一体化量水堰计校准

一体化量水堰计校准

一、适用范围

一体化量水堰计由量水堰槽（薄壁堰、宽顶堰、三角形剖面堰、平坦 V 形堰、巴歇尔槽或无喉道槽）与水位传感单元、数据处理模块、供电及通信单元集成构成，用于明渠、渠道、排水沟及坝体渗流沟的流量连续监测。校准对象为整套测量系统，包括堰槽几何尺寸、水位测量通道、水位—流量换算关系及输出量（瞬时流量、累积水量）。

堰槽作为测量系统的一部分，其计量性能需在土建、堰体、传感器、二次仪表完成安装并通水运行后，以整套系统进行现场校准或检定。单独对未安装的堰板出具检定结论不具备计量效力。

二、测量原理

一体化量水堰计以堰流理论为基础。水流通过特定形状的堰口时，在堰板上游形成稳定的水位与流量对应关系，传感器测得堰上水头后，由内置算法按对应堰型的换算关系输出瞬时流量与累积水量。

传感器输出的是相对于基准值的变化量，实际堰上水头由当前实测值与基准值之差确定。不同类型堰口的换算关系不同：三角堰适用于小流量，矩形堰、梯形堰适用于较大流量，梯形堰与矩形堰的换算还需引入堰口底宽、堰高等几何参数。

不同厂家对实测值与基准值的符号约定可能相反（部分设备水位上升时读数减小），换算时应以设备说明书给出的关系式为准。

三、校准依据与计量特性

主要技术依据包括：

JJG 711—1990《明渠堰槽流量计（试行）》，适用于标准量水堰槽及与堰槽配接的水位传感器、水位流量显示仪表构成的明渠流量计的检定；

JJG（水利）004—2015《明渠堰槽流量计计量检定规程》，适用于首次检定、后续检定和使用中检查；

地方在线校准规范，如 JJF（冀）235—2024《明渠堰槽流量计在线校准规范》；

HJ 353—2019、HJ 354—2019、HJ 355—2019 对水污染源在线监测系统流量监测单元的安装、验收与运行比对要求。

计量特性包括两项：

水位示值误差与重复性；

流量示值误差与重复性。

典型量化指标示例：三角形缺口薄壁堰流量最大允许误差 ±3%，巴歇尔槽自由出流 ±4%。具体限值应按所执行的规程或规范中对应堰型的条款确定。

四、校准条件

环境条件

水流平稳，无暴雨、泄洪、放水等引起的剧烈波动；

避开大风、强降雨天气；气温稳定，避免昼夜温差大的时段作业；

安装于混凝土结构内的设备，应在水化热完全消散后开展校准。

计量标准及配套设备

经检定或校准的水位标准器（标准液位装置、量块或经溯源的水尺）；

便携式明渠流量计比对装置或其他标准流量装置；

读数仪或自动化采集设备；

游标卡尺、钢卷尺等几何尺寸量具，用于核验堰口宽度、堰高、堰板厚度。

配套设备的准确度等级应优于被校设备相应指标的要求，通常按三分之一至五分之一的关系选取。

五、校准项目与校准方法

5.1 基准值校准

基准值是水位—流量换算的起点，其偏差会等量传递到全部水头与流量计算结果。

操作步骤：

在堰上水头大于零的稳定工况下，用卡尺或水尺人工测量实际堰上水头；

同步读取传感器实测值；

按设备说明书给出的关系式，由两者之差计算基准值；

重复操作不少于两次，两次结果基本一致时取用。

采用多次读数取平均的方式时，应选取相同时段、稳定气温条件下的 3 次相近读数取平均作为基准值，3 次测量值最大偏差宜不大于满量程的 0.5%；超差时应重新测量并排查传感器或环境干扰。

5.2 水位示值校准

在测量范围内选取不少于 3 个校准点，宜分布在量程的 25%、50%、75% 附近。

步骤：

将标准液位装置或经溯源的水位标准器置于校准点；

逐点同步记录被校设备水位示值与标准值；

计算各点示值误差，即被校设备示值与标准值之差；

每点重复测量不少于 3 次，以同一点多次测量结果的最大差值评估重复性。

常见做法将水位示值误差控制在 ±0.5 mm 以内，最终判定限值以所执行规程为准。

5.3 流量示值校准与在线比对

流量示值校准通过标准流量装置或在标准堰槽上进行比对实现。

在线比对步骤：

将便携式标准流量计与在线设备的传感器安装在同一水位观测断面，垂直固定；

按现场堰槽类型设置参数，输入喉道宽度、堰口底宽、坡度等实测值；

同步采集液位数据，每 2 分钟记录一组，连续不少于 6 组；

同步采集累积流量，采集时长不少于 10 分钟；

分别计算液位差值与流量相对误差，流量相对误差为两台设备累积流量之差的绝对值与在线设备累积流量之比，以百分数表示；

高流速工况下延长单次测量时长至 20～30 分钟，以降低波动影响。

判定后出现超差时，依次核查：堰槽类型与参数设置是否与现场一致、基准值是否漂移、传感器安装高度与水平度、堰前是否淤积或存在杂物、水流是否处于自由出流状态。

5.4 重复性

各校准点在相同条件下重复测量不少于 3 次，取最大差值或实验标准偏差作为重复性指标，结果应满足所执行规范对应条款的要求。

六、校准结果处理

参数调整：校准后如需修正，应调整基准值或流量系数，调整后重新验证；

原始记录：记录校准时间、环境温度、校准点、标准值、被校示值、误差计算值、校准人员；基准值校准应保存 3 次原始数据；

校准证书：给出水位示值误差、流量示值误差、重复性、测量不确定度及所用计量标准信息；

不确定度评定：按 JJF 1059.1—2012 执行，分量通常包括标准器不确定度、水位测量重复性、堰槽几何尺寸偏差、流量换算关系引入的不确定度。

七、复校时间间隔

按 JJG 711—1990 执行检定的，检定周期为 2 年；

按地方在线校准规范执行的，复校时间间隔建议为 1 年；

用于水污染源在线监测的流量监测单元，按 HJ 355—2019 要求每季度至少进行 1 次比对试验；

遭遇地震、洪水、设备检修或数据出现异常漂移后，应立即复校。

八、影响校准结果的因素

因素	表现	处置
堰前淤积、水草杂物	水位抬高，流量计算值偏大	清理堰槽及上游行近段
堰口边缘毛刺、缺损	出流形态改变	修复或更换堰板
行近段长度不足	流速分布不均，水头不稳定	保证上游顺直段长度不小于最大水头的 5 倍
淹没出流	自由出流关系失效	改造下游，恢复自由出流
温度漂移	零点与灵敏度偏移	启用温度补偿，缩短复校周期
传感器安装松动	基准值漂移	重新固定并重新校准基准值
电缆屏蔽不良、靠近干扰源	读数跳变	检查屏蔽层与接地