JPS6236093Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は開渠、暗渠および管渠などを流れる上
下水または産業排水などの流量を超音波レベル計
および流速計を用いて測定するようにした流量測
定装置に関する。

開渠または暗渠などのような自由水面をもつ水
路の流量測定手段としては、古くから水位と流量
曲線を利用するＨ−Ｑカーブ方式と言われる方式
が利用されてきた例えば下記(1)式のマニング公式
によれば粗度係数ｎおよび水路勾配Ｉを予め決め
ると、動水半径（径深）Ｒは水位Ｈの関数として
一義的に決まるから、水位Ｈを測定するだけで、
平均流速を求めることができる。

一方、流水断面積Ａも水位Ｈだけの関数である
から、流量Ｑは Ｑ＝Ａ・ …(2) として求められる。このようなＨ−Ｑカーブ方
式は極めて簡単な流量測定手段であるが粗度係数
ｎおよび勾配Ｉが余りにも一義的に過ぎて測定精
度が良くないという欠点がある。粗度係数ｎおよ
び勾配Ｉの変化はいづれも流速の変化として現わ
れることを利用して測定精度を著しく向上させる
ことができる。すなわち超音波レベル計による水
位Ｈ、流速計による流路Vpおよび流量係数演算
器による水位Ｈの関数として演算される流量係数
Kqとから流量Ｑを下記(3)式で示す流量測定装置
が知られている。

Ｑ＝Kq・Vp …(3) 従来、この種の流量測定装置としては例えば第
１図に示すようなものがある。第１図は従来装置
を概念的に示すブロツク図で、３は、たとえば超
音波レベル計であつて水路６の頂部で水面より上
方に超音波の送受波器３ａを適宜配装し、管底Ｂ
から水面までの水位Ｈを測定する。２は、以下に
詳述する流量係数演算器である。１は水路６の流
速計で点流速を測定する例えばトツプラー流速計
や線流速を測定する例えばシングアラウンド流速
計である。４は流量係数演算器２と流速計１との
両出力を乗じて水路６の流量を出力する乗算器で
ある。５は乗算器４の出力を記録したり、積算表
示したりする表示器である。上記流速計１にドツ
プラー流速計を使用する場合には、そのプロープ
１ａおよび１ｂを水路６の両側部であつて、管底
Ｂから所定の高さの位置P₁とP₂にそれぞれ固定配
置し、管中心を含む鉛直面内の点Ｐにおける流速
Vpを測定できるようにする。またシングアラウ
ンド流速計を使用する場合にはプロープ１ａおよ
び１ｂによる測線P₁，P₂間の平均流速Vlを測定
できるようにするものである。なお、点流速Vp
を計測しうる流速計としては、羽根車式、渦流
式、ピトー管式およびレーザー方式等のカレント
メータがあり、これらを適宜使用することは任意
である。流量係数演算器２は関数発生器よりな
り、超音波レベル計３で検出した水位Ｈの信号を
入力して、水位により一義的に定まる流水断面積
Ａと、予め適宜設定可能な点補正係数Kpとの積
である。流量計数Kqを出力する機能をもつ。こ
こに、流水断面積Ａと水位Ｈとの一義的な特性関
係は、水路６が第１図のような円形管渠の形態を
もつ場合には、第３図の曲線Ａで示される。第３
図は流量係数演算器における入出力特性を説明す
る図である。上記点補正係数Kpは実験または理
論的な手法により下記(4)式で定義することがで
き、それを第３図に曲線Kpとして示す。

Kp＝／Vp …(4) ここで：平均流速（流量Ｑ／流水断面積Ａ） Vp：トツプラー流速計で測定した点Ｐの 流速 また流量係数演算器２の出力は点補正係数Kp
と流水断面積Ａとの積であるから、下記(5)式で定
義することができ、それを第３図に曲線Kqとし
て示す。

Kq＝Kp・Ａ …(5) 所定の水路に応じて与えられる(5)式の特性をこ
の流量係数演算器２に予め適宜設定しておき、水
路の水位Ｈに対応して、その時点の出力である流
量係数Kqを得るようにする。かくして乗算器４
は流量係数演算器２の出力Kqと流速計１の出力
Vpとを入力して上記(3)式によつて流量Ｑを演算
し、表示器６に表示する。

しかしながら、このような従来の流量測定装置
にあつては、水位の測定に利用される超音波レベ
ル計３の送受波器３ａは水路６の水面から上方に
設けられ零から満水水位までを測定範囲として設
定されているため、測定範囲と測定水位の関係か
ら水位が低水位の時は測定精度が低下し、この水
位に基づいて関数関係にある流水断面Ａならびに
流量係数Kqが演算される結果、水位の誤差は
益々大きく流量に影響を与え、流量測定の精度を
著るしく低下させるという欠陥があつた。

本考案はこのような従来の欠陥に着目してなさ
れたもので、流量の重み付けが水位の精度に大き
く依存する流量測定装置において、水路の水位が
低水位の場合に水位の測定精度を著るしく向上で
きる流量測定装置を提供することを目的とする。

このため本考案は流量測定装置として、レベル
測定用送受波器を上記水路の水面より上方に設け
ると同時に上記水路の水底にも設け、上記水位に
よつて適時両者のレベル測定用送受波器からの入
力を切換えて上記水位を測定する超音波レベル計
を具備することを特徴とする。

水路の流量測定に際し、水路の水位が所定の低
水位かまたはこれより低下したときはこれを検出
し、切換器を作動して水底に配設したレベル測定
用の送受波器のみを利用し、水底から超音波を発
射し、水面から反射してくる反射波を入射して水
位を測定し、低水位時の水位の測定精度を著るし
く向上し、流量の測定精度に大きな好結果をもた
らすことができる。

以下、本考案を図面に基づいて説明する。第２
図は本考案の流量測定装置の一実施例を示すブロ
ツク図である。第２図で第１図と同付号のものは
同名称のブロツクを示し、その構成作用の説明を
省略する。７は超音波レベル計３に水位判定器８
と切換器９を付加した超音波レベル計で、そのレ
ベル測定用送受波器３ａを水路６の水面より上方
に設けると同時にレベル測定用送受波器１０を水
路６の水底Ｂにも設け、水路６の水位によつて適
時、送受波器３ａと１０からの入力を切換器９に
よつて切換えて水位を測定するものである。すな
わち超音波レベル計３の出力を２分岐して、その
一つは流量係数演算器２へ接続し、他の一つは水
位判定器８へ接続する。超音波レベル計７の出力
水位が水位判定器８において設定水位かまたはそ
れより底水位となるときは自蔵する比較回路から
自動的に出力信号が発生して切換器９へ出力さ
れ、切換器９が作動し、水底Ｂに設置した送受波
器１０により測定された水位の信号が入力して超
音波レベル計７の出力となる。次に上記出力水位
が水位判定器８において設定水位より高水位とな
るときは比較回路から出力信号が発生せず、切換
器９は作動せず元の状態に復帰する。すなわち送
受波器３ａにより測定された水位の信号が入力し
て超音波レベル計７の出力となる。従つて水路６
の満水水位Ｄ、現在の水位をＨ、一例として水位
判定器８の設定水位をＤ／３と設定すると、今現
在の水位ＨがＤ／３か又はそれより小さい場合に
超音波レベル計７の出力は送受波器１０により測
定された水位を示し、その測定精度はＨ／Ｄ／３＝ ３・Ｈ／Ｄで、送受波器３ａにより測定された水
位、すなわち従来の超音波レベル計３による同水
位Ｈのときの測定精度Ｈ／Ｄの３倍に改善され
る。

以上説明してきたように、本考案によれば水路
の流量測定に際して、水位が満水時の水位に比
べ、著るしく低水位にある場合に充分な精度をも
つて水位の測定が可能で、特に流量の重み付けが
水位の精度に大きく依存する流量測定装置におい
て著るしい効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の流量測定装置の実施例を示すブ
ロツク図、第２図は本考案の流量測定装置の一実
施例を示すブロツク図、第３図は流量係数演算器
における入出力特性を説明する図である。 １……流速計、２……流量係数演算器、３……
超音波レベル計、４……乗算器、５……表示器、
６……水路、７……超音波レベル計、８……水位
判定器、９……切換器、３ａと１０……送受波
器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 水路の水位を測定する超音波レベル計と、該水
   路の流速を測定する流速計と流量係数演算器とを
   備えた流量測定装置において、レベル測定用送受
   波器を上記水路の水面より上方に設けると同時に
   上記水路の水底にも設け、上記水位によつて適時
   両者のレベル測定用送受波器からの入力を切換え
   て上記水位を測定する超音波レベル計を具備する
   ことを特徴とする流量測定装置。