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渠道式流量計(jì)量原理與其他管道式流量計(jì)量方法比具有一定的復(fù)雜性。它具有不同尺寸不同材質(zhì)的渠底、渠壁和自由液面,不但斷面形狀各異,而且水平和垂直流速分布不同,流態(tài)復(fù)雜。但是,也有共同點(diǎn)是都要通過測量平均流速和液位(截面積)來計(jì)算流量。
平均流速的測量可采用如前所述的多普勒法和時差法來測量。液位的測量方法可采用超聲液位計(jì)(多用于非滿管、暗渠)和聲波液位計(jì)、壓力式液位計(jì)、氣泡式液位計(jì)(多用于明渠)。超聲液位測量方法如圖所示。
目前國內(nèi)外普遍采用超聲脈沖回波法。由超聲換能器向液面垂直發(fā)射聲脈沖,聲波遇液面返回,被同一換能順路所接收,經(jīng)放大器放大后,由一閾值電路檢測出第一個回波周期到達(dá)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 -ι。
超聲液位計(jì)所使用的超聲換能器工作頻率為50~200kHz;量程為0.2~(5~10)m;準(zhǔn)確度為(0.25~0.5)%FS。
一般來說,各種明渠所測量的流量范圍很廣,但是測量準(zhǔn)確度都不高,約為1%~5%,測量準(zhǔn)確度主要取決于渠的尺寸、形狀及截面誤差,平均流速和液位誤差值根據(jù)實(shí)際要求通過多聲道布置可控制在較精確的范圍內(nèi)
由于,通過實(shí)測流速、液位(截面積)來演算流量,所以要比只測量液位的堰、槽、渠式流量計(jì)測量準(zhǔn)確度高。
可實(shí)現(xiàn)多聲道測量,測量準(zhǔn)確度隨實(shí)際參與測量的聲道數(shù)的增加而提高。
當(dāng)液位低于最低聲道時,作為堰、槽流量計(jì)(液位和流速的函數(shù)關(guān)系)測量。
被測渠(管、涵洞)的斷面不受限制,而且可測渠寬可達(dá)上百米。
實(shí)測流速是建立在渠道流態(tài)充分發(fā)展的前提上的,即要求渠(管)道的直線段要滿足要求。
現(xiàn)場直線段不足時,要通過在測量段交叉設(shè)置聲道來補(bǔ)償斜線流對流速測量準(zhǔn)確度影響。
現(xiàn)場測量段前后若有堰、閘等設(shè)施使垂直流態(tài)紊亂時,應(yīng)采用多聲道測量方式來達(dá)到準(zhǔn)確測量面平均流速。聲道數(shù)量和聲道高度的確定,要依據(jù)測量準(zhǔn)確度的要求,同時還要考慮最低水位、最高水位和工作水位。
對渠道式流量計(jì)來說,準(zhǔn)確測量流速、水位固然很重要,但往往對流量測量影響最大的是渠道斷面積的誤差(如,渠底部泥沙淤積和渠壁不平整、渠寬不一致等誤差)。所以,在此特別提出的是--渠道斷面積誤差的控制一定要在渠道土建設(shè)計(jì)開始。