超声波明渠流量计的原理介绍
发布时间：2023-02-25 11:36:19来源：hseauto.cn来源：..
字体: 大 中 小
明渠是一种具有自由表面（表面上各点受大气压强的作用）水流的渠道。根据它的形成可分为天然明渠和人工明渠。前者如天然河道；后者如人工输水渠道、运河及未充满水流的管道等。明渠导流广泛应用于污水治理流入和排放渠、工矿企业废水排放和农田灌溉用渠道、火电厂冷却水引水和排放渠等。
明渠流量测量的方法很多，针对不同的工况和介质可以采用不同测量方法。常用的流量监测方法有：水力学法、物理法、流速面积法等几种，其中水力学法是根据流体力学中“水位-流量”的关系，将测得的水位代入水力学公式测量水流量的方法。基于水力学法原理的测流方案，在自动化测量仪器中多选择超声波明渠流量计，具有非接触测量、免维护的特点，在明渠测流中得到了日益广泛的应用。
根据流体力学原理可知：明渠内的流量越大，液位越高；流量越小，液位越低。另外，一般明渠内水流量大小还与渠道的横截面积、坡度、粗糙度有关。如果在渠道内安装几何尺寸和堰板材料固定的量水堰槽后，流量与液位就建立了确定的对应关系。这样量水堰槽就把流量测量转成了易于实现的水位测量。常用的量水堰槽种类有三角堰、矩形堰和巴歇尔堰槽三种（见图1）。简言之，水力学法测量流量的原理为：首先测量出量水堰槽内水流的液位，再根据“水位-流量”的水力学关系公式，求出流量。
超声波明渠流量计由仪表主机和超声波探头等组成，利用超声波回声测距原理测量水位，再由仪表主机内的运算单元将水位信号换算成流量信号。
超声波水位流量计采用超声测距法测量液位。探头安装在量水堰槽水位观测点上方（如图2）。
探头向水面发射超声波，超声波的能量被水面反射，经过时间T被探头接受。根据超声波的传播速度和经过的时间T，仪表经过运算后得出渠道水深H。计算公式如下：
H=L-D=L-V*T/2=L-(V
0+at )*T/2
其中：H表示所求液位的高度；L表示超声探头与明渠底部之间的距离，V表示空气中的超声波声速，T为超声波一个回程经过的时间，V
0表示0℃时超声波在空气中的传播速度，a为超声波速度的温度系数，t为温度。由上式可知，在L已知的情况下液位测量的精度取决于超声波声速ⅴ的测量精度和超声波传播时间的测量精度。
仪表主机控制探头发射和接受超声波。将测量到的水位信号交给仪表内置的运算单元，经计算修正后，查出仪表内部存储的“水位-流量表”，就把水位转化成了流量。仪表将瞬时流量按时间累加，得出累积流量。可以选择将流量信号以4-20mA或数字通讯等信号形式输出到计算机或显示屏。
返回
