原标题:大跨度高沉积渠道的组合流量测量方法
在某些应用场合,比如黄河流域的引水工程,遇到底部淤泥高度不断变化从而影响过流断面面积的测量精度。而常规的污泥界面仪,很难应用在一定流速的渠道的污泥界面测量。这样,会导致流量测量误差增大,无法满足设计和使用要求。
NIVUS提供了一种解决思路:将超声波互相关和超声波时差法的结合,在正常流速下同步测量流速和污泥界面高度,以便获得高精度的流量测量数据。
一.流量测量原理
本组合测量的测量原理为速度-面积法流量计。测量流量Q需要测量两个因素:平均流速和过流面积。采用以下通用计算公式:

二.测速原理
本组合测量采用超声波互相关和超声波时差法的结合,以超声波时差法的流速测量为主,超声波互相关的流速测量为辅。
1. 时差法的流速测量
超声波时差法流量计采用声学时差法流速仪测量流速。其原理是与流速方向成一定的夹角(通常45度)安装一组两个流速传感器,两个流速传感器互相发射和接收超声波。检测两个传感器(A和B)之间超声波信号的传播时间。顺着流动方向的传播时间t1比逆着流动方向的t2更短。两者的时间差与沿测量路径的平均速度Vm成正比。

通过声学时差法流速仪测得顺、逆流方向的超声波传输时间差。并代入下面的公式,得出这两组传感器之间连线的平均流速。
2.互相关的流速测量
NIVUS互相关流量计的测量流速的方法是基于超声波反射原理。
NIVUS互相关流量计基于超声波互相关原理而非多普勒效应,传感器连续扫描水中多个颗粒或气泡,反射信息存储为图像,基于频率特征的粒子识别,根据脉冲重复频率确定两个脉冲之间的TPRF时差Δt,根据这个时间差和距离间隔得到颗粒或气泡的速度,从而得到这个点的流速。可以把超声波互相关流量计想象为超声波相机:互相关流量计可以记录超声波束内的水平和垂直方向多个颗粒或气泡,如同测量“颗粒云”,并在几毫秒内对颗粒或气泡进行相互比较(两张照片的比对)。互相关流量计的优点是:测量实际流速而不是拟合值,无需对流量计进行校准,无需数据二次处理(即数据清洗)、在复杂条件下具有极高的测量精度;缺点是价格贵。
3.NIVUS互相关流量计基于最新的水力模型,COSP系统计算了一个密集的测量网络,从单个测量点位出发涵盖了整个流体横截面。具有如下特点:
a.经过科学流量测量的,渠道专用的实时流体数学模型;
b.靠近壁面和水平速度分布的流速计算;
c.速度积分覆盖整个断面,最多测量16层流速;
d.水力扰动下渠道平均流速的理想研究方法;
e.具有最高的测量精度和稳定的读数;
f.无需校准;
g.流场的确定和指示。
4.过流断面的平均流速(Vm)
将超声波互相关和超声波时差法的测量流速,输入PLC中,进行加权平均,获得过流断面的平均流速。
三.水位的测量原理
通过连续测量渠道的充满度来确认过流的横截面A。液位变化会导致过流横截面积的变化,因此精确的流量测量需要在所有水力条件下进行精确可靠的液位测量。
超声波时差法流量计可以采用超声波液位计或者压力传感器(静压式液位计)进行液位测量。
四.污泥界面的测量原理
1.可以根据测量精度要求,选择1至3组互相关流量计作为污泥界面的测量传感器;
2.不是将互相关流量计安装在渠道的底部;而是采用双体船安装系统,并将传感器向下安装,进行流量测量;
3. 水面顶部向下安装的互相关传感器中的水中超声波,可以直接测量稳定的底部污泥高度;
4. 该系统可以在流速≤1m/s的情况下,获得污泥界面高度的稳定数据;
5.变送器计算过流断面面积时,自动扣除底部污泥的高度,提高过流断面的面积测量精度和流量测量精度。
五.产品特点
1. 可以实时测量流速、污泥界面高度、水位高度和流量;
2.无需中断渠道运行;
3.可在快速完成整个测量系统的安装;
4.流量传感器的快速安装和取出;
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