超声波明渠流量计测量原理与功能特点

超声波自补偿明渠流量计采用超声回波技术，通过测量标准流量堰（槽）的液位高度，由计算机运算得到流量。当被测液体介质通过流量槽（巴歇而槽）或堰（直角三角形缺口薄壁堰、矩形缺口薄壁堰、等宽箔壁堰等）形成自然流动时，以三角形薄壁堰测流为例（由我国制定的技术标准），三角形薄壁堰的形状见图1，图中，α为堰口角，（°）；h 为堰顶水头，m；P 为堰高，m；hmax，为堰顶最大水头，m；B 为行进渠道宽度，m；b 为堰口高度，m。

      堰口角的使用范围为α=20o～100o，常用堰口角α=90o。

      其流量Q与流量槽的水位h有如下关系

      式中Ce为流量系数；g为重力加速度，gn= 9.8 m/s2；he为有效水头，m。

      当图1中α=90o时，Ce值由图2查得。

      he值按下式计算

      he=h+Kh，

      式中h为堰顶水头，m；Kh为粘滞力和表面张力综合影响的校正值，m。当α=90o时，Kh为0.00085 m。

      当tg α/2 =1 时，流量公式转化为

      Q=2.3625 Ceh5/2，

      式中h为液位高度，m。

      本仪表的超声测距原理是：通过安装在堰（槽）测流装置上的超声波传感器，由流量计内的单片机输出一定频率电信号，激励探头中压电晶体发射特定频率的超声波信号，并在发射时刻同时启动定时器开始计时，该超声波信号通过被测液体介质传播，遇到标准杆处，其中，一部分产生第一次反射回波，而其余部分继续在水中传播。反射部分反方向传播，进入探头，引起探头晶片振荡，产生声能—机械能—电能转换，使探头输出第一个电信号。而在水中继续传播的超声波到达水面时，由于水面以上是气体（空气），在气液交界面产生第二次反射回波，反射回波反方向传播反射到压电晶体上，使探头输出另一个电信号。即在参比面（标准杆）上产生第一次反射回波，在气液交界面上产生第二次反射回波，当探头接收到反射波后，立即停止计时，这时，计时器就记下了超声波从发送到接收的传播时间t0和t1，根据式（1）可算出探头到液面的高度。

      水介质超声波液位传感器在超声流量计的控制下，进行超声波发射和接收，由反射波的传播时间来计算传感器与液面之间的距离和堰（槽）顶水头h，如图3。

      由图3所示参数关系，有

      H1=h0t1/ t0                     （1）

      H=h0t0/ t0- H0

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

      式中t1为传感器至液面的超声波传播时问；t0为传感器至标准反射体之间的超声波传播时间；h0，P，H0为实测值；P为堰高，m。

      当有较多泥沙沉积时，采用静水井，静水井设在行进渠道的一侧。距堰板上游面（4~5）hmax处。渠道和静水井之间用连通管相连，管子尽量缩短，并定期清洗探头。行进渠道的长度不小于最大水头时水舌宽度的10倍，行进渠道的水流应为均匀稳定的亚临界流，若流速不能满足此规定时，可用导流板整流，使其形成自然流动，流速趋于平稳。

超声波明渠流量计主要功能特点：