浅谈超声波明渠测流仪在扁担沟扬水灌区的应用.docx

浅谈超声波明渠测流仪在扁担沟扬水灌区的应用浅谈超声波明渠测流仪在扁担沟扬水灌区的应用1多普勒超声波测流仪主要功能多普勒超声波在水利测量中应用越来越广，扁担沟扬水灌区在渠道水量测量中选择了HOH-L-01多普勒超声波明渠测流仪。该设备可同时测量渠道平均流速、水深、水温，对窄渠道测流精度高。可实现远程无线、有线和人工直接取集三种数据采集方式。其技术指标为：流速量程：21mm/s到5000mm/s。准确度：测量流速的±1%。分辨率：1mm/s。温度量程：0℃到60℃。分辨率：0.2℃。水位量程：0到5m。分辨率：1mm。准确度：测量水位的±0.5%。电源：12VDC/220AC。输出接口：标准RS232、RS485。数据储存容量：每10分钟采集一条记录，可以存储超过半年的数据。运行温度：0℃到60℃水温。1.1水温测量：其中水温测量使用温度探头，温度探头不与水接触，紧贴仪器外包装材料顶部，需要置于水底一定时间后才能反映实际水温。测水温的目的是校正超声波在水中的速度，并修正压力传感器所测得的水位值。1.2水深测量（过水断面面积）：水深测量使用压力传感器，置于仪器底部，其探头感应部位与水直接接触；水深测得后，通过渠道段断面形状可求得过水断面面积。1.3平均流速测量：流速的测量是通过超声波探头（换能器）发射与接受超生波信号并做相应的计算处理而获得的：换能器1发射频率为f1的超声波信号，以一定角度由水下向水面发射，在碰到水中的悬浮颗粒或气泡后，频率发生偏移，并以f2的频率反射到换能器2，这就是多谱勒将就，f2与f1之差即为多谱勒频差fd。设流体流速为v，超声波声速为c，多谱勒频移fd正比于流体流速v。水中会有大量的杂质颗粒与气泡，每一个反射粒子对应一个多谱勒频移fd，通过换算可求得其流速，这些大量粒子的平均流速也即流体的平均流速。通过测得的平均流速及水位及断面尺寸，可求得断面流量。2设备安装条件及安装流程2.1安装条件设备适用于渠道或河流的流量计量，适合各种水质：城市污水、工业废水、灌溉用水、饮用水、海水。2.2安装流程2.2.1探头的安装探头应安装于具有固定断面的渠道顺直段下游，顺直段长度最好是渠道水力半径的5-10倍（顺直段越长测量精度越高），且这一距离范围内不得有过流阻挡物（如水闸、堰等），以保证探头前端水流流态的均匀稳定。探头应尽量安装于靠近渠底，当渠底有杂质沉积及水草生长或滚动的卵石时，可抬高安装位置以避开渠底沉积物与水草覆盖探头或卵石冲撞探头；探头距渠底的具体高度最好为100mm-250mm，具体视渠道的最低测流水位而定。当渠道水深较高且具有一定的最低水位时，为了安装方便只要将探头安装于最低水位以下0.5倍处即可。探头在渠道横断面处的安装位置一般如下（渠宽在20m以下）：对矩形断面安装于渠宽的0.15-0.2倍处；对梯形断面则安装于坡脚处，如图一，对于宽度较大的渠道，需安装2台或2台以上的探头，具体位置要视渠道宽度及横断面上的流态分布而定。2.2.2安装方法：探头安装应完全平行于渠底（注意不是水平），如图二，同时保证与水流方向平行一致，探头前端（没有通信电缆的一端）逆水流方向并与水流方向夹角为180度，并且不得有阻挡物干扰水流流态，通信电缆线最好从探头的下游沿渠底及渠道边坡引出水面或从安装支架的钢管内引出水面。对于可完全断水的渠道，可将固定探头的支架（固定支架可在当地定做，与探头连接部分最好用不锈钢板及螺栓）直接固定于渠底；对于不能完全断水且上游关闸后仍有较高水位不便水下作业的渠道，可将支架固定于渠臂上。固定于渠臂上的支架有两种方式：简易支架与组合支架。简易支架主要为一根弯曲的钢管或度锌管，底部焊接一水平钢板以固定探头，竖立管通过钢片横翼固定于渠臂上；组合支架由底座与可拆卸部分组成，探头安装于可拆卸部分上，底座一次性固定安装于测流断面处（通过上游临时关闸降低水位后，用膨胀螺栓固定于混凝土边坡上），可拆卸部分通过水面上的螺栓与底座相连接固定，这样便于今后对探头的检修与更换。2.2.3通信电缆的安装通信电缆应沿着渠底及渠壁由探头下游方向引出水面，最好套PVC管进行保护并沿程固定；当用臂式支架固定探头时，通信电缆线可沿支架的空心钢管引出水面。探头所自带的一段通信电缆线内有通气导管，因此注意不得将其弯折。当通信电缆线引出水面后，可接普通的电缆线，此时应使通气导管开口方向朝下，并用透气胶布进行保护，防止水及异物进入通气管。通信电缆线固定安装好后，需与终端机通过“转接线”相连接，“转接线”的四芯电线分别为：黄色是电源正，兰色为电源负，红色是数据线A，黑色是数据线B（对应通信电缆线中的电线为：红黑线合并为电源正，屏蔽网线为电源负，其余两根为R485数据线的A与B）。2.2.4终端机的安装终端机应固定竖立于管理房或微型工作间内，注意防水防潮。终