超聲波明渠流量計

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(1)概述

  在城鎮(zhèn)化過程中，大量市政建設(shè)中采用明渠式流量計.超聲波明渠流量計是用測量液體平均流速和液位確定流體流量的流量計.它主要用于引水、輸水工程、雨水排放監(jiān)測、排污監(jiān)測和水利工程等。

(2)超聲波測量液位的明渠流量計

①基本構(gòu)成

  如下圖所示，多聲道超聲波明渠流量計由多對流速換能器、液位換能器、接線盒、控制器和電纜等組成。

②工作原理

  超聲波波測量平均流速的方法已經(jīng)在超聲波流量計節(jié)介紹。液位采用超聲波波檢側(cè)根據(jù)超聲波脈沖回波法。

  如下圖所示，液位換能器垂直安裝在液位上方，發(fā)射的超聲波波遇到液位反射回波，被同一換能器接收，經(jīng)放大器放大后，用一個閉值電路檢測出個回波周期到達(dá)時間與發(fā)射脈沖之間的時間間隔t，則液位H可計算如下:H=H1-H2。

圖中，H1是液位換能器與液位起算面的距離，m; H2是用超聲波回波法計算的高度，m。  H2=ct/2, c是空氣中聲速(m/s), t是檢側(cè)的時間間隔(s)。

0℃時空氣中的聲速co =331.4m/s;在溫度T(℃)時空氣中的聲速c= co+0.6T。

  此外，有一種超聲波明渠流量計將換能器設(shè)置在水位底部，直接發(fā)射超聲波波到液位，利用多普勒效應(yīng)，檢測多普勒頻移，并計算平均流速。它對聲速同樣進(jìn)行溫度補償。液位高度用設(shè)置在水位底部的高精度壓力傳感器檢側(cè)。由于將溫度、壓力、換能器等檢測元件一體化安裝在一起，簡化了系統(tǒng)，使系統(tǒng)安裝十分簡單，也不需要水位井等輔助設(shè)施和測量槽或堰等設(shè)備。

估算渠道流量和抬高水位

  對已建渠道估算渠道流量和確認(rèn)儀表上游允許升高的水位，即確定儀表規(guī)格和流量范圍是十分重要的。為此需要確定渠道的峰流量和允許的抬高水位。

(1)估算渠道峰流量

①投浮子法

  對已建渠道，選定在流量時，上游一位工作人員投放浮子(一般用木制圓片)，下游L(20~5Om)處一位工作人員在投放浮子瞬間啟動計時，當(dāng)浮子到達(dá)時停止計時，得移動時間t(s)，則流速u=L/t, m/s。

  測量渠道的流通面積A(m2)，則流量可按下式估算:

                                 q=3600KuA                   

  式中，K是修正系數(shù)，因表面流速大于平均流速，因此，應(yīng)修正到平均流速，K一般在0.84~0.9; u是用浮子法測得的表面流速，m/s; A是測得的流通面積，m2; q是流量(峰流量)，m3/h。

②日排放量估算法

  新建或無法進(jìn)行投浮子法估算時，可根據(jù)實際(或設(shè)計)排放量估算峰流量q。假設(shè)日排放量qd(m3/h)，則峰流量q估算如下:

q=KuQd/24或q=Qd/H

  式中，Ku是不均勻系數(shù)，如均勻連續(xù)排放，Ku=1.1~1.2; H是不連續(xù)排放時，每天集中排放的累積小時數(shù)。

(2)確定抬高水位

  渠道安裝流量計后，上游水位抬高，對新建和已建工程，應(yīng)考慮上游水位抬高后的影響，例如，是否溢出渠道等，并據(jù)此選定儀表規(guī)格。