Chỉ số dưới:

1  phía dòng vào

2  phía dòng ra

e  hiệu dụng

r  hình chữ nhật

t  hình tam giác

5  Nguyên lý

Lưu lượng qua đập thành mỏng là một hàm của cột áp phía dòng vào ở trên đập (đối với dòng tự do), cột áp phía dòng vào và cột áp phía dòng ra (đối với dòng tràn), kích cỡ và hình dáng của diện tích dòng chảy và hệ số chảy được xác định bằng thực nghiệm có tính đến cột áp, các đặc tính hình học của đập, kênh dẫn và các tính chất động học của nước.

6  Lắp đặt

...

...

...

Các yêu cầu chung của việc lắp đặt đập được trình bày trong các điều dưới đây. Các yêu cầu đặc biệt của các loại đập khác được trình bày trong các phần liên quan đến các đập cụ thể (xem Điều 9 và 10).

6.2  Lựa chọn hiện trường

Loại đập được sử dụng để đo lưu lượng được xác định một phần dựa vào tính chất của hiện trường đo dự kiến. Tùy thuộc điều kiện thiết kế và sử dụng, các đập phải được đặt trong các máng hình chữ nhật hoặc trong các vỏ đập mô phỏng các điều kiện dòng chảy trong máng hình chữ nhật. Với điều kiện khác, đập có thể được đặt trong các kênh tự nhiên cũng như các máng hoặc vỏ đập mà không gây ra sự sai lệch đáng kể nào về độ chính xác của phép đo. Những yêu cầu liên quan đến hiện trường cụ thể của việc lắp đặt được trình bày trong 6.3.

6.3  Điều kiện lắp đặt

6.3.1  Quy định chung

Các tính chất vật lí của đập và kênh đặt đập ảnh hưởng lớn đến dòng chảy qua đập. Đập thành mỏng đặc biệt phụ thuộc vào các tính năng lắp đặt vì nó kiểm soát phân bố vận tốc trong kênh dẫn và trong công trình và việc bảo dưỡng đỉnh đập phù hợp với các quy định.

6.3.2  Đập

Đập thành mỏng phải đặt thẳng đứng và vuông góc với các thành của kênh. Chỗ giao nhau giữa thành đập với các thành và đáy kênh không được thấm nước và phải vững chắc, đập phải có khả năng chịu được dòng lớn nhất mà không bị biến dạng hoặc phá hủy.

Các giới hạn thực nghiệm được công bố đi kèm với công thức tính lưu lượng khác như chiều rộng nhỏ nhất, chiều cao đập nhỏ nhất, cột áp nhỏ nhất và các giá trị lớn nhất của h/p và b/B (trong đó h là cột áp đo được, p là chiều cao của đỉnh so với đáy, b là chiều rộng đo được của rãnh xẻ và B là chiều rộng của kênh dẫn) là các yếu tố ảnh hưởng đến cả việc lựa chọn kiểu đập và việc lắp đặt.

...

...

...

Theo tiêu chuẩn này, kênh dẫn là một bộ phận của kênh đập khi mở rộng phía dòng vào từ đập một khoảng không nhỏ hơn năm lần chiều rộng của lưỡi nước tại cột áp lớn nhất. Nếu đập được đặt trong bể đập, chiều dài lí tưởng của bể phải bằng mười lần chiều rộng của lưỡi nước tại cột áp lớn nhất. Thông tin về việc sử dụng các bể đập nhỏ được nêu trong Phụ lục A.

Dòng trong kênh dẫn phải đồng đều và ổn định, với phân bố vận tốc gần như vận tốc trong kênh có chiều dài đủ lớn để phát triển dòng trong các kênh nhẵn, thẳng. Hình 1 minh họa các phân bố vận tốc đo được vuông góc với hướng dòng chảy trong các kênh hình chữ nhật, phía dòng vào do ảnh hưởng của đập. Các vách ngăn và bộ nắn dòng có thể được sử dụng để tạo ra phân bố vận tốc mong muốn nhưng vị trí của chúng so với đập phải không được nhỏ hơn chiều dài nhỏ nhất được quy định đối với kênh dẫn.

Ảnh hưởng của phân bố vận tốc của kênh dẫn trong dòng chảy qua đập tăng lên khi độ lớn của h/p và b/B tăng lên. Nếu việc lắp đặt đập làm cho phân bố vận tốc không đồng đều rõ rệt, sai số trong lưu lượng tính được phải được kiểm tra bằng phương pháp đo lưu lượng khác trong một phạm vi lưu lượng đại diện.

Nếu các điều kiện vào được đánh giá là không phù hợp thì các bộ nắn dòng phải được sử dụng theo Phụ lục B.

Nếu cột áp tối đa đo được ở giới hạn 2/3p đối với tất cả các loại đập thì có thể sử dụng bộ nắn dòng để giảm ảnh hưởng của chiều dài kênh dẫn đến B+ 3h_max đối với đập hình tam giác và hình chữ nhật, B = 5 h_max đối với đập có chiều rộng đầy đủ.

CHÚ THÍCH  Giới hạn này là cần thiết do nếu cột áp của đập quá cao thì quá dòng của mỗi vách ngăn của bộ nắn dòng dẫn đến biến dạng phân bố vận tốc ở kênh dẫn.

CHÚ THÍCH: Biên dạng gán với các giá trị vận tốc dòng cục bộ liên quan đến vận tốc mặt cắt ngang trung bình.

Hình 1 - Các ví dụ về sự phân bố vận tốc chuẩn trong các kênh hình chữ nhật

...

...

...

Đối với hầu hết các ứng dụng, mức nước trong kênh phía dòng ra phải nằm dưới đỉnh một đoạn đủ lớn theo chiều thẳng đứng để đảm bảo cho các dòng chảy thông hoàn toàn, tự do. Dòng chảy tự do (không tràn) xuất hiện khi dòng độc lập với mức nước phía dòng ra. Dòng thông hoàn toàn xảy ra khi áp suất không khí trên bề mặt lưỡi nước được thông hoàn toàn. Hoạt động của dòng tràn được cho phép đối với các đập có chiều rộng đầy đủ dưới điều kiện xác định (xem 9.7.2). Trong các trường hợp này, các mức nước phía dòng ra có thể cao trên mức đỉnh.

7  Đo cột áp

7.1  Thiết bị đo cột áp

Để đạt được độ chính xác của phép đo dòng đã được quy định đối với các đập tiêu chuẩn, cột áp trên đập phải được đo bằng áp kế móc treo chia độ, áp kế điểm, áp kế hoặc các thiết bị đo áp có độ chính xác tương đương. Đối với phép ghi liên tục sự thay đổi của cột áp, các thiết bị đo mức chính xác và các thiết bị đo điểm hoạt động theo nguyên lí cơ cấu trợ lực (servo) có thể được sử dụng. Cọc tiêu và thước cuộn có thể được sử dụng trong trường hợp phép đo có độ chính xác thấp được chấp nhận.

Các quy định bổ sung đối với các thiết bị đo cột nước được nêu trong ISO 4373 ^[1].

7.2  Giếng tiêu năng hoặc giếng nổi

Đối với trường hợp ngoại lệ khi các vận tốc bề mặt và các hiện tượng rối trong kênh dẫn được bỏ qua, mức nước phía dòng vào có thể được đo trực tiếp (ví dụ, bằng áp kế điểm gắn trên mặt nước). Tuy nhiên, thông thường để tránh sự thay đổi mức nước do sóng, nhiễu loạn hoặc rung gây ra, mức nước phía dòng vào phải được đo trong một giếng tiêu năng độc lập.

Giếng tiêu năng độc lập được nối với kênh dẫn bằng một đoạn ống phù hợp, nếu cần thiết lắp thêm một van tiết lưu để làm giảm sự dao động. Tại cuối đường ống của kênh, đầu nối được nối với đáy kênh hoặc với các áp kế loại áp điện hoặc với một ống đo áp tĩnh tại vị trí đo cột áp.

Các quy định bổ sung đối với giếng tiêu năng được nêu trong ISO 1100-1^[2].

...

...

...

7.3.1  Đo cột áp phía dòng vào

Vị trí đo cột áp phải được đặt ở phía dòng vào nằm cách đập một khoảng đủ lớn để tránh khu vực có bề mặt bị hạ thấp do hình dáng của lưỡi nước gây ra. Mặt khác, nó vẫn phải đủ gần với đập để tổn hao năng lượng giữa vị trí đo cột áp và đập có thể bỏ qua. Đối với các đập được đề cập trong tiêu chuẩn này, vị trí đo cột áp phải thỏa mãn điều kiện nằm ở phía trước đập một khoảng bằng 2 đến 4 lần cột áp lớn nhất (2h_max đến 4h_max).

Nếu xuất hiện các vận tốc cao ở kênh dẫn hoặc các hiện tượng rối trên mặt nước hoặc các hiện tượng bất thường tại vị trí đo cột áp do các giá trị h/p hoặc b/B lớn cần phải lắp đặt một vài ống hút có áp để đảm bảo cột áp trong giếng có áp là áp suất trung bình đi qua vị trí đo.

Trong trường hợp đập thành mỏng có chiều rộng đầy đủ, ảnh hưởng của các tác động ma sát đến kênh phía dòng vào cần có sự điều chỉnh đối với hệ số lưu lượng tiêu chuẩn. Số hiệu chính áp dụng cho l / h hoặc h/p được nêu trong Bảng 1.

Bảng 1- Các hệ số được áp dụng đối với các giá trị của hệ số lưu lượng tiêu chuẩn

h/p

l / h

2

4

...

...

...

8

3,5 đến 4,0

1,00

1,00

0,96

0,92

3,0 đến 3,5

1,00

1,00

...

...

...

0,94

2,5 đến 3,0

1,00

1,00

0,98

0,96

2,0 đến 2,5

1,00

1,00

...

...

...

0,98

Nhỏ hơn 2,0

1,00

1,00

1,00

1,00

7.3.2  Đo cột áp phía dòng ra

Nếu đập phải làm việc trong phạm vi dòng tràn, phép đo cột áp phía dòng ra phải được thực hiện cùng với phép đo cột áp phía dòng vào. Vị trí đo cột áp phía dòng ra phải cách mặt phía dòng vào của đập một khoảng bằng 10h_max Nếu giếng tiêu năng bao gồm trong thiết kế thì phép đo cột áp phía dòng ra được khuyến nghị đặt cách xa đập ít nhất là 4h_max.

7.4  Mốc đo cột áp (mốc "0")

...

...

...

Do sức căng bề mặt, mốc "0" không thể xác định được với độ chính xác cần thiết bằng cách đọc cột áp khi nước trong kênh dẫn hạ thấp so với mức đỉnh biểu kiến (hoặc rãnh xẻ V).

8  Bảo dưỡng

Cần phải bảo dưỡng đập và kênh đập để đảm bảo độ chính xác của phép đo.

Kênh dẫn phải được giữ không có bùn đất, thực vật và các vật cản có thể gây ra các ảnh hưởng không có lợi đến các điều kiện dòng đã được quy định đối với việc lắp đặt tiêu chuẩn. Kênh phía dòng ra phải được giữ không có vật cản có thể gây ra hiện tượng tràn hoặc hiện tượng ngăn chặn thông lưỡi nước hoàn toàn dưới tất cả các điều kiện dòng.

Thành đập phải được giữ sạch sẽ và gia cố vững chắc. Trong khi vệ sinh đập lưu ý tránh làm hư hỏng đỉnh hoặc rãnh xẻ V đặc biệt là các cạnh và bề mặt phía dòng vào. Các quy định về cấu trúc đối với các bộ phận nhạy nhất này phải được xem xét trước khi thực hiện việc bảo dưỡng.

Các áp kế đo cột áp nối với các đường ống và giếng tiêu năng phải được vệ sinh sạch sẽ và kiểm tra về độ kín. Áp kế đo điểm hoặc treo, áp kế điện tử, tấm mức hoặc thiết bị khác thường được sử dụng để đo cột áp phải được kiểm tra định kì để đảm bảo độ chính xác.

Nếu bộ nắn dòng được sử dụng trong kênh dẫn, các thành đập có lỗ khoan phải được giữ sạch sẽ sao cho mặt cắt ngang trống phải lớn hơn 40 %.

9  Đập thành mỏng hình chữ nhật

9.1  Kiểu

...

...

...

Kích thước tính bằng milimet

CHÚ DẪN

1  mặt phía dòng vào của thành đập

2  vị trí đo cột áp, h₁

Hình 2 - Đập thành mỏng, xẻ rãnh - hình chữ nhật

9.2  Các quy định đối với đập tiêu chuẩn

Hình dạng của đập cơ bản gồm có xẻ rãnh hình chữ nhật trên một đập thành mỏng đặt thẳng đứng. Thành đập này phải phẳng và cứng đặt vuông góc với các thành và đáy của kênh dẫn. Bề mặt phía dòng vào của thành đập phải nhẵn (trong vùng lân cận của rãnh xẻ phải giống như bề mặt hoàn thiện của kim loại tấm đã được cán).

Đường trung tuyến thẳng đứng của rãnh xẻ phải cách đều hai thành của kênh. Bề mặt đỉnh của rãnh xẻ phải là một mặt phẳng nằm ngang có cạnh sắc tại các phần giao nhau với mặt phía dòng vào của thành đập. Chiều rộng của bề mặt đỉnh, được đo vuông góc với mặt của thành đập, phải trong khoảng 1 mm đến 2 mm. Các bề mặt bên cạnh của rãnh xẻ phải là các bề mặt phẳng, thẳng đứng tạo các cạnh sắc tại phần giao nhau với mặt phía dòng vào của thành đập. Đối với trường hợp đặc biệt, đập có chiều rộng đầy đủ, đỉnh của đập phải mở rộng đến các thành của kênh, miền lân cận của đỉnh phải phẳng và nhẵn (xem 9.3).

...

...

...

9.3  Các quy định về lắp đặt

Các quy định được nêu trong 6.3 phải được áp dụng. Thông thường, đập phải được đặt trong một kênh dẫn hình chữ nhật, nằm ngang, thẳng nếu có thể. Tuy nhiên, nếu khẩu độ hiệu dụng của rãnh xẻ nhỏ hơn nhiều so với mặt cắt ngang của kênh phía dòng vào thì vận tốc vào có thể bỏ qua, hình dạng của kênh không đóng vai trò quan trọng. Trong mọi trường hợp, dòng chảy trong kênh dẫn phải đồng đều và ổn định như đã được quy định trong 6.3.3.

Nếu chiều rộng của đập bằng với chiều rộng của kênh tại bộ phận đập (ví dụ, đập có chiều rộng đầy đủ), các cạnh phía dòng vào của kênh từ mặt đập phải thẳng đứng, phẳng, song song và nhẵn (giống như trên bề mặt hoàn thiện của kim loại tấm đã được cán). Các bên của kênh trên mức đỉnh của đập có chiều rộng đầy đủ phải mở rộng ít nhất một đoạn bằng 0,3h_max về phía dòng ra từ mặt của đập. Đảm bảo dòng chảy được thông hoàn toàn như đã quy định trong 6.3.4.

Đáy của kênh dẫn phải nhẵn, phẳng và nằm ngang khi chiều cao của đỉnh so với đáy (p) nhỏ và/hoặc h/p lớn. Đối với các đập hình chữ nhật, đáy phải nhẵn, phẳng và nằm ngang đặc biệt khi p nhỏ hơn 0,1 m và/hoặc h_max/p lớn hơn 1. Các điều kiện bổ sung được quy định trong việc lắp đặt đi kèm các công thức tính lưu lượng được đã được khuyến nghị.

9.4  Xác định điểm mốc "0"

Điểm mốc đo cột áp hay mốc "0" phải được xác định cẩn thận và phải được kiểm tra khi cần. Một phương pháp thông thường có thể chấp nhận được dùng để xác định mốc "0" đối với các đập hình chữ nhật được mô tả dưới đây:

a) Nước còn lại trong kênh dẫn phải được hạ xuống một mức thấp hơn đỉnh đập.

b) Áp kế móc treo tạm thời được gắn qua kênh dẫn, một khoảng cách ngắn phía dòng vào từ đỉnh đập.

c) Mức của máy ngắm chính xác phải được đặt cùng với trục ngang của nó, với một điểm cuối nằm trên đỉnh đập và điểm cuối còn lại trùng với điểm đặt của áp kế treo tạm thời (áp kế vừa được hiệu chỉnh để giữ mức ở vị trí này). Ghi lại số chỉ của áp kế tạm thời.

...

...

...

e) Sự khác nhau được tính toán giữa hai số chỉ của áp kế tạm thời được thêm vào số chỉ của áp kế cố định. Tổng là mốc "0" đối với áp kế cố định.

Hình 3 minh họa việc sử dụng qui trình gắn một dạng áp kế treo tạm thời một cách hợp lý trên thành đập.

CHÚ DẪN

1  Áp kế cố định

2  Áp kế treo tạm thời

3  Mức chính xác

4  Thước có độ chính xác đến micromet

5  Vít hãm

...

...

...

Hình 3 - Việc xác định mốc "0" đối với đập hình chữ nhật

9.5  Công thức tính lưu lượng - Tổng quát

Các công thức tính lưu lượng được khuyến nghị đối với các đập thành mỏng hình chữ nhật được trình bày thành ba nhóm:

a) Phương trình mô đun tính lưu lượng đối với dạng đập cơ bản (tất cả các giá trị b/B);

b) Phương trình mô đun tính lưu lượng đối với các đập có chiều rộng đầy đủ (b/B = 1,0);

c) Phương trình phi mô đun tính lưu lượng đối với các đập có chiều rộng đầy đủ.

9.6  Các công thức đối với dạng đập cơ bản (tất cả các giá trị b/B)

9.6.1  Công thức Kindsvater-Carter

                     (1)

...

...

...

C_d  là hệ số lưu lượng;

b_e  là chiều rộng hiệu dụng;

h_e  là cột áp hiệu dụng.

9.6.1.1  Đánh giá C_d, k_b và k_h

Hình 4 đưa ra các giá trị C_d được xác định bằng thực nghiệm là một hàm của h/p đối với các giá trị đại diện b/B. Các giá trị C_d đối với các giá trị trung gian b/B có thể được xác định bằng cách nội suy.

Hệ số lưu lượng C_d được xác định bằng thực nghiệm là một hàm số của hai biến từ công thức:

               (2)

Chiều rộng và cột áp hiệu dụng được xác định trong các phương trình (3) và (4):

b_e = b + k_b                     (3)

...

...

...

trong đó k_b và k_h là các đại lượng được xác định bằng thực nghiệm theo đơn vị mét, để bù cho các ảnh hưởng tổng hợp của độ nhớt và sức căng bề mặt.

CHÚ DẪN

X  giá trị của h/p

Y  giá trị của C_d

Hình 4 - Hệ số lưu lượng,

Hình 5 minh họa các giá trị k_b được xác định bằng thực nghiệm là một hàm của b/B.

Các thí nghiệm cho thấy rằng k_h có thể đạt được giá trị không đổi 0,001 m đối với các đập được xây dựng tuân thủ nghiêm ngặt theo các quy định đã được khuyến nghị.

...

...

...

X  b/B

Y  k_b tính bằng milimet

Hình 5 - Giá trị k_b liên quan đến b/B

9.6.1.2  Công thức tính C_d

Đối với các giá trị cụ thể của b/B, mối quan hệ giữa C_d và h/p được chỉ ra bằng thực nghiệm (xem Hình 4) có dạng tuyến tính .

Vì thế, đối với các giá trị b/B được chỉ ra trong Hình 4, các công thức tính C_d có thể được biểu diễn như sau:

                                     (5)

                         (6)

                         (7)

...

...

...

                         (9)

                        (10)

                       (11)

                        (12)

                         (13)

Đối với các giá trị trung gian b/B, các công thức tính C_d có thể được xác định hợp lí bằng cách nội suy.

9.6.1.3  Các giới hạn thực nghiệm của h/p, h, p và p

Các giới hạn thực tế đặt ra cho h/p do các khó khăn của việc đo cột áp và các sai số sinh ra do sự dâng trào và sóng xảy ra trong kênh dẫn tại các giá trị h/p lớn hơn. Các giới hạn đặt ra cho h để tránh hiện tượng "lưỡi nước bám dính" xảy ra tại các cột áp thấp. Các giới hạn đặt ra cho b vì các độ không đảm bảo đo liên quan đến các ảnh hưởng tổng hợp của độ nhớt và sức căng bề mặt được đại diện bởi đại lượng k_b tại các giá trị b rất nhỏ. Các giới hạn đặt ra cho p và B - b để tránh sự không ổn định gây ra do các xoáy nước hình thành trong các góc giữa các đường biên của kênh và đập khi các giá trị p và B - b nhỏ.

Trên thực tế, các giới hạn có thể sử dụng với công thức của Kindsvater-Carter là:

...

...

...

b) h phải không nhỏ hơn 0,03 m;

c) b phải không nhỏ hơn 0,15 m;

d) p phải không nhỏ hơn 0,10 m;

e)  (đập có chiều rộng đầy đủ) hoặc  không nhỏ hơn 0,10 m (đập co hẹp).

9.7  Công thức tính đối với các đập có chiều rộng đầy đủ (b/B = 1,0)

9.7.1  Phương trình mô đun tính lưu lượng

                    (14)

trong đó

                (15)

...

...

...

Các giới hạn thực nghiệm có thể sử dụng của công thức Rehblock là:

a) h₁/p phải không lớn hơn 4,0;

b) h₁ phải nằm giữa 0,03 m và 1,0 m;

c) b phải không nhỏ hơn 0,30 m;

d) p phải không nhỏ hơn 0,06 m và không lớn hơn 1 m.

9.7.2  Phương trình phi mô đun tính lưu lượng

Dòng tràn (ngập) xảy ra khi mức nước dềnh lên ở phía dòng ra do đập ảnh hưởng đến dòng chảy. Đập hoạt động trong điều kiện không mô đun. Đối với điều kiện này, phải thực hiện thêm phép đo cột áp phía dòng ra bổ sung (h₂) và phải áp dụng hệ số suy giảm dòng chảy tràn (f) đối với phương trình mô đun tính lưu lượng.

Khi giới hạn mô đun của đập thành mỏng có chiều rộng đầy đủ bị ảnh hưởng đáng kể bởi tỉ số h₁/p, giới hạn mô đun tăng lên cùng với h₁/p, đặc tính làm việc của đập thành mỏng có chiều rộng đầy đủ thông thường trong dòng tràn được minh họa trên Hình 6 và được định nghĩa bằng các phương trình dưới đây:

Đối với h₁/p = 0,5 thì  trong phạm vi

...

...

...

Đối với h₁/p = 1,5 thì  trong phạm vi

Đối với h₁/p = 2,0 thì  trong phạm vi

Vì thế công thức Rehblock (1929) đối với dòng ngập trở thành:

                  (17)

CHÚ THÍCH  Việc hiệu chỉnh này chỉ áp dụng khi các phép đo phía dòng vào và phía dòng ra nằm trên cùng mặt phẳng nằm ngang, nghĩa là không có dốc đứng ở đáy kênh hoặc phía dòng ra của đập.

CHÚ DẪN

X  giá trị của h₂/h₁.

Y  giá trị của f

...

...

...

10  Đập thành mỏng xẻ rãnh hình tam giác

10.1  Các quy định đối với đập tiêu chuẩn

Đập thành mỏng xẻ rãnh hình tam giác có rãnh xẻ hình chữ V trên thành mỏng, thẳng đứng. Minh họa hình khối của đập xẻ rãnh hình tam giác được nêu trong Hình 7. Thành đập phải phẳng và cứng và vuông góc với các thành và đáy của kênh. Mặt phía dòng vào của thành đập phải nhẵn (trong miền lân cận của rãnh xẻ, phải giống bề mặt hoàn thiện của kim loại tấm).

Đường phân giác của rãnh xẻ phải thẳng đứng và cách đều với hai thành của kênh. Các bề mặt của rãnh xẻ phải là các mặt phẳng, phải hình thành các cạnh sắc tại phần giao của chúng với mặt phía dòng vào của thành đập. Chiều rộng của các bề mặt của rãnh xẻ, được đo vuông góc với mặt của thành đập phải nằm trong phạm vi 1 mm đến 2 mm.

Các cạnh phía dòng vào của rãnh xẻ phải đảm bảo sắc nhọn, chúng phải được gia công hoặc gọt dũa, vuông góc với mặt phía dòng vào của thành đập, không có các gờ hoặc các vết xước và không mài bằng vải mài hoặc giấy mài. Các cạnh phía dòng ra của rãnh xẻ phải được vát cạnh nếu thành đập dầy hơn chiều rộng cho phép lớn nhất của bề mặt rãnh xẻ. Bề mặt của mặt vát phải tạo thành một góc không nhỏ hơn p /4 radians (45°) với bề mặt của rãnh xẻ (xem chi tiết trên Hình 7). Thành đập trong miền lân cận của rãnh xẻ thường phải được chế tạo bằng kim loại chống ăn mòn nhưng nếu không thực hiện được thì tất cả các bề mặt nhẵn theo quy định phải được phủ một lớp mỏng bảo vệ (ví dụ: dầu, sáp, silicon) bằng cách dùng vải mềm bôi lên.

Kích thước tính bằng milimét

CHÚ DẪN

1  Mặt phía dòng vào của thành đập

...

...

...

Hình 7 - Đập thành mỏng xẻ rãnh hình tam giác

10.2  Các quy định đối với việc lắp đặt

Các quy định nêu trong 6.3 phải được áp dụng. Thông thường, đập phải được đặt trong kênh hình chữ nhật, nằm ngang, thẳng nếu có thể. Tuy nhiên, nếu khẩu độ hiệu dụng của rãnh xẻ quá nhỏ so với mặt cắt ngang của kênh phía thượng lưu thì vận tốc vào có thể được bỏ qua, hình dạng của kênh không đóng vai trò quan trọng. Trong tất cả các trường hợp, dòng trong kênh dẫn phải đồng đều và ổn định như đã được quy định trong 6.3.3.

Nếu đỉnh của chiều rộng lưỡi nước tại cột áp lớn nhất lớn hơn so với chiều rộng của kênh thì các thành kênh phải thẳng, vuông góc và song song. Nếu chiều cao của đỉnh so với mặt đáy nhỏ so với cột áp lớn nhất, đáy của kênh phải nhẵn, phẳng và nằm ngang. Thông thường kênh dẫn phải nhẵn, thẳng và hình chữ nhật khi B/b_max nhỏ hơn 3 và/hoặc h_max / p lớn hơn 1. Các điều kiện bổ sung được quy định cùng với các công thức tính lưu lượng đã được khuyến nghị.

10.3  Các quy định đối với phép đo cột áp

10.3.1  Quy định chung

Các điều kiện được quy định trong 7.1, 7.2 và 7.3 phải được áp dụng không có ngoại lệ.

10.3.2  Xác định góc rãnh xẻ

Các phép đo cột áp chính xác đối với các đập xẻ rãnh hình tam giác yêu cầu góc của rãnh xẻ (góc nằm giữa hai bên của rãnh xẻ) phải được đo một cách chính xác. Một trong các phương pháp thích hợp được trình bày dưới đây.

...

...

...

b) Khoảng cách thẳng đứng giữa các tâm (hoặc hai cạnh tương ứng) của hai đĩa được đo bằng thước cặp micromet.

c) Góc xẻ α bằng hai lần góc mà sin của nó bằng chênh lệch giữa bán kính của các đĩa chia cho khoảng cách giữa các tâm của các đĩa.

10.3.3  Xác định điểm mốc "0"

Mốc chuẩn đo cột áp hoặc mốc "0" phải được xác định rất cẩn thận và phải được kiểm tra khi cần. Phương pháp có thể chấp nhận thông dụng để xác định mốc "0" đối với các đập xẻ rãnh tam giác được trình bày dưới đây:

a) Nước còn lại trong kênh dẫn được hạ đến một mức dưới đỉnh của rãnh xẻ.

b) Áp kế treo tạm thời được gắn qua kênh dẫn, vị trí của nó được đặt ở phía dòng vào cách đỉnh của rãnh xẻ một khoảng cách nhỏ.

c) Một hình trụ có đường kính đã biết (micromet) được đặt nằm ngang, một đầu của nó nằm trong rãnh xẻ và đầu kia nằm ngang bằng với vị trí của áp kế treo tạm thời. Mức của máy được đặt trên đỉnh của hình trụ và áp kế treo được điều chỉnh để hình trụ thực sự nằm ngang. Số chỉ của áp kế tạm thời được ghi lại.

d) Áp kế treo tạm thời được treo thấp hơn mặt nước trong kênh dẫn và ghi lại số chỉ của nó. Áp kế cố định được điều chỉnh để đọc mức nước trong giếng có áp và số chỉ này cũng được ghi lại.

e) Khoảng cách (y) từ đỉnh của hình trụ đến đỉnh nhọn của rãnh xẻ được tính theo giá trị góc của rãnh xẻ đã biết (a) và bán kính (r) của hình trụ . Khoảng cách này sau đó sẽ phải trừ đi số chỉ được ghi trong c), kết quả thu được là số chỉ của áp kế tạm thời tại đỉnh nhọn của rãnh xẻ.

...

...

...

Ưu điểm của phương pháp này là tham chiếu mốc "0" đến đỉnh nhọn hình học được quy định bởi các bên của rãnh xẻ.

10.4  Công thức tính lưu lượng - Tổng quát

Các công thức tính lưu lượng đối với các đập thành mỏng xẻ rãnh hình tam giác được chia thành hai nhóm:

a) Công thức đối với tất cả các góc xẻ nằm giữa  và  radian (20° và 100°)

b) Công thức đối với tất cả các góc xẻ cụ thể (các đập được thu hẹp hoàn toàn)

10.5  Công thức tính đối với tất cả các góc xẻ nằm giữa p/9 và 5p/9 radian (20° và 100°)

10.5.1  Công thức Kindsvater-Shen

Công thức Kindsvater-Shen đối với đập rãnh xẻ hình tam giác là:

                        (18)

...

...

...

C_d là hệ số lưu lượng;

h_e là cột áp hiệu dụng.

Hệ số lưu lượng C_d được xác định bằng thực nghiệm là một hàm của ba biến (xem Hình 8).

                        (19)

trong đó

p là chiều cao đỉnh của rãnh xẻ so với đáy của kênh dẫn;

B là chiều rộng của kênh dẫn;

h_e được xác định bằng phương trình (20):

h_e = h + k_h                     (20)

...

...

...

10.5.2  Đánh giá C_d và k_h

Đối với xác đập hình tam giác có góc xẻ a bằng p/2 radian (90°), Hình 8 biểu diễn các giá trị được xác định bằng thực nghiệm C_d đối với một phạm rộng các giá trị của h/p và p/B. Đối với a = p/2 radian (90°), k_h được đưa ra đến giá trị không đổi 0,00085 m đối với phạm vi giá trị tương ứng của h/p và p/B.

CHÚ DẪN

X  giá trị của h/p

Y  giá trị của C_d

Hình 8 - Hệ số lưu lượng, C_d (a = 90°)

CHÚ DẪN

...

...

...

Y  giá trị của C_d

Hình 9 - Hệ số lưu lượng C_d liên quan đến góc xẻ a

Đối với các góc xẻ khác p/2 radian (90°), số liệu thực nghiệm không đủ để xác định C_d là một hàm của h/p và p/B. Tuy nhiên, đối với các rãnh xẻ của đập nhỏ so với tiết diện của kênh dẫn, vận tốc của lối vào có thể được bỏ qua và các ảnh hưởng của h/p và p/B cũng được bỏ qua. Đối với điều kiện này (gọi là điều kiện "thu hẹp hoàn toàn"), Hình 9 minh họa các giá trị được xác định bằng thực nghiệm C_d chỉ là hàm số của a. Các giá trị tương ứng của k_h được thể hiện trên Hình 10.

10.5.3  Giới hạn thực nghiệm của s, h/p, p/B, h và p

Vì lí do liên quan đến các nguy cơ gây ra sai số của phép đo và thiếu số liệu thực nghiệm, các giới hạn thực nghiệm sau có thể được áp dụng cho công thức Kindsvater-Shen:

a) a phải nằm trong khoảng p/9 và 5p/9 radian (20° và 100°);

b) h/p phải được giới hạn trong phạm vi được thể hiện trên Hình 8 đối với a = p/2 radian (90°); h/p phải không được lớn hơn 0,35 đối với các giá trị của a;

c) h không được nhỏ hơn 0,06 m;

d) p không được nhỏ hơn 0,09 m.

...

...

...

Phương trình của Viện Tiêu chuẩn Anh (BSI) dùng cho các góc xẻ có quan hệ về mặt hình học đặc biệt với nhau:

a) tiếp tuyến  ( radian hoặc 90°);

b) tiếp tuyến  (a = 0,9273 radian hoặc 53°8');

c) tiếp tuyến  (a = 0,4899 radian hoặc 28°4').

Công thức tính lưu lượng của BSI là:

              (21)

và các giá trị của C và Q được xác định bằng thực nghiệm đối với điều kiện "hẹp hoàn toàn" được nêu trong Bảng E.1, E.2 và E.3.

Các giới hạn thực nghiệm có thể áp dụng vào công thức này là:

a) h/p không lớn hơn 0,4;

...

...

...

c) h phải nằm trong khoảng 0,05 và 0,38 m;

d) p phải không nhỏ hơn 0,45 m;

e) B phải không nhỏ hơn 1,0 m.

CHÚ DẪN

X  là góc xẻ a

Y  k_h, tính bằng milimet

Hình 10 - Giá trị k_h của liên quan đến góc xẻ a

10.7  Độ chính xác của các hệ số lưu lượng - Các đập xẻ rãnh hình tam giác

...

...

...

11  Độ không đảm bảo đo của phép đo dòng

11.1  Quy định chung

11.1.1  Điều này cung cấp các thông tin cho người sử dụng tiêu chuẩn này để công bố độ không đảm bảo đo của phép đo lưu lượng.

11.1.2  Phụ lục C giới thiệu về độ không đảm bảo đo của phép đo và cung cấp các thông tin hỗ trợ dựa trên tài liệu Hướng dẫn trình bày độ không đảm bảo đo của phép đo (tham chiếu đến GUM)^[5] và ISO/TS 25377 (tham chiếu đến HUG)^[4]. Tham khảo Phụ lục C để biết các khái niệm.

ISO 1438:1975 trình bày độ không đảm bảo đo của hệ số lưu lượng u(C) tại mức độ tin cậy 95 %. Giá trị này tương đương với hai lần các độ lệch chuẩn, hoặc hai lần giá trị độ không đảm bảo đo chuẩn.

Tiêu chuẩn này trình bày độ không đảm bảo đo chuẩn của hệ số lưu lượng (một độ lệch chuẩn) phù hợp với GUM.

Phép đo lưu lượng của nước yêu cầu các kĩ thuật khác nhau, kết quả được sử dụng để tính các giá trị dòng chảy. Phụ lục D cung cấp các giá trị mẫu cho các kĩ thuật khác nhau. Các giá trị này được trình bày thành dạng bảng cùng với các ước lượng độ không đảm bảo đo được gán với từng kĩ thuật chỉ mang tính chất minh họa.

Các ví dụ này không được hiểu là các tiêu chuẩn thực hành.

Ví dụ nêu trong Điều 12 sử dụng các giá trị từ Phụ lục D.

...

...

...

i) Việc đánh giá giá trị đo được,

ii) Trình bày độ không đảm bảo đo của phép đo

11.1.4  Trình bày độ không đảm bảo đo của phép đo dòng trong kênh có bốn thành phần độ không đảm bảo đo riêng biệt:

i) Độ không đảm bảo đo của phép đo cột áp trong kênh;

ii) Độ không đảm bảo đo của các kích thước công trình;

iii) Độ không đảm bảo đo của hệ số lưu lượng được công bố trong tiêu chuẩn này từ việc hiệu chuẩn cấu trúc dòng chảy đang được xem xét trong phòng thí nghiệm;

iv) Độ không đảm bảo đo của phân bố vận tốc của kênh liên quan đến hệ số vận tốc, C_v.

Điều 11.1.4 không xét đến thành phần iv). Giả sử nước của kênh về bản chất cân bằng với nước có trong phương tiện hiệu chuẩn tại cùng thời điểm phát sinh thành phần iii) như đã được xác định trong 6.3.3.

11.1.5  Việc đánh giá độ không đảm bảo đo của phép đo gắn với i) và ii) trong 11.1.4 được cung cấp trong Phụ lục D.

...

...

...

11.2  Tổng hợp độ không đảm bảo đo của phép đo

Tham khảo C.7.

Tỉ lệ trong đó từng thông số của phương trình tính dòng đóng góp vào độ không đảm bảo đo của phép đo dòng, U(Q), được bắt nguồn bằng giải pháp phân tích sử dụng các phép đạo hàm từng phần của phương trình tính lưu lượng.

Vì nguyên nhân này, các phương trình dùng cho các hình dạng tam giác và chữ nhật phải được đơn giản hóa thành:

                   (22)

                         (23)

trong đó J là một hằng số số học, phụ thuộc vào hình dạng của đập nhưng không phụ thuộc vào sai số. Các chỉ số dưới r và t lần lượt kí hiệu cho đập có dạng chữ nhật và dạng tam giác. Từ các phương trình (22) và (23), sự phân tán giá trị Q của phương trình có thể được trình bày thành:

                   (24)

                 (25)

...

...

...

                   (26)

                         (27)

Trong các phân tích độ không đảm bảo đo, các giá trị , , , ,  được coi như là các độ không đảm bảo đo chuẩn không thứ nguyên và có kí hiệu u^*(Q), u^*(C), u^*(b),  và u^*(h).

Chú ý, giá trị  thu được từ:

               (28)

trong đó b_t là chiều rộng đỉnh và h_t là chiều cao của rãnh xẻ.

Khi các độ không đảm bảo đo của b, a, C và h độc lập với nhau, khả năng lấy tổng bình phương hơn là phép cộng đơn thuần.

                         (29)

               (30)

...

...

...

Hệ số lưu lượng  trong Điều 9 và 10 được xác định từ một loạt các phép thử thủy lực sử dụng các phương tiện hiệu chuẩn có độ phân giải cao. Từ các phép thử này, các giá trị độ không đảm bảo đo của hệ số lưu lượng u^*(C_d) được tóm tắt trong Bảng 2.

Bảng 2 - Các giá trị độ không đảm bảo đo của hệ số lưu lượng, u^*(C_d) dựa trên cột áp, h

Kiểu

Cột áp, h

u^*(C_d)

Hình chữ nhật

h < 1,0p

0,75 %

Hình chữ nhật

...

...

...

1,00 %

Hình chữ nhật

1,5p < h < 2,5 p

1,50 %

Hình tam giác

-

0,5 %

11.4  Bảng tổng hợp độ không đảm bảo đo

Trong các báo cáo, bảng tổng hợp độ không đảm bảo đo có thể được trình bày (hoặc viện dẫn) để cung cấp các thông tin sau đối với từng nguồn độ không đảm bảo đo:

...

...

...

b) giá trị độ không đảm bảo đo chuẩn đã được xác định u^*(C_d),  và u^*(h_e) gồm độ không đảm bảo đo ban đầu (gốc quy chiếu) của u^*(h_e);

c) các hệ số độ nhạy tương đối, phương trình (26) và (27);

Các giá trị đối với mỗi nguồn sau đó được áp dụng theo phương trình (29) hoặc phương trình (30) để đưa ra độ không đảm bảo đo chuẩn tổng hợp, u^*(Q).

Độ không đảm đo mở rộng u^*(Q) ứng với mức tin cậy 95 % được tính theo Bảng C.1.

Thông thường các bước này được trình bày thành dạng bảng với mỗi dòng ứng với từng nguồn và mỗi cột ứng với từng thành phần a) đến c) đề cập ở trên.

Khi cần thiết bảng có thể bao gồm các lưu ý giới hạn phía sau việc gán chủ động độ không đảm bảo đo cho các đại lượng b và h. Phần này của bảng có thể được sao chép đối với một khoảng giá trị h₁ để xác định mối quan hệ giữa u^*(Q) và h₁.

12  Ví dụ

12.1  Quy định chung

Trong các ví dụ minh họa, các phương trình đã nêu trong Điều 9 và 10 xác định mối quan hệ giữa các thông số dùng để xác định lưu lượng.

...

...

...

Phụ lục D đưa ra trình tự phù hợp để đánh giá các độ không đảm bảo đo này cho các kĩ thuật đo được sử dụng phổ biến.

Một kĩ thuật như vậy được lựa chọn trong 12.3 để làm ví dụ.

12.2  Các đặc tính - Cấu tạo của áp kế

Ví dụ liên quan đến điều kiện dòng mô đun đối với đập xẻ rãnh chữ V 90°. Chiều cao đỉnh p phía trên đáy kênh dẫn là 0,151 m. Kênh có chiều rộng 0,503 m. Góc của rãnh xẻ hình chữ V được xác định nằm giữa 89,5° và 90,5°.

12.3  Các đặc tính - Thiết bị đo cột nước có áp

Trong ví dụ này, bộ chuyển đổi áp suất được sử dụng để xác định cột áp. Bộ chuyển đổi được đặt trong kênh dẫn khoảng 1 m phía dòng vào của đập.

i) Tín hiệu chỉ thị cột áp là 0,212 m. Tham khảo Phụ lục D, độ không đảm bảo đo của phép đo thu được từ tra bảng tại cột áp này là u(h₁) = 0,002 m.

ii) Bộ chuyển đổi nhạy với độ trôi trong suốt thời gian đo. Trong suốt thời gian đo, phải lưu ý tín hiệu gốc quy chiếu thay đổi trong khoảng 0,000 m đến 0,007 m. Độ không đảm bảo đo của mốc (datum) được đánh giá theo phương trình phân bố hình chữ nhật (C.5).

...

...

...

12.4  Hệ số lưu lượng

Giá trị của hệ số lưu lượng của cột nước có áp được xác định từ Hình 8 đối với đập có rãnh xẻ chữ V 90°. Các tỉ số quan trọng h/p và p/B là:

từ đó C_d = 0,600

12.5  Đánh giá lưu lượng

Lưu lượng được tính từ phương trình (18)

trong đó h_e = h + k_h = 0,212 + 0,00085

...

...

...

Q_t = 0,0296 m³/s

12.6  Trình bày độ không đảm bảo đo

12.6.1  Từ Bảng 2, giá trị đối với độ không đảm bảo đo của hệ số lưu lượng là:

u^*(C) = 0,50 %

12.6.2  Sử dụng phương trình (C.4), giá trị độ không đảm bảo đo của góc xẻ V có thể được trình bày thành:

= 0,0036

hoặc

12.6.3  Độ không đảm bảo đo tổng hợp của cột nước có áp u(h), được tính trong 12.3 được kết hợp với độ không đảm bảo đo của thiết bị đo và độ không đảm bảo đo của mốc

...

...

...

12.6.4  Việc đánh giá độ không đảm bảo đo chuẩn được xác định từ phương trình (30).

Vì thế, tại mức độ tin cậy 95 %

...

...

...

12.6.5  Báo cáo qui ước của lưu lượng vì thế là:

0,0293 m³/s với độ không đảm bảo đo 6,7 % tại mức độ tin cậy 95 % được dựa trên hệ số phủ k = 2.

12.6.6  Bảng tổng hợp độ không đảm bảo đo của ví dụ có thể được diễn đạt như trong Bảng 3.

Bảng 3 - Bảng tổng hợp độ không đảm bảo đo của ví dụ

Kiểu/Đánh giá

Giá trị u, u*

Hệ số độ nhạy

Chú thích

...

...

...

B/Chuẩn

0,50 %

1,0

Từ các phép thử trong phòng thí nghiệm

B/Tam giác

0,36 %

1,0

Sử dụng C.6.2

...

...

...

B/Chữ nhật

0,002 m

-

Sử dụng C.6.3

u(h₁)

B/Chữ nhật

0,002 m

-

Từ Bảng D.1

...

...

...

Tổng hợp

1,32 %

2,5

Từ 12.6.3

u*(Q)

Tổng hợp

3,35 %

-

Sử dụng phương trình (6)

...

...

...

Phụ lục A

(tham khảo)

Đo dòng bằng các bể đập nhỏ

Khi cần, các bể đập phù hợp với 6.3.3 phải được sử dụng để đo dòng tại hiện trường. Khi không yêu cầu độ chính xác cao nhất hoặc ở những nơi các điều kiện thực tế gây khó khăn cho việc lắp đặt hoặc vận hành các bể lớn một cách hợp lí, thì có thể được sử dụng các bể nhỏ hơn.

Có sự giới hạn về số lượng dữ liệu hệ số lưu lượng của các đập bị ảnh hưởng do kích thước của bể cũng như bởi các vị trí đo cột áp không chuẩn, các điều kiện dòng không đối xứng và không ổn định tại lối vào và lắng cặn bùn đất. Các thông tin chi tiết tham khảo Hoạt động của các bể đập được lắp đặt cùng với các đập thành mỏng hình chữ nhật và rãnh xẻ V (Công ty nghiên cứu thủy lực học, Wallingford, Oxon, England).

Để đưa ra các hướng dẫn đối với ảnh hưởng do việc giảm kích thước của bể đập tạo ra, các giá trị của hệ số lưu lượng được lập thành bảng đối với 7 kích thước bể đập khác nhau. Bảng A.1 đưa ra các giá trị C trong công thức BSI đối với rãnh xẻ chữ V 90° và giá trị của C_d trong công thức Kindsvater-Carter đối với rãnh xẻ hình chữ nhật thu hẹp.

Một vài chỉ số của các ảnh hưởng do lớp cặn bùn đất được đưa ra trong Bảng A.2, các giá trị C_d đối với một bể có các kích thước phù hợp với 6.3.3 nhưng khác lượng bùn đất bám trên thành đập. Độ không đảm bảo đo của các hệ số này xấp xỉ 1 %.

Trong phạm vi các kích thước của bể và các cột áp được liệt kê trong Bảng A.1, vị trí của thiết bị đo cột áp không quan trọng. Các vị trí nằm giữa 100 mm và 720 mm phía dòng vào tạo ra các hệ số lưu lượng biến đổi ít hơn 0,5 %. Tuy nhiên ở gần vách ngăn lối vào hoặc trong góc phía dòng ra của bể hẹp không cần phải đo các cột áp.

Bảng A.1 - Các hệ số lưu lượng đối với các rãnh xẻ chữ V 90° và các rãnh xẻ hình chữ nhật trong các bể đập nhỏ

...

...

...

(chiều dài, chiều rộng, chiều cao)

Giá trị C đối với các rãnh xẻ^a V 90°

Giá trị C_d đối với các rãnh xẻ hình chữ nhật ^b

Cột áp

Cột áp

(h)

(h)

mm

mm

...

...

...

115

150

180

65

100

135

2,62 x 0,92 x 0,45

0,593

0,592

...

...

...

0,609

0,592

0,588

1,50 x 0,92 x 0,45

0,603

0,592

0,587

0,604

0,592

...

...

...

1,00 x 0,92 x 0,45

0,603

0,592

0,587

0,600

0,590

0,588

2,62 x 0,75 x 0,45

0,597

...

...

...

0,590

0,606

0,593

0,588

2,62 x 0,50 x 0,45

0,605

0,596

0,595

0,611

...

...

...

0,598

2,62 x 0,92 x 0,30

0,600

0,590

0,586

0,606

0,592

0,588

2,62 x 0,92 x 0,15

...

...

...

0,597

0,593

0,613

0,598

0,595

^a

^b

Bảng A.2 - Các hệ số lưu lượng đối với các rãnh xẻ hình chữ nhật trong các bể đập nhỏ có lớp lắng cặn bùn đất

Kích thước của bể

...

...

...

Mức độ lắng cặn lớn nhất so với đỉnh đập

Giá trị C_d đối với các rãnh xẻ hình chữ nhật^a

Cột áp

(h)

mm

m

mm

65

100

...

...

...

-150

0,605

0,591

0,588

2,62 x 0,92 x 0,45

-40

0,606

0,597

...

...

...

-40

0,613

0,601

0,595

(+ 100 tại các mặt bên)

...

...

...

^a

Phụ lục B

(tham khảo)

Hướng dẫn đối với việc thiết kế và lắp đặt bộ nắn dòng

Có thể sử dụng bộ nắn dòng để làm giảm chiều dài của kênh dẫn.

Mục đích của bộ nắn dòng là để điều chỉnh dòng trong kênh dẫn đã được thu gọn vì thế phân bố vận tốc của dòng chuẩn tắc và ổn định.

Điều 6.3.3 và Hình 1 quy định phân bố vận tốc chuẩn.

Bộ nắn dòng phải bao gồm một vài tấm đã khoan lỗ (ít nhất là bốn), được lắp thẳng đứng và vuông góc với chiều dòng chảy và các tấm cách nhau 0,2 m. Tỉ lệ phần trăm giữa mặt cắt ngang trống của từng tấm phải từ 40 % đến 60 % bao gồm cả hai giá trị biên.

...

...

...

Các tấm phải dày và đủ cứng để chịu được lực tác động bởi dòng kênh. Kích thước của các lỗ được thay đổi theo chiều rộng của kênh, miễn là khoảng cách giữa các đĩa phải được điều chỉnh theo tỉ lệ với đường kính lỗ.

Các lỗ khoan của các tấm nắn dòng được căn thẳng hàng theo hướng dòng chảy chung (Hình B.2) hoặc đặt so le nhau có thể được lắp trên kênh dẫn miễn là khoảng cách giữa các đĩa sát nhau lớn so với đường kính lỗ (xem Hình B.3).

Kích thước tính bằng milimét

Hình B.1 - Ví dụ về lỗ khoan

Hình B.2 - Các lỗ khoan thẳng hàng

Hình B.3 - Các lỗ khoan so le

...

...

...

Phụ lục C

(tham khảo)

Giới thiệu về độ không đảm bảo đo

C.1  Quy định chung

Các kết quả của phép đo hoặc các phân tích không thể chính xác tuyệt đối. Sự khác biệt giữa giá trị thực, giá trị chưa biết và giá trị đo được là sai số của phép đo. Khái niệm độ không đảm bảo đo là một cách diễn đạt sự chưa hiểu biết này. Ví dụ, nếu nước được kiểm soát để chảy với tốc độ không đổi thì đồng hồ đo dòng sẽ đưa ra một chuỗi các phép đo mang 1 giá trị trung bình. Nếu các lưu ý không được đưa ra đối với bản chất của dữ liệu không đảm bảo, các quyết định không chính xác có thể đưa ra dẫn đến hậu quả về tài chính hoặc pháp lí. Sự diễn đạt độ không đảm bảo đo thực tế làm tăng chất lượng thông tin, làm cho thông tin trở nên hữu ích hơn.

Độ không đảm bảo đo của phép đo biểu diễn sự phân tán của các giá trị có thể gán với phép đo. Các phương pháp thống kê đưa ra các giá trị khách quan dựa trên ứng dụng lí thuyết.

Độ không đảm bảo đo chuẩn được định nghĩa như sau:

Độ không đảm bảo đo chuẩn là sự phân tán của phép đo được biểu thị bằng độ lệch chuẩn.

Từ định nghĩa này, độ không đảm bảo đo có thể được tính ngay đối với một tập hợp của một bộ các phép đo.

...

...

...

CHÚ DẪN

X  giá trị dòng

Y  Xác suất

CHÚ DẪN

X  giá trị dòng

Y  Số lượng mẫu

CHÚ DẪN

...

...

...

2  độ lệch chuẩn

3  giá trị trung bình

X  giá trị dòng

Y  Số lượng mẫu

Hình C.1 - Sự biểu thị bằng hình ảnh của một vài các thông số độ không đảm bảo đo

Hình C.1 a) chỉ ra phân số mà tại đó phép đo dòng với điều kiện dòng ổn định nhận một giá trị cụ thể do các độ không đảm bảo đo của các thành phần khác nhau của quá trình đo, trong hình dạng của hàm mật độ phân bố.

Hình C.1 b) chỉ ra các phép đo dòng tiêu biểu, theo dạng biểu đồ.

Hình C.1 c) chỉ ra độ lệch chuẩn của các phép đo tiêu biểu so với các giá trị giới hạn. Giá trị trung bình được đưa ra không vượt quá giá trị giới hạn nhưng nằm trong dải độ không đảm bảo đo (được diễn đạt như độ lệch chuẩn xung quanh giá trị trung bình).

C.2  Giới hạn tin cậy và hệ số phủ

...

...

...

Tuy nhiên, đối với một vài các kết quả đo, thường diễn đạt độ không đảm bảo đo tại một mức độ tin cậy sẽ phủ được một phần lớn các phép đo: ví dụ tại mức độ tin cậy 95 % (xem Hình C.4). Việc này được thực hiện bằng cách áp dụng một hệ số phủ k, vào giá trị tính được của độ không đảm bảo đo chuẩn.

Đối với phân bố xác suất chuẩn, 95,45 % (có hiệu lực 95 %) của phép đo được phủ với giá trị k = 2. Vì thế, độ không đảm bảo đo tại mức độ tin cậy 95 % bằng 2 lần giá trị độ không đảm bảo đo chuẩn.

Trên thực tế, sự biến thiên của phép đo hiếm khi theo đúng phân bố xác suất chuẩn. Chúng có thể được biểu diễn tốt hơn bằng các phân bố xác suất hình chữ nhật, tam giác hoặc hai trạng thái và chỉ thỉnh thoảng gần giống với phân bố chuẩn.

Do đó phân bố xác suất phải được lựa chọn đối với mô hình mà các sự biến thiên được quan sát. Để diễn đạt độ không đảm bảo của các mô hình như vậy tại giới hạn tin cậy 95 % yêu cầu một hệ số phủ mà tại đó biểu thị 95 % các quan sát. Tuy nhiên, cùng một hệ số phủ k = 2, được sử dụng đối với tất cả các mô hình. Việc này đơn giản hóa qui trình trong khi đảm bảo tính phù hợp của việc áp dụng nằm trong các giới hạn dung sai cho phép.

C.3  Sai số hệ thống và ngẫu nhiên

Thuật ngữ "ngẫu nhiên" và "hệ thống" được áp dụng trong các tiêu chuẩn thủy lực để phân biệt giữa i) sai số ngẫu nhiên biểu thị sự phân tán gắn liền với các giá trị với điều kiện dòng ổn định và ii) các sai số hệ thống được gán với các giới hạn gắn liền với các giá trị trung bình của việc xác định đại lượng đo.

Khó khăn đi kèm với khái niệm sai số hệ thống là sai số hệ thống không thể xác định được khi không biết trước các giá trị thực. Nếu biết hoặc nghi ngờ sự tồn tại của nó thì các bước phải được thực hiện để giảm thiểu sai số như vậy bằng cách hiệu chuẩn lại thiết bị hoặc bằng cách chuyển ảnh hưởng của nó sang qui trình tính toán. Ở đây sai số hệ thống đóng góp vào độ không đảm bảo đo giống như các thành phần ngẫu nhiên của độ không đảm bảo đo.

Vì nguyên nhân này, GUM không phân biệt giữa việc đánh giá các độ không đảm bảo đo ngẫu nhiên hoặc hệ thống. Thông thường, khi xác định một điểm lưu lượng đơn lẻ, các sai số ngẫu nhiên chiếm ưu thế và không cần phải phân biệt các sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống. Tuy nhiên, khi (nói) thể tích tổng cộng được thiết lập trong một thời gian dài, các sai số hệ thống thậm trí khi đã giảm, có thể vẫn chiếm ưu thế trong việc đánh giá độ không đảm bảo đo.

C.4  Các tiêu chuẩn đo

...

...

...

Các thành phần của độ không đảm bảo đo được đặc trưng bởi việc đánh giá độ lệch chuẩn. Có hai phương pháp đánh giá:

a) Đánh giá loại A (bằng các phân tích thống kê các phép đo nhắc lại từ đó độ lệch chuẩn tương được được đưa ra)

Quá trình này có thể được tự động hóa theo thời gian thực đối với phép đo vận tốc hoặc phép đo chiều sâu.

b) Đánh giá loại B (bằng cách gán một phân bố xác suất đến quá trình đo)

Việc này có thể áp dụng vào:

1) đánh giá của một phép đo tham khảo (khoảng cách hoặc khối lượng)

2) các số chỉ tham khảo được lấy từ phương tiện đo (công bố của nhà sản xuất) hoặc

3) số liệu hiệu chuẩn (từ nhà sản xuất)

C.5  Đánh giá độ không đảm bảo đo loại A

...

...

...

                     (C.1)

trong đó  là ước lượng tốt nhất của giá trị trung bình

                 (C.2)

Và t_e là hệ số được lấy từ lí thuyết thống kê để tính độ không đảm bảo đo tăng lên khi có ít phép: tham khảo Bảng C.1.

Nếu thay một phép đo đơn lẻ từ tập hợp các phép đo, độ không đảm bảo đo phải được áp dụng đối với giá trị trung bình của n các giá trị thì:

                   (C.3)

Đối với phép đo liên tục, các đánh giá loại A có thể được tạo ra giống như các biến đổi liên tục từ phép đo đầu tiên, nghĩa là từ mức nước hoặc vận tốc nước.

Bằng cách lấy giá trị trung bình trên số lượng lớn, n phép đo, độ không đảm bảo đo của giá trị trung bình  được giảm đi do hệ số  so với độ không đảm bảo đo u(x)của phép đo đơn lẻ. Chính vì lí do này thiết bị giám sát phải quy định cách thực hiện phép đo bao gồm cả u(x) và  để chỉ ra chiều rộng mà giá trị trung bình được áp dụng.

Bảng C.1 - Các hệ số t_e tại độ tin cậy 90 %, 95 % và 99 %

...

...

...

Độ tin cậy

%

90

95

99

1

6,31

12,71

63,66

...

...

...

2,92

4,30

9,92

3

2,35

3,18

5,84

4

2,13

...

...

...

4,60

5

2,02

2,57

4,03

10

1,81

2,23

3,17

...

...

...

1,75

2,13

2,95

20

1,72

2,09

2,85

25

1,71

...

...

...

2,79

30

1,70

2,04

2,75

40

1,68

2,02

2,70

...

...

...

1,67

2,00

2,66

100

1,66

1,98

2,63

Vô hạn

1,64

...

...

...

2,58

^a Thông thường, số lượng các số hạng trong một tổng trừ đi số lượng các liên kết của các số hạng của tổng (GUM).

C.6  Đánh giá độ không đảm bảo đo loại B

C.6.1  Quy định chung

Khi không thể truy cập vào dòng dữ liệu đã đo liên tục hoặc nếu không có sẵn một tập hợp lớn các phép đo thì phương pháp đánh giá theo loại B được sử dụng:

i) gán phân bố xác suất với quá trình đo để biểu thị xác suất của giá trị thực đang được biểu thị bằng bất kì giá trị đã đo đơn lẻ.

ii) xác định các biên trên và dưới của phép đo, và;

iii) xác định độ không đảm bảo đo chuẩn từ độ lệch chuẩn được bao hàm bởi phân bố xác suất được gán.

Các phương pháp loại B cho phép các ước lượng của các giá trị biên trên và dưới phải được sử dụng để đưa ra độ lệch chuẩn tương đương.

...

...

...

C.6.2  Phân bố hình tam giác

Phân bố hình tam giác được trình bày trong Hình C.2.

Hình C.2 - Phân bố hình tam giác

                  (C.4)

Điều này thường áp dụng đối với các phép đo tham khảo khi đó giá trị trung bình gần với giá trị thực hơn các giá trị nằm giữa các giới hạn trên và dưới có thể xác định được của phép đo.

C.6.3  Phân bố hình chữ nhật

Phân bố hình chữ nhật được biểu diễn trong Hình C.3.

...

...

...

                   (C.5)

Phân bố xác suất này thường được áp dụng đối với giới hạn phân giải của phương tiện đo (ví dụ độ phân giải hiển thị hoặc độ phân giải của các bộ chuyển đổi tương tự/số bên trong).

Tuy nhiên, phân bố này không chỉ dành cho nguồn độ không đảm bảo đo của thiết bị đo. Phân bố này cũng có thể là độ không đảm bảo đo gây ra từ thuật toán đo được sử dụng và/hoặc từ quá trình hiệu chuẩn.

Nếu thiết bị đo đo các giá trị tương đối thì độ không đảm bảo đo cũng sẽ được xác định theo các số liệu của nó.

C.6.4  Phân bố xác suất chuẩn

Phân bố xác suất chuẩn được diễn đạt trong Hình C.4.

CHÚ DẪN

1  Phần trăm các số đọc trong dải đo

...

...

...

3  Hệ số phủ

4  Độ lệch chuẩn

Hình C.4 - Phân bố xác suất chuẩn

u(x_mean) =

u (đã được xác định)

(C.6)

k

Trong đó k là hệ số phủ áp dụng đối với giá trị độ không đảm bảo đo đã xác định.

Điều này là các diễn đạt độ không đảm bảo đo dựa trên phân tích thống kê "độc lập", thường là một phần của quá trình hiệu chuẩn khi chúng được tạo ra bằng cách sử dụng quy trình loại A. Khi được biểu thị theo độ không đảm bảo đo chuẩn, giá trị độ không đảm bảo đo được sử dụng trực tiếp với một hệ số phủ tương đương k = 1.

...

...

...

Phân bố xác suất hai phương thức được biểu diễn trong Hình C.5.

Hình C.5 - Phân bố xác suất hai phương thức

                       (C.7)

Thiết bị đo có độ trễ chỉ có thể đưa ra các giá trị tại các biên trên và dưới của phép đo.

Một ví dụ về trường hợp này là cơ cấu tấm mức khi hiện tượng ma sát và sức căng bề mặt kết hợp với nhau để làm tấm mức di chuyển trong các bậc giới hạn.

C.7  Giá trị độ không đảm bảo đo kết hợp, u_c

Đối với hầu hết các hệ thống đo, một kết quả đo được tạo ra từ một vài biến số. Ví dụ, phép đo dòng, Q, trong một kênh hình chữ nhật có thể được diễn đạt thành một hàm của các biến độc lập:

                (C.8)

...

...

...

b  là chiều rộng của kênh;

h  là chiều sâu của nước trong kênh;

  là vận tốc trung bình.

Ba thành phần này đo độc lập và được tổng hợp để xác định giá trị của Q.

Chỉ khi b, h và  được tổng hợp để xác định giá trị Q, vì thế từng thành phần độ không đảm bảo đo phải được tổng hợp để xác định giá trị u_c (Q). Việc này được thực hiện bằng cách đánh giá độ nhạy của Q đối với thay đổi nhỏ, D, trong b, h hoặc . Vì thế:

               (C.9)

trong đó các đạo hàm từng phần, ,  và  là các hệ số độ nhạy. Phương trình , sẽ bằng:

                 (C.10)

Trong phân tích độ không đảm bảo đo, các giá trị , ,  và  tương ứng với các độ không đảm bảo chuẩn không thứ nguyên. Chúng được kí hiệu là u^*(Q), u^*(b), u^*(h) và u^*(V).

...

...

...

                       (C.11)

Phụ lục D

(tham khảo)

Thực hiện phép đo mẫu dùng trong các ví dụ đo đạc thủy văn

Bảng D.1 - Thực hiện phép đo mẫu dùng trong các ví dụ đo đạc thủy văn

Các kĩ thuật đo

Chú thích

...

...

...

Các lựa chọn độ không đảm bảo đo

Thiết bị đo được lắp đặt để có các giá trị tương đương được chứng nhận bởi nhà sản xuất

Vận tốc (liên lục)

A

B

Phạm vi danh định của phép đo

Độ không đảm bảo đo chuẩn tương ứng (giới hạn tin cậy 68%)

Nhỏ nhất

25 %

...

...

...

75 %

Lớn nhất

Nhỏ nhất

25 %

50 %

75 %

Lớn nhất

Vận tốc điểm

Cánh quạt

...

...

...

u(V)

có

Chuẩn

0,005 m/s

1,250 m/s

2,500 m/s

3,750 m/s

5,000 m/s

0,0005 m/s

...

...

...

0,022 m/s

0,030 m/s

0,040 m/s

Điện từ

Giấy chứng nhận hiệu chuẩn

u(V)

có

Chuẩn

...

...

...

0,750 m/s

1,500 m/s

2,250 m/s

3,000 m/s

0,0005 m/s

0,010 m/s

0,018 m/s

0,025 m/s

0,025 m/s

...

...

...

Thời gian dịch chuyển rada siêu âm

Góc truyền của vận tốc siêu âm

u(V)

có

Hình chữ nhật

0,030 m/s

0,250 m/s

0,500 m/s

0,750 m/s

...

...

...

0,003 m/s

0,005 m/s

0,007 m/s

0,007 m/s

0,010 m/s

Rada siêu âm Doppler qua cửa

Độ phân giải vận tốc thấp phụ thuộc vào phân tử

u(V)

có

...

...

...

0,030 m/s

0,250 m/s

0,500 m/s

0,750 m/s

1,000 m/s

0,003 m/s

0,005 m/s

0,007 m/s

0,007 m/s

...

...

...

Sự tương quan của rada siêu âm

Phụ thuộc vào phân tử

u(V)

có

Hình chữ nhật

0,030 m/s

0,250 m/s

0,500 m/s

0,750 m/s

...

...

...

0,003 m/s

0,005 m/s

0,007 m/s

0,007 m/s

0,010 m/s

Vận tốc mặt

EM

Phải được hiệu chuẩn tại hiện trường

u(V)

...

...

...

Hình chữ nhật

0,030 m/s

0,250 m/s

0,500 m/s

0,750 m/s

1,000 m/s

0,003 m/s

0,005 m/s

0,007 m/s

...

...

...

0,010 m/s

Mức nước (liên tục)

Mốc (phải được áp dụng đối với tất cả các phương pháp)

Quá trình thực hiện

u(E)

Tam giác

Không áp dụng

0,500 m

...

...

...

1,500 m

2,000 m

0,001 m

0,001 m

0,0015 m

0,0015 m

0,0015 m

Các phương pháp tiếp xúc

Hệ thống ghi/tấm mức

...

...

...

u(h₁)

Hai phương thức

Mở rộng 0,200 m

Mở rộng 1,250 m

Mở rộng 2,500 m

Mở rộng 3,750 m

Mở rộng 5,000 m

0,0015 m

...

...

...

0,0020 m

0,0025 m

0,0025  m

Bộ chuyển đổi áp suất

Độ trôi giá trị của tấm mức

u(h₁)

Hình chữ nhật

...

...

...

0,500 m

1,000 m

1,500 m

2,000 m

0,002 m

0,002 m

0,0025 m

0,0025 m

0,0030 m

...

...

...

Rada siêu âm

Các ảnh hưởng của sóng bề mặt

u(h₁)

có

Hình chữ nhật

0,050m

0,500 m

1,000 m

1,500 m

...

...

...

0,001 m

0,001 m

0,0015 m

0,0015 m

0,0015 m

Các phương pháp không tiếp xúc

Siêu âm phản hồi dạng xung

Các ảnh hưởng của sóng bề mặt Bù nhiệt độ của không khí

u(R)

...

...

...

Hình chữ nhật

Phạm vi 0,300 m

Phạm vi 1,250 m

Phạm vi 2,500 m

Phạm vi 3,750 m

Phạm vi 5,000 m

0,002 m

0,004 m

0,010 m

...

...

...

0,060 m

Quang/rada phản hồi dạng xung

Các ảnh hưởng của sóng bề mặt

u(R)

có

Hình chữ nhật

Phạm vi 0,300 m

Phạm vi 1,250 m

...

...

...

Phạm vi 3,750 m

Phạm vi 5,000 m

0,002 m

0,004 m

0,010 m

0,025 m

0,060 m

Biến dạng mặt cắt ngang (phép đo khoảng cách)

...

...

...

Các kênh tự nhiên

Áp kế nhúng/rada/GPRS hoặc theo dõi

u(B)

Hình chữ nhật

0,500 m

...

...

...