明渠超声波流量计
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*,在明渠中设置适当的标准堰或槽,只需在一定位置测出液位,因液位与堰或槽所流出的液体体积流量成单值关系,通过相应计算公式,即可算出液体的瞬时和累积流量。对于半满管的或渠中的液体,必须给出截面积(或液位)和平均流速才能算出流量。明渠超声流量计就是应用超声方法,测量堰、槽、渠、半满管内流动液体流速或液位,并给出流量值的一种仪表。
关于流速测量的多普勒法(本章第四节中)和时差法(本章第三节中)已如前所述,超声液位测量方法可用如图4.19所示来说明。目前国内外普遍采用超声脉冲回波法。由*向液面垂直发射声脉冲,声波遇液面返回,被同一换能器所接收,经放大器放大后,由一自值电路检测出*个回波周期到达的时间与发射脉冲间的时间间隔t,则
式中,c为空气中的声速,c=331.4+0.6Tm/s,T为摄氏温度,331.4m/s为0℃时的声速。
于是,液位H=h-l。超声液位计所使用的*工作频率为50~200kHz;量程为0.2~(5~10)m;精确度为(0.25~0.5)%FS。一般来说,各种明渠所侧zui的流盘范围很广,但是测量精确度都不高,约为2%~5%,这是由于堰、槽等的形状、尺寸、液位值、流速值的误差,不可避免。
明渠超声流量计可应用于下列场合:
①引水/输水工程;
②雨水排放监测;
③排污监测;
④水利工程等;
⑤灌溉。
一、明梁超声流量计(堰和槽)
超声液位测量计与堰或槽相组合构成了明渠超声流量计。当流过堰、槽液体为自由流态,其上游液位H与流量成单值关系,即
q= KHn
式中 K,n——流量系数。
不同规格的槽或堰n、K值是不一样的。使用和设计槽或堰必须参阅“明渠堰槽流量计检定规程”(JJG 211-90)。这里仅给出一些三角形缺口薄壁堰、矩形缺口薄壁堰、等宽薄壁堰和巴歇尔槽的基本尺寸和K、n值,分别见表4.12~表4.15以及图4.20~图4.23。表4.16列出了各种槽堰可以测量的流量范围。
表1.15 巴歇尔槽
qmax /m3·h-1 | 喉道/mm | 进口段/mm | 出口段/mm | 边高/mm | 流量系数 | |||||||||
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 各种堰、槽的流量范围
名称 | 流量范围/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 | |
等宽堰 | 0.8×10-3~77 | |
宽顶堰 | 矩形堰 | 8×10-3~65 |
圆堰 | 8×10-3~820 | |
三角形剖面堰 | 3×10-3~1300 | |
平坦V形堰 | 14×10-3~93 | |
巴歇尔槽(Parshall) | 0.1×10-3~93 | |
无喉道槽(Cut-throat) | 0.7×10-3~3.0 |
超声非满管(渠)流量计
利用超声法测量非满管(渠)的流量,无需堰和槽,必须测出液位和平均流速,如图4.24所示。所采用的方法可见表4.17.
表4.17 超声非满管(渠)流量的测量方法
所求量名称 | 超声非满管(渠)流量计 | |||||
方法1 | 量程 | 精确度 | 方法2 | 量程 | 精确度 | |
平均流速 | 超声多普勒法 | 0.1~6m/s | ±2% | 多声道时差法 | 0.03~20m/s | ±0.25%~±0.5% |
液位 | 超声法或其他法 | 0.2~10m | ±0.25%~±0.5%(分辨率1~3mm) | 超声法 | 0.2~10m | ±0.25%~±0.5% (分辨率1~3mm) |
流量 |
| 与半满管和渠大小有关 | ±3%~±5% |
| 与半满管和渠大小有关 | ±2%~±5% |
注:所列值实际测量会低一些。
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