超聲波明渠流量計(jì)

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(1)概述

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

(2)超聲波測(cè)量液位的明渠流量計(jì)

①基本構(gòu)成

  如下圖所示，多聲道超聲波明渠流量計(jì)由多對(duì)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(cè)量平均流速的方法已經(jīng)在超聲波流量計(jì)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(gè)閉值電路檢測(cè)出個(gè)回波周期到達(dá)時(shí)間與發(fā)射脈沖之間的時(shí)間間隔t，則液位H可計(jì)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(jì)算的高度，m。  H2=ct/2, c是空氣中聲速(m/s), t是檢側(cè)的時(shí)間間隔(s)。

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

  此外，有一種超聲波明渠流量計(jì)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(cè)多普勒頻移，并計(jì)算平均流速。它對(duì)聲速同樣進(jìn)行溫度補(bǔ)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(cè)元件一體化安裝在一起，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，使系統(tǒng)安裝十分簡(jiǎn)單，也不需要水位井等輔助設(shè)施和測(cè)量槽或堰等設(shè)備。

估算渠道流量和抬高水位

  對(duì)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(duì)已建渠道，選定在流量時(shí)，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(dòng)計(jì)時(shí)，當(dāng)浮子到達(dá)時(shí)停止計(jì)時(shí)，得移動(dòng)時(shí)間t(s)，則流速u(mài)=L/t, m/s。

  測(cè)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(cè)得的表面流速，m/s; A是測(cè)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(wú)法進(jìn)行投浮子法估算時(shí)，可根據(jù)實(shí)際(或設(shè)計(jì))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(shí)，每天集中排放的累積小時(shí)數(shù)。

(2)確定抬高水位

  渠道安裝流量計(jì)后，上游水位抬高，對(duì)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。