超聲波明渠流量計(jì)測量原理與功能特點(diǎn)

超聲波自補(bǔ)償明渠流量計(jì)采用超聲回波技術(shù)，通過測量標(biāo)準(zhǔn)流量堰（槽）的液位高度，由計(jì)算機(jī)運(yùn)算得到流量。當(dāng)被測液體介質(zhì)通過流量槽（巴歇而槽）或堰（直角三角形缺口薄壁堰、矩形缺口薄壁堰、等寬箔壁堰等）形成自然流動時，以三角形薄壁堰測流為例（由我國制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)），三角形薄壁堰的形狀見圖1，圖中，α為堰口角，（°）；h 為堰頂水頭，m；P 為堰高，m；hmax，為堰頂最大水頭，m；B 為行進(jìn)渠道寬度，m；b 為堰口高度，m。

      堰口角的使用范圍為α=20o～100o，常用堰口角α=90o。

      其流量Q與流量槽的水位h有如下關(guān)系

      式中Ce為流量系數(shù)；g為重力加速度，gn= 9.8 m/s2；he為有效水頭，m。

      當(dāng)圖1中α=90o時，Ce值由圖2查得。

      he值按下式計(jì)算

      he=h+Kh，

      式中h為堰頂水頭，m；Kh為粘滯力和表面張力綜合影響的校正值，m。當(dāng)α=90o時，Kh為0.00085 m。

      當(dāng)tg α/2 =1 時，流量公式轉(zhuǎn)化為

      Q=2.3625 Ceh5/2，

      式中h為液位高度，m。

      本儀表的超聲測距原理是：通過安裝在堰（槽）測流裝置上的超聲波傳感器，由流量計(jì)內(nèi)的單片機(jī)輸出一定頻率電信號，激勵探頭中壓電晶體發(fā)射特定頻率的超聲波信號，并在發(fā)射時刻同時啟動定時器開始計(jì)時，該超聲波信號通過被測液體介質(zhì)傳播，遇到標(biāo)準(zhǔn)桿處，其中，一部分產(chǎn)生第一次反射回波，而其余部分繼續(xù)在水中傳播。反射部分反方向傳播，進(jìn)入探頭，引起探頭晶片振蕩，產(chǎn)生聲能—機(jī)械能—電能轉(zhuǎn)換，使探頭輸出第一個電信號。而在水中繼續(xù)傳播的超聲波到達(dá)水面時，由于水面以上是氣體（空氣），在氣液交界面產(chǎn)生第二次反射回波，反射回波反方向傳播反射到壓電晶體上，使探頭輸出另一個電信號。即在參比面（標(biāo)準(zhǔn)桿）上產(chǎn)生第一次反射回波，在氣液交界面上產(chǎn)生第二次反射回波，當(dāng)探頭接收到反射波后，立即停止計(jì)時，這時，計(jì)時器就記下了超聲波從發(fā)送到接收的傳播時間t0和t1，根據(jù)式（1）可算出探頭到液面的高度。

      水介質(zhì)超聲波液位傳感器在超聲流量計(jì)的控制下，進(jìn)行超聲波發(fā)射和接收，由反射波的傳播時間來計(jì)算傳感器與液面之間的距離和堰（槽）頂水頭h，如圖3。

      由圖3所示參數(shù)關(guān)系，有

      H1=h0t1/ t0                     （1）

      H=h0t0/ t0- H0

      h=h0t1/ t0- H0- P             （2）

      式中t1為傳感器至液面的超聲波傳播時問；t0為傳感器至標(biāo)準(zhǔn)反射體之間的超聲波傳播時間；h0，P，H0為實(shí)測值；P為堰高，m。

      當(dāng)有較多泥沙沉積時，采用靜水井，靜水井設(shè)在行進(jìn)渠道的一側(cè)。距堰板上游面（4~5）hmax處。渠道和靜水井之間用連通管相連，管子盡量縮短，并定期清洗探頭。行進(jìn)渠道的長度不小于最大水頭時水舌寬度的10倍，行進(jìn)渠道的水流應(yīng)為均勻穩(wěn)定的亞臨界流，若流速不能滿足此規(guī)定時，可用導(dǎo)流板整流，使其形成自然流動，流速趨于平穩(wěn)。

超聲波明渠流量計(jì)主要功能特點(diǎn)：