超聲波明渠流量計(jì)的原理和應(yīng)用
摘 要：介紹了超聲波明渠流量計(jì)的的原理和特點(diǎn)，并對(duì)流量計(jì)在安裝和使用中應(yīng)注意的要點(diǎn)進(jìn)行了歸納。
1、概述：
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?；谒W(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。
2、水力學(xué)法測(cè)量流量的原理：
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。
3、超聲波明渠流量計(jì)的工作原理：
明渠超聲波流量計(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)。
3.1、超聲波測(cè)液位原理：
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)過時(shí)間 T 被探頭接受。根據(jù)超聲波的傳播速度和經(jīng)過的時(shí)間 T，儀表經(jīng)過運(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-（V0+at）*T/2
3.2、流量測(cè)量?jī)x表的工作原理：
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 4-20m A 或數(shù)字通訊等信號(hào)形式輸出到計(jì)算機(jī)或顯示屏。
4、安裝及使用中應(yīng)注意的要點(diǎn)：
由力學(xué)法測(cè)水流量的原理和超聲波明渠流量計(jì)的工作特點(diǎn)可以看出，其安裝和使用中應(yīng)注意以下要點(diǎn)。
4.1、安裝量水堰槽要規(guī)范：
4.2、超聲波探頭的安裝要符合要求：
探頭在渠道上的安裝位置要符合規(guī)范。一般三角堰、矩形堰要安裝在堰板的上游，距離堰板相當(dāng)于***大過堰水深的 3-4 倍（***大過堰水深是指，流量增到***大時(shí)對(duì)應(yīng)的液位）；巴歇爾槽在進(jìn)口收縮段的 1/3 位置。
安裝探頭時(shí)，探頭和支架固定要牢靠，不能活動(dòng)。探頭一旦活動(dòng)，水位基準(zhǔn)點(diǎn)就變化了，就會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。另外探頭要垂直對(duì)準(zhǔn)水面，不能傾斜。
4.3、儀表主機(jī)的安裝和水位校對(duì)：
流量計(jì)的儀表應(yīng)安裝在室內(nèi)，室內(nèi)要通風(fēng)良好，無腐蝕氣體。如必須安裝在室外，應(yīng)有防護(hù)儀表箱。在初次使用儀表時(shí)，要在主機(jī)上按照工程需要輸入?yún)?shù)，確認(rèn)探頭的型號(hào)，設(shè)定聲速、信號(hào)輸出類型及堰槽的種類等參數(shù)，尤其必須正確設(shè)定儀表的“水位-流量表”。
儀表首次安裝、檢修、移動(dòng)過探頭后，必須要校準(zhǔn)儀表的液位。校準(zhǔn)液位的目的是使儀表測(cè)量的液位值與量水堰槽內(nèi)的實(shí)際水位一致。校準(zhǔn)液位應(yīng)當(dāng)設(shè)置零點(diǎn)和實(shí)際液位兩個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)：在量水堰槽內(nèi)的水位為零時(shí)，校對(duì)儀表顯示的液位也為零；在堰槽充有一定量的水時(shí)，利用滿足精度要求的直尺等工具測(cè)量，校準(zhǔn)儀表的示值等于實(shí)測(cè)的量水堰槽液位。
超聲波明渠流量計(jì)產(chǎn)品：
5、結(jié)束語：
超聲波明渠流量計(jì)是由超聲波探頭和量水堰槽配合測(cè)量得出明渠流量信息的計(jì)量?jī)x表，具有安裝維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，工作穩(wěn)定，測(cè)量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。目前廣泛應(yīng)用與石油、化工、制藥、食品加工等污水排放企業(yè)，對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)保護(hù)和污染的治理起著重要的作用。