超聲波明渠流量計(jì)的原理介紹
發(fā)布時(shí)間：2023-02-25 11:36:19來(lái)源：hseauto.cn來(lái)源：..
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明渠是一種具有自由表面（表面上各點(diǎn)受大氣壓強(qiáng)的作用）水流的渠道。根據(jù)它的形成可分為天然明渠和人工明渠。前者如天然河道；后者如人工輸水渠道、運(yùn)河及未充滿水流的管道等。明渠導(dǎo)流廣泛應(yīng)用于污水治理流入和排放渠、工礦企業(yè)廢水排放和農(nóng)田灌溉用渠道、火電廠冷卻水引水和排放渠等。
明渠流量測(cè)量的方法很多，針對(duì)不同的工況和介質(zhì)可以采用不同測(cè)量方法。常用的流量監(jiān)測(cè)方法有：水力學(xué)法、物理法、流速面積法等幾種，其中水力學(xué)法是根據(jù)流體力學(xué)中“水位-流量”的關(guān)系，將測(cè)得的水位代入水力學(xué)公式測(cè)量水流量的方法。基于水力學(xué)法原理的測(cè)流方案，在自動(dòng)化測(cè)量?jī)x器中多選擇超聲波明渠流量計(jì)，具有非接觸測(cè)量、免維護(hù)的特點(diǎn)，在明渠測(cè)流中得到了日益廣泛的應(yīng)用。
根據(jù)流體力學(xué)原理可知：明渠內(nèi)的流量越大，液位越高；流量越小，液位越低。另外，一般明渠內(nèi)水流量大小還與渠道的橫截面積、坡度、粗糙度有關(guān)。如果在渠道內(nèi)安裝幾何尺寸和堰板材料固定的量水堰槽后，流量與液位就建立了確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣量水堰槽就把流量測(cè)量轉(zhuǎn)成了易于實(shí)現(xiàn)的水位測(cè)量。常用的量水堰槽種類有三角堰、矩形堰和巴歇爾堰槽三種（見(jiàn)圖1）。簡(jiǎn)言之，水力學(xué)法測(cè)量流量的原理為：首先測(cè)量出量水堰槽內(nèi)水流的液位，再根據(jù)“水位-流量”的水力學(xué)關(guān)系公式，求出流量。
超聲波明渠流量計(jì)由儀表主機(jī)和超聲波探頭等組成，利用超聲波回聲測(cè)距原理測(cè)量水位，再由儀表主機(jī)內(nèi)的運(yùn)算單元將水位信號(hào)換算成流量信號(hào)。
超聲波水位流量計(jì)采用超聲測(cè)距法測(cè)量液位。探頭安裝在量水堰槽水位觀測(cè)點(diǎn)上方（如圖2）。
探頭向水面發(fā)射超聲波，超聲波的能量被水面反射，經(jīng)過(guò)時(shí)間T被探頭接受。根據(jù)超聲波的傳播速度和經(jīng)過(guò)的時(shí)間T，儀表經(jīng)過(guò)運(yùn)算后得出渠道水深H。計(jì)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表示超聲探頭與明渠底部之間的距離，V表示空氣中的超聲波聲速，T為超聲波一個(gè)回程經(jīng)過(guò)的時(shí)間，V
0表示0℃時(shí)超聲波在空氣中的傳播速度，a為超聲波速度的溫度系數(shù)，t為溫度。由上式可知，在L已知的情況下液位測(cè)量的精度取決于超聲波聲速ⅴ的測(cè)量精度和超聲波傳播時(shí)間的測(cè)量精度。
儀表主機(jī)控制探頭發(fā)射和接受超聲波。將測(cè)量到的水位信號(hào)交給儀表內(nèi)置的運(yùn)算單元，經(jīng)計(jì)算修正后，查出儀表內(nèi)部存儲(chǔ)的“水位-流量表”，就把水位轉(zhuǎn)化成了流量。儀表將瞬時(shí)流量按時(shí)間累加，得出累積流量。可以選擇將流量信號(hào)以4-20mA或數(shù)字通訊等信號(hào)形式輸出到計(jì)算機(jī)或顯示屏。
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