JPH0820291B2 - 管渠内の平均流速測定方法 - Google Patents
管渠内の平均流速測定方法Info
- Publication number
- JPH0820291B2 JPH0820291B2 JP1245076A JP24507689A JPH0820291B2 JP H0820291 B2 JPH0820291 B2 JP H0820291B2 JP 1245076 A JP1245076 A JP 1245076A JP 24507689 A JP24507689 A JP 24507689A JP H0820291 B2 JPH0820291 B2 JP H0820291B2
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- Japan
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、例えば下水道管渠内に流れる流体の平均
流速測定方法、特に測定精度の向上に関する。
流速測定方法、特に測定精度の向上に関する。
［従来の技術］ 例えば時間的な変動が大きい下水管渠内の流量を高精
度に測定することは、下水の総量規制や処理場における
プロセスの状況監視と制御等のために必要である。
度に測定することは、下水の総量規制や処理場における
プロセスの状況監視と制御等のために必要である。
従来、下水管渠内の流量を測定する方法としては、フ
リュームを用いて限界流を発生させ、その上流水深を超
音波等で使用した水位計で検出して流量を測定する方法
や、ベンチュリー管内の差圧により流速を検出したり、
超音波や電磁式の流速計で流速を検出して流量を算出す
る方法等が用いられている。
リュームを用いて限界流を発生させ、その上流水深を超
音波等で使用した水位計で検出して流量を測定する方法
や、ベンチュリー管内の差圧により流速を検出したり、
超音波や電磁式の流速計で流速を検出して流量を算出す
る方法等が用いられている。
しかしながら、管内の流速は第５図（ａ），（ｂ）の
流速分布図に示すように同一直径Ｄの断面を有する管11
であっても、管11の管底から水面12までの水深Ｈが異な
ると流速分布13も異なる。したがって、管11内の流量を
正確に測定するためには、管11内の流水断面各部の流速
を測定して平均流速を算出する必要がある。しかしなが
ら、この方法で平均流速を求めるためには多くの測定位
置で流速を繰返し測定しなければならず、その測定がわ
ずらわしくて実用的ではなかった。そこで、例えば米国
特許第4,083,246号に示すように、管11の底部で測定し
た流速Ｖに補正係数ｆ（Ｈ）を乗算して平均流速VAVを
算出する方法が採られている。
流速分布図に示すように同一直径Ｄの断面を有する管11
であっても、管11の管底から水面12までの水深Ｈが異な
ると流速分布13も異なる。したがって、管11内の流量を
正確に測定するためには、管11内の流水断面各部の流速
を測定して平均流速を算出する必要がある。しかしなが
ら、この方法で平均流速を求めるためには多くの測定位
置で流速を繰返し測定しなければならず、その測定がわ
ずらわしくて実用的ではなかった。そこで、例えば米国
特許第4,083,246号に示すように、管11の底部で測定し
た流速Ｖに補正係数ｆ（Ｈ）を乗算して平均流速VAVを
算出する方法が採られている。
米国特許4,083,246号に開示された平均流速の測定方
法は、第６図に示すように管径Ｄに対する水深Ｈの割合
H/Dで変化する補正係数ｆ（Ｈ）をあらかじめ求めてお
き、流体内に先端を挿入した空気配管に送られる空気の
あわが生じる圧力を検出して水深Ｈを求め、測定した水
深Ｈと管径Ｄを割合すなわち相対水深H/Dから補正係数
ｆ（Ｈ）を読み出し測定流速Ｖに乗算して平均流速VAV
を算出している。
法は、第６図に示すように管径Ｄに対する水深Ｈの割合
H/Dで変化する補正係数ｆ（Ｈ）をあらかじめ求めてお
き、流体内に先端を挿入した空気配管に送られる空気の
あわが生じる圧力を検出して水深Ｈを求め、測定した水
深Ｈと管径Ｄを割合すなわち相対水深H/Dから補正係数
ｆ（Ｈ）を読み出し測定流速Ｖに乗算して平均流速VAV
を算出している。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、管11の流速分布は管径Ｄと水深Ｈのみ
ならず管11の種類、すなわち管内面のあらさ等によって
も異なる。したがって、上記のように管径Ｄに対する水
深Ｈの割合H/Dで得られる補正係数ｆ（Ｈ）により測定
流速Ｖを修正して平均流速VAVを算出する方法において
は、管の種類に応じて補正係数ｆ（Ｈ）を求めておかな
いと正確な平均流速VAVを得ることができないという短
所があった。
ならず管11の種類、すなわち管内面のあらさ等によって
も異なる。したがって、上記のように管径Ｄに対する水
深Ｈの割合H/Dで得られる補正係数ｆ（Ｈ）により測定
流速Ｖを修正して平均流速VAVを算出する方法において
は、管の種類に応じて補正係数ｆ（Ｈ）を求めておかな
いと正確な平均流速VAVを得ることができないという短
所があった。
また、管の種類に応じて補正係数ｆ（Ｈ）を求めるこ
とは容易でなく、かつ求めた各補正係数ｆ（Ｈ）を記憶
させるためには大容量の記憶手段が必要であるという短
所もあった。
とは容易でなく、かつ求めた各補正係数ｆ（Ｈ）を記憶
させるためには大容量の記憶手段が必要であるという短
所もあった。
この発明はかかる短所を解決するためになされたもの
であり、高精度な平均流速を簡単に求めることができる
管渠内の平均流速測定方法を提案することを目的とする
ものである。
であり、高精度な平均流速を簡単に求めることができる
管渠内の平均流速測定方法を提案することを目的とする
ものである。
［課題を解決するための手段］ この発明に係る管渠内の平均流速測定方法は、管内底
面に水位計と流速計とからなるセンサを設置して管内の
水深Ｈと管底部の流速Ｖを検出し、上記水位計で検出し
た水深Ｈと管径とから流水断面積で定まる径深Ｒを算出
し、算出した径深Ｒと管の種類で定まる平均的な相当粗
度ksと上記センサの取付位置ｙ及び検出した水深Ｈとか
ら次式で定まる割増し係数αを算出し、 算出した割増し係数αに上記流速計で検出した流速Ｖを
乗算して平均流速を算出することを特徴とする。
面に水位計と流速計とからなるセンサを設置して管内の
水深Ｈと管底部の流速Ｖを検出し、上記水位計で検出し
た水深Ｈと管径とから流水断面積で定まる径深Ｒを算出
し、算出した径深Ｒと管の種類で定まる平均的な相当粗
度ksと上記センサの取付位置ｙ及び検出した水深Ｈとか
ら次式で定まる割増し係数αを算出し、 算出した割増し係数αに上記流速計で検出した流速Ｖを
乗算して平均流速を算出することを特徴とする。
［作用］ この発明においては、管内底部に設置した水位計と流
速計からなるセンサで管内の水深Ｈと管底部の流速Ｖを
検出し、検出した水深Ｈと既知の管径Ｄと管の種類で定
まる相当粗度ks及びセンサの取付位置ｙとから水深Ｈと
相当粗度ksにより変動する割増し係数αを算出し、この
割増し係数を検出した流速Ｖに乗算して補正することに
より管内の平均流速VAVを算出する。
速計からなるセンサで管内の水深Ｈと管底部の流速Ｖを
検出し、検出した水深Ｈと既知の管径Ｄと管の種類で定
まる相当粗度ks及びセンサの取付位置ｙとから水深Ｈと
相当粗度ksにより変動する割増し係数αを算出し、この
割増し係数を検出した流速Ｖに乗算して補正することに
より管内の平均流速VAVを算出する。
［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例に係る平均流速測定装置
を示すブロック図である。図において、１はセンサであ
り、センサ１は例えば第２図に示すように、先端部が流
れを乱さないように角錐台状をし、このセンサ１内に電
磁誘導を利用した流速計２と、流速計２の後段底部に取
り付けられ流水断面水位に相当する圧力でたわむダイア
フラム3aとダイアフラム3aのたわみを検出する半導体ス
トレインゲージ3bとからなる水位計３及びプリアンプ４
が一体に形成されている。
を示すブロック図である。図において、１はセンサであ
り、センサ１は例えば第２図に示すように、先端部が流
れを乱さないように角錐台状をし、このセンサ１内に電
磁誘導を利用した流速計２と、流速計２の後段底部に取
り付けられ流水断面水位に相当する圧力でたわむダイア
フラム3aとダイアフラム3aのたわみを検出する半導体ス
トレインゲージ3bとからなる水位計３及びプリアンプ４
が一体に形成されている。
５は管内面の抵抗係数を定める径深Ｒすなわち開水路
における流水断面積を水に接する周辺の長さで割った値
を算出する径深演算手段、６は径深演算手段５で算出し
た径深Ｒと水位計３で検出した水深H,管内面のあらさで
定まる相当粗度ks及びセンサ１の管底に対する取付け位
置ｙとから割増し係数αを算出する割増し係数演算手段
である。７は割増し係数演算手段６で演算した割増し係
数αを流速Ｖに乗算して管内の平均流速VAVを算出する
乗算手段であり、センサ１と径深演算手段5,割増し係数
演算手段6,乗算手段７及び管径Ｄ等を入力する入力手段
で平均流速測定装置の制御部を構成している。
における流水断面積を水に接する周辺の長さで割った値
を算出する径深演算手段、６は径深演算手段５で算出し
た径深Ｒと水位計３で検出した水深H,管内面のあらさで
定まる相当粗度ks及びセンサ１の管底に対する取付け位
置ｙとから割増し係数αを算出する割増し係数演算手段
である。７は割増し係数演算手段６で演算した割増し係
数αを流速Ｖに乗算して管内の平均流速VAVを算出する
乗算手段であり、センサ１と径深演算手段5,割増し係数
演算手段6,乗算手段７及び管径Ｄ等を入力する入力手段
で平均流速測定装置の制御部を構成している。
８は流量演算手段であり、流量演算手段８は径深演算
手段５で算出した流水断面積Ａと平均流速VAVから流量
Ｑを算出する。
手段５で算出した流水断面積Ａと平均流速VAVから流量
Ｑを算出する。
上記のように構成された実施例の動作を説明するにあ
たり、まずこの発明の原理を説明する。
たり、まずこの発明の原理を説明する。
第５図（ａ），（ｂ）に示すように、自然流下方式に
よる管11内の流速は等速度分布をするものと想定され、
その流速分布13は水面12の位置により変化する。いま
た、管底部で計測した流速Ｖと管内の速度分布を考慮し
た平均流速VAVとの比率である割増し係数α＝VAV/Vが求
められると、計測した流速Ｖと割増し係数αとから平均
流速VAVが算出される。
よる管11内の流速は等速度分布をするものと想定され、
その流速分布13は水面12の位置により変化する。いま
た、管底部で計測した流速Ｖと管内の速度分布を考慮し
た平均流速VAVとの比率である割増し係数α＝VAV/Vが求
められると、計測した流速Ｖと割増し係数αとから平均
流速VAVが算出される。
ここで、流速分布13を対数分布と仮定すると、開水路
の速度分布はカルマンの対数法則によると（１）式で表
わされる。
の速度分布はカルマンの対数法則によると（１）式で表
わされる。
但し、g:重力加速度 R:径深 I:管底勾配 H:水深 y:管底に対するセンサ取付位置 k:カルマン定数（＝0.4） （１）式より したがって、平均流速VAVは（３）式で求めることがで
きる。
きる。
（２），（３）式より 一般に、下水管路は完全粗面と考えられることから、流
体摩擦係数をｆとすると、 但し、ksは相当粗度 （５）式より （４）式と（６）式とから割増し係数αを（７）式で得
ることができる。
体摩擦係数をｆとすると、 但し、ksは相当粗度 （５）式より （４）式と（６）式とから割増し係数αを（７）式で得
ることができる。
（７）式に示すように割増し係数αは管径D,水深H,セ
ンサ取付位置ｙ及び相当粗度ksの関数となり、センサ取
付位置ｙが一定の場合は相対水深H/Dの増加とともに大
きくなるが、管底勾配とは無関係になる。
ンサ取付位置ｙ及び相当粗度ksの関数となり、センサ取
付位置ｙが一定の場合は相対水深H/Dの増加とともに大
きくなるが、管底勾配とは無関係になる。
また、（７）式に示す相当粗度ksを正確に得ることは
困難であるが、相当粗度ksの変動は割増し係数αの算出
に際して殆ど影響を与えない。したがって、相当粗度ks
としては管の種類に応じた平均的な相当粗度ksを使用し
てもよい。
困難であるが、相当粗度ksの変動は割増し係数αの算出
に際して殆ど影響を与えない。したがって、相当粗度ks
としては管の種類に応じた平均的な相当粗度ksを使用し
てもよい。
そこで、管径Ｄと相当粗度ksを既知数として、センサ
１を一定位置ｙに設置して水深Ｈを計測することによ
り、その水深Ｈに対応した割増し係数αを算出すること
ができる。
１を一定位置ｙに設置して水深Ｈを計測することによ
り、その水深Ｈに対応した割増し係数αを算出すること
ができる。
以下、上記原理に基くこの発明の実施例の動作を説明
する。
する。
まず、第３図の斜視図に示すように上端部にターンバ
ックル14を有する環状のセンサホルダ15を使用して先端
を上流側に向けたセンサ１を管11の底部から一定位置ｙ
に設置する。なお、第３図において、16はセンサケーブ
ルである。
ックル14を有する環状のセンサホルダ15を使用して先端
を上流側に向けたセンサ１を管11の底部から一定位置ｙ
に設置する。なお、第３図において、16はセンサケーブ
ルである。
次に、センサ１の流速計２でセンサ取付位置ｙにおけ
る流速Ｖを計測し、同時に水位計３により水面12までの
水深Ｈを計測する。一方、入力手段で測定する管11の管
径D,相当粗度ks及びセンサ取付位置ｙを平均流速測定装
置の制御部に入力する。この入力された管径Ｄと水位計
３により計測された水深Ｈにより径深演算手段５で管11
内の流水断面積Ａと流水に接している管11の周長Ｌを算
出し、算出した流水断面積Ａと周長Ｌとから径深Ｒを算
出する。算出された径深Ｒは割増し係数演算手段６に送
られ、割増し係数演算手段６で径深７と水位計３で計測
した水深Ｈと入力手段で入力された相当粗度ks及びセン
サ取付位置ｙにより（７）式に示す演算が行なわれて、
割増し係数αが算出される。
る流速Ｖを計測し、同時に水位計３により水面12までの
水深Ｈを計測する。一方、入力手段で測定する管11の管
径D,相当粗度ks及びセンサ取付位置ｙを平均流速測定装
置の制御部に入力する。この入力された管径Ｄと水位計
３により計測された水深Ｈにより径深演算手段５で管11
内の流水断面積Ａと流水に接している管11の周長Ｌを算
出し、算出した流水断面積Ａと周長Ｌとから径深Ｒを算
出する。算出された径深Ｒは割増し係数演算手段６に送
られ、割増し係数演算手段６で径深７と水位計３で計測
した水深Ｈと入力手段で入力された相当粗度ks及びセン
サ取付位置ｙにより（７）式に示す演算が行なわれて、
割増し係数αが算出される。
第４図は横軸に相対水深H/D,縦軸に割増し係数αをと
り、管径口＝800mmの管11で水深Ｈを変えながら（７）
式により算出した割増し係数αと、実際にセンサ取付位
置ｙを含む複数箇所で流速を計測して得た平均流速とか
ら得た割増し係数αの分布特性を示す。図において、曲
線ａは（７）式により求めた理論値、複数の点ｂは実際
の計測により求めた計測値である。図に示すように、
（７）式により求めた割増し係数αと実際の計測値から
得た割増し係数αとの誤差は３σの管理限界内にすべて
含まれ、ほとんど１σ内に含まれている。このため、割
増し係数演算手段６で実際に合った割増し係数αを算出
することができる。
り、管径口＝800mmの管11で水深Ｈを変えながら（７）
式により算出した割増し係数αと、実際にセンサ取付位
置ｙを含む複数箇所で流速を計測して得た平均流速とか
ら得た割増し係数αの分布特性を示す。図において、曲
線ａは（７）式により求めた理論値、複数の点ｂは実際
の計測により求めた計測値である。図に示すように、
（７）式により求めた割増し係数αと実際の計測値から
得た割増し係数αとの誤差は３σの管理限界内にすべて
含まれ、ほとんど１σ内に含まれている。このため、割
増し係数演算手段６で実際に合った割増し係数αを算出
することができる。
この算出された割増し係数αが乗算手段７に送られ
る。一方、乗算手段７にはセンサ１の流速計２で計測さ
れた流速Ｖも送られ、乗算手段７で流速Ｖに割増し係数
αが乗算されて、管11内の平均流速VAVが算出される。
そして、算出した平均流速VAVを流量演算手段８に送
り、径深演算手段５で算出した流水断面積Ａを乗算する
ことにより、管11内の流量Ｑを算出することができる。
る。一方、乗算手段７にはセンサ１の流速計２で計測さ
れた流速Ｖも送られ、乗算手段７で流速Ｖに割増し係数
αが乗算されて、管11内の平均流速VAVが算出される。
そして、算出した平均流速VAVを流量演算手段８に送
り、径深演算手段５で算出した流水断面積Ａを乗算する
ことにより、管11内の流量Ｑを算出することができる。
なお、上記実施例において、流速計２で流速Ｖを複数
回計測し、その平均値から平均流速VAVを算出すること
により、平均流速VAV高精度で算出することができる。
回計測し、その平均値から平均流速VAVを算出すること
により、平均流速VAV高精度で算出することができる。
［発明の効果］ この発明は以上説明したように、管内底部に設置した
水位計と流速計からなるセンサで管内の水深Ｈと管底部
の流速Ｖを検出し、検出した水深Ｈと既知の管径Ｄと管
の種類で定まる相当粗度ks及びセンサの取付位置ｙとか
ら水深Ｈと相当粗度ksにより変動する割増し係数αを算
出し、この割増し係数αを検出した流速Ｖに乗算して補
正することにより管内の平均流速VAVを算出するように
したから、相対水深H/Dと管内面の抵抗係数を考慮して
平均流速VAVを求めることができ、平均流速VAVの測定精
度を大幅に高めることができる。
水位計と流速計からなるセンサで管内の水深Ｈと管底部
の流速Ｖを検出し、検出した水深Ｈと既知の管径Ｄと管
の種類で定まる相当粗度ks及びセンサの取付位置ｙとか
ら水深Ｈと相当粗度ksにより変動する割増し係数αを算
出し、この割増し係数αを検出した流速Ｖに乗算して補
正することにより管内の平均流速VAVを算出するように
したから、相対水深H/Dと管内面の抵抗係数を考慮して
平均流速VAVを求めることができ、平均流速VAVの測定精
度を大幅に高めることができる。
また、センサに一体で設置された流速計と水位計で流
速Ｖと水深Ｈを計測することにより、ただちに平均流速
VAVを得ることができるから、時間的変動が大きい下水
管渠内の流量を高精度で得ることができる。
速Ｖと水深Ｈを計測することにより、ただちに平均流速
VAVを得ることができるから、時間的変動が大きい下水
管渠内の流量を高精度で得ることができる。
第１図はこの発明の実施例に係る平均流速測定装置を示
すブロック図、第２図は上記実施例のセンサの構造を示
す説明図、第３図は管に対するセンサの取付状態を示す
斜視図、第４図は相対水深H/Dと割増し係数αの特性
図、第５図（ａ），（ｂ）は各々管内の流速分布を示す
流速分布図、第６図は従来例における補正係数ｆ（Ｈ）
を示す補正係数特性図である。 １……センサ、２……流速計、３……水位計、５……径
深演算手段、６……割増し係数演算手段、７……乗算手
段。
すブロック図、第２図は上記実施例のセンサの構造を示
す説明図、第３図は管に対するセンサの取付状態を示す
斜視図、第４図は相対水深H/Dと割増し係数αの特性
図、第５図（ａ），（ｂ）は各々管内の流速分布を示す
流速分布図、第６図は従来例における補正係数ｆ（Ｈ）
を示す補正係数特性図である。 １……センサ、２……流速計、３……水位計、５……径
深演算手段、６……割増し係数演算手段、７……乗算手
段。
Claims (1)
- 【請求項１】管内底部に水位計と流速計とからなるセン
サを設置して管内の水深Ｈと管底部の流速Ｖを検出し、 上記水位計で検出した水深Ｈと管径Ｄとから流水断面積
で定まる径深Ｒを算出し、 算出した径深Ｒと管の種類で定まる平均的な相当粗度ks
と上記センサの管底に対する取付位置ｙ及び検出した水
深Ｈとから次式で定まる割増し係数αを算出し、 算出した割増し係数αに上記流速計で検出した管底部の
流速Ｖを乗算して平均流速を算出することを特徴とする
管渠内の平均流速測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1245076A JPH0820291B2 (ja) | 1989-09-22 | 1989-09-22 | 管渠内の平均流速測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1245076A JPH0820291B2 (ja) | 1989-09-22 | 1989-09-22 | 管渠内の平均流速測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03108613A JPH03108613A (ja) | 1991-05-08 |
| JPH0820291B2 true JPH0820291B2 (ja) | 1996-03-04 |
Family
ID=17128239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1245076A Expired - Lifetime JPH0820291B2 (ja) | 1989-09-22 | 1989-09-22 | 管渠内の平均流速測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0820291B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220158135A (ko) * | 2021-05-20 | 2022-11-30 | (주) 그린텍아이엔씨 | 관거용 유량 측정시스템의 수위에 따른 유량 보정방법 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07209045A (ja) * | 1994-01-07 | 1995-08-11 | Yasushi Nakashin | 形状認識による暗渠流量測定システム |
| JP4944622B2 (ja) * | 2007-01-17 | 2012-06-06 | 古河電気工業株式会社 | 流速測定システム |
| CN108775931B (zh) * | 2018-04-13 | 2019-11-26 | 中南大学 | 一种高温熔体排量的计量与监控方法 |
| CN113944886B (zh) * | 2021-10-12 | 2023-08-08 | 天津精仪精测科技有限公司 | 一种管道锈瘤检测方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4083246A (en) * | 1977-02-28 | 1978-04-11 | Marsh-Mcbirney, Inc. | Fluid flow meter |
-
1989
- 1989-09-22 JP JP1245076A patent/JPH0820291B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03108613A (ja) | 1991-05-08 |
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