,在明渠中設(shè)置適當(dāng)?shù)臉藴恃呋虿郏恍柙谝欢ㄎ恢脺y出液位,因液位與堰或槽所流出的液體體積流量成單值關(guān)系,通過相應(yīng)計算公式,即可算出液體的瞬時和累積流量。對于半滿管的或渠中的液體,必須給出截面積(或液位)和平均流速才能算出流量。明渠超聲流量計就是應(yīng)用超聲方法,測量堰、槽、渠、半滿管內(nèi)流動液體流速或液位,并給出流量值的一種儀表。
關(guān)于流速測量的多普勒法(本章第四節(jié)中)和時差法(本章第三節(jié)中)已如前所述,超聲液位測量方法可用如圖4.19所示來說明。目前國內(nèi)外普遍采用超聲脈沖回波法。由*向液面垂直發(fā)射聲脈沖,聲波遇液面返回,被同一換能器所接收,經(jīng)放大器放大后,由一自值電路檢測出個回波周期到達的時間與發(fā)射脈沖間的時間間隔t,則
式中,c為空氣中的聲速,c=331.4+0.6Tm/s,T為攝氏溫度,331.4m/s為0℃時的聲速。
于是,液位H=h-l。超聲液位計所使用的*工作頻率為50~200kHz;量程為0.2~(5~10)m;精確度為(0.25~0.5)%FS。一般來說,各種明渠所側(cè)最的流盤范圍很廣,但是測量精確度都不高,約為2%~5%,這是由于堰、槽等的形狀、尺寸、液位值、流速值的誤差,不可避免。
明渠超聲流量計可應(yīng)用于下列場合:
①引水/輸水工程;
②雨水排放監(jiān)測;
③排污監(jiān)測;
④水利工程等;
⑤灌溉。
一、明梁超聲流量計(堰和槽)
超聲液位測量計與堰或槽相組合構(gòu)成了明渠超聲流量計。當(dāng)流過堰、槽液體為自由流態(tài),其上游液位H與流量成單值關(guān)系,即
q= KHn
式中 K,n——流量系數(shù)。
不同規(guī)格的槽或堰n、K值是不一樣的。使用和設(shè)計槽或堰必須參閱“明渠堰槽流量計檢定規(guī)程”(JJG 211-90)。這里僅給出一些三角形缺口薄壁堰、矩形缺口薄壁堰、等寬薄壁堰和巴歇爾槽的基本尺寸和K、n值,分別見表4.12~表4.15以及圖4.20~圖4.23。表4.16列出了各種槽堰可以測量的流量范圍。
表1.15 巴歇爾槽
qmax /m3·h-1 | 喉道/mm | 進口段/mm | 出口段/mm | 邊高/mm | 流量系數(shù) | |||||||||
b | L | x | y | N | B1 | L2 | L0 | B2 | L2 | K | D | K | n | |
120 | 76 | 152 | 25 | 25 | 57 | 259 | 457 | 311 | 178 | 305 | 25 | 457 | 0.177 | 1.55 |
400 | 152 | 305 | 50 | 25 | 114 | 400 | 610 | 415 | 394 | 610 | 76 | 610 | 0.381 | 1.58 |
900 | 228 | 305 | 50 | 75 | 114 | 575 | 864 | 587 | 381 | 457 | 76 | 762 | 0.535 | 1.53 |
3000 | 600 | 600 | 50 | 75 | 230 | 1200 | 1500 | 1020 | 900 | 920 | 80 | 950 | 1.403 | 1.548 |
7000 | 1200 | 600 | 50 | 75 | 230 | 1920 | 1800 | 1227 | 1500 | 920 | 80 | 1000 | 2.904 | 1.577 |
15000 | 2400 | 600 | 50 | 75 | 230 | 3360 | 2400 | 1636 | 2700 | 920 | 80 | 1000 | 6.004 | 1.605 |
表4.16 各種堰、槽的流量范圍
名稱 | 流量范圍/m3·s-1 | |
薄壁堰 | 三角形缺口堰 | 0.2×10-3~1.8 |
矩形缺口堰 | 1.4×10-3~49 | |
等寬堰 | 0.8×10-3~77 | |
寬頂堰 | 矩形堰 | 8×10-3~65 |
圓堰 | 8×10-3~820 | |
三角形剖面堰 | 3×10-3~1300 | |
平坦V形堰 | 14×10-3~93 | |
巴歇爾槽(Parshall) | 0.1×10-3~93 | |
無喉道槽(Cut-throat) | 0.7×10-3~3.0 |
超聲非滿管(渠)流量計
利用超聲法測量非滿管(渠)的流量,無需堰和槽,必須測出液位和平均流速,如圖4.24所示。所采用的方法可見表4.17.
表4.17 超聲非滿管(渠)流量的測量方法
所求量名稱 | 超聲非滿管(渠)流量計 | |||||
方法1 | 量程 | 精確度 | 方法2 | 量程 | 精確度 | |
平均流速 | 超聲多普勒法 | 0.1~6m/s | ±2% | 多聲道時差法 | 0.03~20m/s | ±0.25%~±0.5% |
液位 | 超聲法或其他法 | 0.2~10m | ±0.25%~±0.5%(分辨率1~3mm) | 超聲法 | 0.2~10m | ±0.25%~±0.5% (分辨率1~3mm) |
流量 |
| 與半滿管和渠大小有關(guān) | ±3%~±5% |
| 與半滿管和渠大小有關(guān) | ±2%~±5% |
注:所列值實際測量會低一些。