明渠流量計の概要と動作原理

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　　工業廃水の排出には、圧力配管や明渠、無圧配管などの無圧排出形態が含まれる。圧力配管を通じて排出される汚水の流量を測定するのは比較的簡単で、電磁式、レーザー式、ヴェンチュリー圧力差式などの配管流量計を用いて測定することができる。我が国では現在、汚水の排出は主に無圧の開渠による方法が採用されており、汚水開渠用流量計は、このような排出方式における汚水の計量問題を解決するために設計されたものです。 　　1、開水路流量計の動作原理と構成　開水路の汚水流量の測定には、一般的にバルジタンクや薄壁堰が用いられており、その原理はいずれも流量制御型の測定技術に属する。測定の対象となるのは、流量制御装置の上流と下流の水位差であり、この水位差から流量断面における瞬間流量を算出することができる。 　　開水路汚水流量計は、計量堰（測流槽）、液面センサー、二次計器で構成されている。それぞれ、水頭の形成（標準流）、水位の測定、流量の計算といった作業を行う。 　　2、堰・槽の種類及び適用範囲　　2.1 計量堰　　水流を遮断し、その上部から水流を溢れさせることができる施設を堰という。堰には多くの種類がある。厚さによっては、薄壁堰（堰壁の厚さが幾何水頭の0.67倍未満）、適用堰、広頂堰に分けられる。断面形状によっては、三角形堰、台形堰、等幅堰などがある。また、噴流と下流の水位との接続形態によっては、浸水堰と非浸水堰に分けられる。 　　よく使われるのは、薄壁三角形堰、薄壁台形堰、薄壁矩形堰です。 　　一定の条件の下で、特定の薄壁堰においては、流量と幾何学的水頭高さは一定の関数関係にあるため、これに基づいて汚水の流量を測定することができる。 　　水位堰を用いて流量を測定する場合、水頭損失が大きくなるため、懸濁物が少なく、繊維質の物質を含まない汚水の測定に適している。 　　2.2 流量測定用水路　側面が狭くなっている幅広の堰で、堰の高さがゼロの場合を水路と呼ぶ。これは堰の特殊な変形形態であり、短い喉部を持つ水路（パスカル水路）、喉部のない水路（ソーン水路）、長い喉部を持つ水路などに分類される。 　　明渠流量計測には、一般的にパッシェルタンクが用いられる。 　　一定の条件の下で、特定のパッシャンタンクにおいては、流量は上流の水位と一定の関数関係にあるため、これに基づいて汚水の流量を測定することができる。 　　流量測定用水路で流量を測定する場合、水頭損失が小さく、適用可能な水質条件の範囲が広い。汚水の測定に使用する際は、水路の内壁に付着した水生生物を定期的に除去し、内壁を滑らかに保つ必要がある。 　　3、水位センサー　水位を測定する方法には様々なものがあり、主に超音波式水位センサー、圧力式水位センサー、容量式水位センサー、フロート式水位センサーなどがある。これらの液面センサーにはそれぞれ特徴があり、適用範囲も異なります。 　　3.1 超音波液面センサー　超音波センサーは超音波測距法の具体的な応用であり、非接触で流量を計測できることが特徴で、適用範囲が広い。しかし、液面が超音波を良好に反射する必要があり、泡や異物、生物の汚れなどによる不適切な反射があると、大きな誤差が生じる。また、超音波は温度や気圧、風速といった天候要因の影響も受けます。これらの影響因子は補正することが可能ですが、装置の構造が複雑でコストも高くなります。 　　3.2 圧力式液位センサー　その特徴は、設置が簡単であることです。しかし、測定対象の液体の比重をほぼ一定に保つ必要があるため、比重の変動が大きい汚水への適用は制限される。また、汚水で使用する際は、圧力測定孔が詰まらないように注意する必要があります。 　　3.3 静電容量式油圧センサー　その特徴は可動部品がないことですが、絶縁媒体の機械的強度と誘電特性を両立させるのが難しく、また媒体が温度の影響を受けて静電容量が変化し測定精度が低下します。さらに、汚水の中で使用する場合は、電極表面を定期的に清掃する必要があります。 　　3.4 フロート式液面センサー　その特徴はコストが低く、水質の影響を受けず、適用範囲が広いことです。ただし、水の比重がほぼ一定であることが求められ、またフロートの表面に付着した物質がフロートの比重に与える影響にも注意する必要があります。 　　4、二次計器　二次計器とは、液面センサーの電圧（流量）信号を受信し、それに基づいて汚水の流量を積算する自動装置であり、瞬間流量だけでなく累積流量も得ることができる。レコーダーに接続して流量の変化を観察でき、またマイコンに接続することで流量の自動監視を実現できる。 　　流量計測は企業の経済的な会計処理において重要な根拠となります。正確で信頼性の高い流量計測は、企業の正常な生産を維持するための前提条件であり、最適な経済効果を実現するための重要な手段の一つです。