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超声波明渠流量计

超声波明渠流量计的原理和应用

超声波明渠流量计是一种先进的明渠测流仪器,它通过仪表同时测量渠道的平均流速和液位来计量流量,比以往的堰槽式方法计量流量精却度高,在水利和供水工程中广泛应用。

                 

 

                         

  随着工业、农业和城市及农村的快速发展,各方面的用水量都在持续增长;加之,水资源污染越来越严重,能够直接使用的水资源缺口越来越大。

  继南水北调工程全面启动后,我国各大、中城市相继开展了以解决城市饮用水为主的引水工程建设,农村也在大量兴建安荃饮水工程。水已经成为制约经济发展和影响人民生活的重要商品,为了节约用水,渠道流量的准确计量就显得越来越重要。

  测量渠道流量的方法有两类。①只测量液位的堰槽式测流,如薄壁堰、宽顶堰、巴歇尔量水堰、无喉道量水堰等。②同时测量流速、液位(截面积)的渠道式超声波流量计测流,传统的堰槽测流因为直接实测流速比较困难,所以在渠中设置适当的标准堰或槽来进行测量,这种测量方法只需在一定位置测出液位即可计算出流量,因为液位与堰或槽所流出的液体体积流量成函数关系,因此通过相应计算公式,就能算出液体的瞬时和累积流量。

  本文述及的超声波明渠流量计,是通过测量液体的平均流速和液位(截面积)来计算流量值的超声波流量仪表,超声波明渠流量计可应用于如下场合:

  ①引水/输水工程;②雨水排放监测;③排污监测;④水利工程等。

  工作原理

  超声波明渠流量计

计量原理比管道式流量计计量方法复杂。它要针对具有不同尺寸、不同材质的渠底、渠壁和自由液面,不但断面形状各异,而且水平和垂直流速分布不同,流态复杂。但是,也有共同点,就是都要通过测量平均流速和液位(截面积)来计算流量。平均流速的测量可采用多普勒法和时差法来测量。液位的测量方法可采用超声波液位计和声波液位计、压力式液位计、气泡式液位计。超声波液位计测量方法如图 所示。

  目前国内外普遍采用超声脉冲回波法。由超声换能器向液面垂直发射声脉冲,声波遇液面返回,被同一换能顺路所接收,经放大器放大后,由一阈值电路检测出第以个回波周期到达的时间与发射脉冲间的时间间隔t,则液面与超声换能器的距离 按下式计算:

  式中:c———空气中的声速,c=331.4+0.6T(m/s);T———摄氏温度,331.4 m/s 为 ℃时的声速。于是,液位 H=h-l

  超声波液位计所使用的超声换能器工作频率为 50200kHz;量程为 0.2(510)m;准确度为(0.250.5)%FS

  基本构成和基本技术性能

  超声波明渠流量计通常有单声道、两声道和多声道(3声道以上)。由测流速换能器、液位换能器、接线盒、控制器及电缆组成(图 2)。断面形状及声道布置方式如图 所示。

  一般来说,各种明渠所测量的流量范围很广,测量准确度约为 1%5%,测量准确度主要取决于渠道的尺寸、形状及截面误差,平均流速和液位误差值根据实际要求通过多声道布置可控制在较精却的范围内(1)

  特点

  超声波明渠流量计应用于渠道流量测量具有以下几个特点:

  (1) 由于是通过实测流速、液位(截面积)来演算流量,所以要比只测量液位的堰、槽、渠式流量计测量准确度高。

  (2) 可实现多声道测量,测量准确度随实际参与测量的声道数的增加而提高。

  (3) 当液位低于蕞低声道时,可作为堰槽流量计(液位和流速的函数关系)测量。

  (4) 被测渠(管、涵洞)的断面不受限制,而且可测渠宽可达上百米。

  安装应注意的问题

  (1) 实测流速是建立在渠道流态比较均匀的前提下的,即要求渠()道的直线段长度要满足要求。

  (2) 现场直线段不足时,要通过在测量段交叉设置声道来补偿斜线流对流速测量准确度的影响。

  (3) 现场测量段前后若有堰、闸等设施使垂直流态紊乱时,应采用多声道测量方式来达到准确测量面平均流速。声道数量和声道高度的确定,要依据测量准确度的要求,同时还要考虑蕞低水位、蕞高水位和工作水位。

  (4) 对渠道式流量计来说,准确测量流速、水位固然很重要,但往往对流量测量影响蕞大的是渠道断面积的误差(如,渠底部泥沙淤积和渠壁不平整、渠宽不一致等误差)。所以,在此特别指出的是———渠道断面积误差的控制一定要要求渠道土建按设计精却施工。

  结论

  超声波明渠流量计是一种先进的明渠测流仪器,它比传统的堰槽测流方法精却度高,所测渠道的断面不受限制,可以宽达上百米,应在水利和供水工程中广泛推广应用。

 
点击次数:  更新时间:2018-08-09  【打印此页】  【关闭

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