易,前面已讨论过。
(2)已知管径、管长、管件和阀门的设置及允许的能量损失,求流体的流速或流量。
(3)已知管长、管件和阀门的当量长度、流体的流量及允许的能量损失,求管径。
后两种情况都存在着共同性问题,即流速v或管径d为未知,因此不能计算雷诺数Re值,则无法判断流体的流型,所以也不能确定摩擦系数μ。在这种情况下,工程计算中常采用试差法或其他方法来求解。下面通过例题介绍试差法的应用。
例1-6如本题附图所示,水从水塔引至车间,管路为φ114×4mm的钢管,共长150m(包括管件及阀门的当量长度,但不包括进出口损失的当量长度)。水塔由水面维持恒定,并高于排水口12m,问水温为12℃时,此管路的输水量为若干m3/h。
例题1-6示图
解:以塔内水面为上游截面1-1′,排水管出口外侧为下游截面2-2′,并通过排水管出口中心作基准水平面。在两截面间列柏努利方程式,即
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式中z1=12mz2=0
v1=0v2=0
p1=p2
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将以上各值代入柏努利方程式,整理得出管内水的流速为:
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而
上两式中虽只有两个未知数μ与v,但还不能对v进行求解。由于式(b)的具体函数关系与流体的流型有关,现v为未知,故不能计算Re值,也就无法判断流型,而且在一些生产中对于粘性不大的流体在管内流动时多为湍流。在湍流情况下,雷诺数Re范围不同,式(b)的具体关系也不同,即使可推测出雷诺数Re的大致范围,将相应的式(b)具体关系代入式(a),又往往得到难解的复杂方程式,故经常采用试差法求算v。即假设一个μ值,代入式(a)算出v值。利用此v值计算Re。根据算出的Re值及
设μ=0.02代入式(a)得:
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从有关资料查得12℃时水的粘度为1.236×10-3Pa·s,于是
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取管壁的绝对粗糙度ε为0.2mm,ε/d=0.2/106=0.00189
根据Re及ε/d从图1-15查得μ=0.024。查出的μ值与假设的μ值不相等,故应进行第二次试算。
重设μ=0.024,代入式(a)解得v=2.58m/s。由此v值算出Re=2.2×105,在图1-15中查得μ=0.0241。查出的μ值与所设μ值基本相符,故根据第二次试算的结果知v=2.58m/s。
输入量
上面用试差法求算流速时,也可先假设v值而由式(a)算出μ值。再以所假设的v算出Re值。并根据Re及ε/d从图1-15查出μ值。此值与由式(a)解出的μ值相比较,从而判断所设之v值是否合适。
二、流量的测量
在生产过程中输送流体时,流体的流量往往是操作中必需测量、调节与控制的一个重要技术量。测量流量的方法很多,本节只介绍几种以柏努利方程式作为测量原理的孔板流量计、文氏流量计、转子流量计。
(一)孔板式流量计
在管道里插入一片带有圆孔的金属板的装置,孔板的中心位于管道的中心线上,图1-16所示,这样构成的装置叫做孔板流量计。
图1-16孔板流量计
当管内流体流过孔口时,因流道截面突然缩小,使流速较管内平均流速增大,动压头增大,与此同时,静压头下降,即孔口下游的压强比上游低。流体流经孔口后,流动截面并不立即扩大到与管截面相等,而是继续收缩,经一定距离后,才逐渐恢复到整个管截面。根据流体流经截面最小处的压强和孔板前压强的差值,可以算出管内流体的流量,这个压强差是通过外接压差计来测定的。
对孔口前截面1-1′与孔板孔口截面2-2′列出柏努利方程式,式中暂不计损失压头,得
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或
在孔板流量计上安装U型管液柱压差计,是为了求得式中的压强差(p1-p2)。但测压孔并不是开在如图例1-5中1-1′和2-2′截面处。而一般都在紧靠孔口的前后,所以实际的测得压强差并非(p1-p2)。以孔口前后的压强差代替式中的(p1-p2)时,上式必须校正。设U型管压差计中的读数为R,指示液密度为ρ示,管中流体的密度为ρ,则孔口前后的压强差为
R(ρ示-ρ)g
同时,由于流体收缩处的截面A2难以知道,而小孔的截面积A0是可以测定的,所以需用小孔处的流速v0来代替v2。此外,流体流经孔板时还有一定的损失压头。综合考虑上述三方面的影响,引入校正系数C,将v0、实测压差代入
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根据连续方程式,得
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代入上式,整理得
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并令
若孔口面积为A0,则流体在管道中的流量
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孔流系数C0的数值一般由实验测定。实验结果如图1-17所示。图中的横坐标Re值是按管道内径进行计算的。由图1-17可见,Re为定值时,A0/A值越大,则C0即为常数。孔板流量计的使用范围,应该是C0为定值的区域里,如
在实际应用中,安装在管径小于50mm管道上的孔板,应先用实验方法求得该孔板的qv,s-R关系,而后再使用。安装在管径大于50mm管道上的孔板,因所测流量较大,不易测定qv,s-R曲线,此时,应采用标准孔板,其系列规格可查阅有关手册。
孔板流量计安装位置的上下游都要有一段内径不变的直管,以保证流体通过孔板之前的速度分布稳定。通常要求上游直管长度为50d,下游直管长度为10d。若
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孔板式流量计构造简单,制造、安装方便,应用很广。但流体流经孔板时,因突然收缩和扩大,损失压力较大。此项损失压头随d0/d1的减少而增大,当d0/d1=0.5或更大时,其值约为所测得的压强差的90%。所以孔板式流量多用于测定气体和牛顿流体(不含任何固相成分)的流量。
(二)文丘里流量计
孔板流量计的主要缺点在于流体流经孔板时流速突然改变,损失大量压头。为了减少能量的损失,用一段渐缩、渐扩管代替孔板,这样构成的流量计,称为文丘里(文氏)流量计,其结构如图1-18所示。
图1-18文丘里流量计
为了避免流量计长度过大,基于前述原因,收缩角可取得大些,通常为15°~25°,扩大角仍须取得小些,一般为5°~7°。
与孔板流量计相似,文氏管流量计亦可根据柏努利方程式得出流量计算式
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式中C文——文氏管流量计的流量系数,在湍流时,一般取0.98;
A2——文氏管的最小截面(m2)。
文氏管流量计的阻力较小,流体的损失压头约为所测得压强差的10%,但其结构不如孔板紧凑,加工也较麻烦。常用于测定压力管道内的工业流体流量。
(三)转子流量计
转子流量计构造如图1-19所示。在一个截面积自下向上逐渐扩大的垂直锥形玻璃管1内,装有一个能旋转自如的,由金属或其他材质制成的转子2(或称浮子)。管中无流体通过时,转子将沉于管底部。当被测流体以一定的流量通过流量计时,流体在转子与管壁间环隙中的速度要增大,则静压强下降,于是在转子的上下端形成一个压差,转子将浮起。随转子的上浮环隙面积逐渐增大,环隙中流速将减少,转子两端的压差随之降低。当转子上浮至某一高度,转子上下端压差造成的升力恰等于转子的重量时,转子不再上升,悬浮于该高度上。
当流量增大,转子两端的压差也随之增大,转子原来的力平衡被破坏,转子将上升至另一高度达到新的力平衡。当流量减少,转子将下降至另一高度,达到新的力平衡。在玻璃管外表面刻有读数,根据转子停留的位置,即可读出被测流体的流量。
转子流量计与孔板流量计不同的地方是转子流量计的环隙截面是可变的,而转子上下方的压强差都不随流量而变,所以有时称转子流量计为恒压降流量计。
图1-19转子流量计
1-锥形玻璃管;2-转子;3-刻度
转子流量计出厂时其刻度常针对某特定流体而刻制。如果把适用于某一流体的转子流量计用来测量其他流体的流量时,刻度就需校正,校正式如下:
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式中qv1——出厂流量计上针对“1”流体体积流量刻度值;
qv2——流量计用于流体“2”时,qv1刻度的实际体积流量;
ρ1——流体“1”的密度;
ρ2——流体“2”的密度;
ρ——转子材料的密度。
转子流量计能直接观察到流体的流动,损失压头较小,安装时在流量计的前后不需要维持一定长度的直管段,因此在实验室和工业生产上得到广泛应用,尤其是用在直径小于50mm的管道中测量流量,能适应于腐蚀性流体的测量,但它不能经受高温(一般不能过120℃)和高压(一般不能超过4~5kg/cm2),再者也不适于混浊液体的流量测量。当用它们来测量粘度较大的流体,或者在流体中混有固体颗粒时,容易使测压口堵塞或使转子卡死,结果造成测量误差或使测量工作无法进行,此时可采用其他流量计,如靶式流量计等,关于这些流量计在此不再一一叙述,如需要时,可查仪表手册。
测量水的流速,要用专门的流速仪(转子流量器),流速乘以截面积就是水的流量。
转子流量计是根据节流原理测量流体流量的,但是它是改变流体的流通面积来保持转子上下的差压恒定,故又称为变流通面积恒差压流量计,也称为浮子流量计。转子流量计是工业上和实验室最常用的一种流量计。它具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点。
转子流量计适用于测量通过管道直 径D<150mm的小流量,也可以测量腐蚀性介质的流量。使用时流量计一般安装在垂直走向的管段上,流体介质自下而上地通过转子流量计,经特殊设计的转子流量计可以水平安装或上进底出垂直安装。
(6)实验室中两种测量流量的方法扩展阅读:
转子流量计的工作原理:
转子流量计由两个部件组成,转子流量计一件是从下向上逐渐扩大的锥形管;转子流量计另一件是置于锥形管中且可以沿管的中心线上下自由移动的转子。
转子流量计当测量流体的流量时,被测流体从锥形管下端流入,流体的流动冲击着转子,并对它产生一个作用力(这个力的大小随流量大小而变化),当流量足够大时,所产生的作用力将转子托起,并使之升高。
同时,被测流体流经转子与锥形管壁间的环形断面,这时作用在转子上的力有三个:流体对转子的动压力、转子在流体中的浮力和转子自身的重力。 流量计垂直安装时,转子重心与锥管管轴会相重合,作用在转子上的三个力都沿平行于管轴的方向。
当这三个力达到平衡时,转子就平稳地浮在锥管内某一位置上。对于给定的转子流量计,转子大小和形状己经确定,因此它在流体中的浮力和自身重力都是已知是常量,唯有流体对浮子的动压力是随来流流速的大小而变化的。
因此当来流流速变大或变小时,转子将作向上或向下的移动,相应位置的流动截面积也发生变化,直到流速变成平衡时对应的速度,转子就在新的位置上稳定。对于一台给定的转子流量计,转子在锥管中的位置与流体流经锥管的流量的大小成一一对应关系。
为了使转子在在锥形管的中心线上下移动时不碰到管壁,通常采用两种方法:
1、在转子中心装有一根导向芯棒,以保持转子在锥形管的中心线作上下运动。
2、在转子圆盘边缘开有一道道斜槽,当流体自下而上流过转子时,一面绕过转子,同时又穿过斜槽产生一反推力,使转子绕中心线不停地旋转,就可保持转子在工作时不致碰到管壁。转子流量计的转子材料可用不锈钢、铝、青铜等制成。
⑦ 水的流量的测量方法是什么
流量,从水力学角度讲,应该是:单位时间内通过某一过水断面的水体体积,其常用单位为每秒立方米,多用于河流、湖泊的断面的进出水量测量,流量的测量方法,从水文站角度讲,可分为浮标法、流速仪法、超声波法等,流速仪法测量精度最高
⑧ 河流流量测量有哪些方法
河流流量测量的方法如下:
1、流量计法
利用流量计直接测量河流的流量。流量计的种类很多,主要有压差式、电磁式、流槽式和堰式流量计等类型。可根据实际流量的流量范围和测试精度要求选择使用。
2、容积法
将河水接入已知容量的容器中,测定其充满容器所需要的时间,重复测定数次,求出其平均值t(s),从而计算水量的方法。
本法简单易行,测量精度较高,适用于河流量较小的河流。但溢流口与受纳水体应有适当落差或能用导水管形成误差。
3、浮标法
选取一平直河段,测量该河段2m间距内水流横断面的面积,求出其平均横断面的面积。在上游河段投入浮标,测量浮标流经确定河段(L)所需要的时间,重复测量多次,求取需要时间的平均值(t),即可计算出流速(L/t),进而可按下式计算流量:
5、声学多普勒流速测流
声学多普勒流速测流是英文Acoustic Doppler Current Profilers 的简称,是利用声学多普勒原理进行研制的。它一次能同时测出河床的断面形状、水深、流速和流量,适用于大江大河的流量监测。
该流量计的主机和换能器装在一防水容器内,工作时全部浸入水中,通过防水电缆与便携式计算机相连,流量计的操作控制在便携式计算机上进行。从最初的盲区1m以上,降低到所谓的“零盲区”,剖面单元缩小到目前的0.05~0.25m ,使其在宽浅河流上的应用成为可能。
⑨ 测量气体流量的简单方法
用排水法最简单.
用一个大的烧瓶,用量筒将其加满水,测出其体积.
将此瓶(带水)倒置于盛有水的盆里,导气管插到瓶口,开始收集气体并计时,等瓶内水排完(气体充满瓶子)后,停止计时,根据体积和时间就可以算出气体流量.