超声波明渠流量计

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(1)概述

  在城镇化过程中，大量市政建设中采用明渠式流量计.超声波明渠流量计是用测量液体平均流速和液位确定流体流量的流量计.它主要用于引水、输水工程、雨水排放监测、排污监测和水利工程等。

(2)超声波测量液位的明渠流量计

①基本构成

  如下图所示，多声道超声波明渠流量计由多对流速换能器、液位换能器、接线盒、控制器和电缆等组成。

②工作原理

  超声波波测量平均流速的方法已经在超声波流量计节介绍。液位采用超声波波检侧根据超声波脉冲回波法。

  如下图所示，液位换能器垂直安装在液位上方，发射的超声波波遇到液位反射回波，被同一换能器接收，经放大器放大后，用一个闭值电路检测出个回波周期到达时间与发射脉冲之间的时间间隔t，则液位H可计算如下:H=H1-H2。

图中，H1是液位换能器与液位起算面的距离，m; H2是用超声波回波法计算的高度，m。  H2=ct/2, c是空气中声速(m/s), t是检侧的时间间隔(s)。

0℃时空气中的声速co =331.4m/s;在温度T(℃)时空气中的声速c= co+0.6T。

  此外，有一种超声波明渠流量计将换能器设置在水位底部，直接发射超声波波到液位，利用多普勒效应，检测多普勒频移，并计算平均流速。它对声速同样进行温度补偿。液位高度用设置在水位底部的高精度压力传感器检侧。由于将温度、压力、换能器等检测元件一体化安装在一起，简化了系统，使系统安装十分简单，也不需要水位井等辅助设施和测量槽或堰等设备。

估算渠道流量和抬高水位

  对已建渠道估算渠道流量和确认仪表上游允许升高的水位，即确定仪表规格和流量范围是十分重要的。为此需要确定渠道的峰流量和允许的抬高水位。

(1)估算渠道峰流量

①投浮子法

  对已建渠道，选定在流量时，上游一位工作人员投放浮子(一般用木制圆片)，下游L(20~5Om)处一位工作人员在投放浮子瞬间启动计时，当浮子到达时停止计时，得移动时间t(s)，则流速u=L/t, m/s。

  测量渠道的流通面积A(m2)，则流量可按下式估算:

                                 q=3600KuA                   

  式中，K是修正系数，因表面流速大于平均流速，因此，应修正到平均流速，K一般在0.84~0.9; u是用浮子法测得的表面流速，m/s; A是测得的流通面积，m2; q是流量(峰流量)，m3/h。

②日排放量估算法

  新建或无法进行投浮子法估算时，可根据实际(或设计)排放量估算峰流量q。假设日排放量qd(m3/h)，则峰流量q估算如下:

q=KuQd/24或q=Qd/H

  式中，Ku是不均匀系数，如均匀连续排放，Ku=1.1~1.2; H是不连续排放时，每天集中排放的累积小时数。

(2)确定抬高水位

  渠道安装流量计后，上游水位抬高，对新建和已建工程，应考虑上游水位抬高后的影响，例如，是否溢出渠道等，并据此选定仪表规格。