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渠道/河道在線測流量不會選型?這“四點”讓您

瀏覽量: 發布時間:2021-07-30 作者:admin
渠道/河道測流量是水利信息化建設非常重要的一部分,在 灌區灌溉用水計量水資源調度調配、水文數據監測、防汛抗洪等領域中運用廣泛。
就渠道/河道測流量問題小編梳理總結了大家比較關注的四點:流量概述、測流量的主要方式、在線測流量的主流傳感器以及在實際運用中如何選型。
 


一、什么是流量?

在水文中,河流流量的定義是單位時間通過某一河流斷面的水的體積。流量的算法是以載體內流體的平均流速乘以載體橫截面積換算而得,單位為m³/s,m³/h等。

 
注:通常同一斷面的每層流速、每個截面的流速都是不一樣的,所以要采用平均流速。(實際液體由于存在粘滯性而具有的兩種流動形態。液體質點作有條不紊的運動,彼此不相混摻的形態稱為層流。液體質點作不規則運動、互相混摻、軌跡曲折混亂的形態叫做紊流,也叫湍流。)

● 平均流速
流速是指液體流質點在單位時間內通過的位移。渠道和河道的水流各點的流速是不相同的,靠近河(渠)邊的流速較慢,河中心近水面處的流速最大,為了計算簡便,通常用橫截斷面的平均流速來表示該斷面水流的速度。


二、現階段渠道/河道流量測量的方式:主要分為建筑物法和傳感器測流法。



三、目前在線測流量的主流傳感器,我們暫且粗獷的分為四類:1)超聲波測流   2)電磁測流   3)雷達波測流   4)機械式測流。


下面就目前各種主流測流量的傳感器予以介紹。篇幅,你準備好了嗎?



◆ 時差法流量計-分為管道式和明渠式

         聲學時差法流量計基于流速面積法流量測量原理。聲波在靜水中傳播時,有一恒定的速度,此傳播速度會隨水溫、鹽度、含沙量的變化發生些變化,但當水流狀況一定時,此傳播速度是一定的。順水流傳播時,實際傳播速度為聲速加上水流速度;逆水傳播時,實際傳播速度為聲速減去水流速度。于是,在河流上、下游兩固定點之間,聲波順水和逆水傳播有傳播時間差,測出時間差就能測得水流速度。用這種方法測量水流速度稱為“時差法”。


 

◆ 超聲波時差法明渠流量計


         聲學時差法流量測流系統由一組(或幾組)聲學換能器、主機、信號電纜和電源組成。
       聲學換能器接收測流控制器的指令發射聲脈沖,并將接收到的聲脈沖信號傳送到測流控制器。測流控制器收集聲脈沖在水中的傳播時間、水位數據,通過傳播時間差計算出水層平均流速,再結合過水斷面面積和斷面平均流速,從而得出斷面流量。聲學換能器內可以裝有水位傳感器,可同時將測得的水位數據傳送給主機,也可以接入其它符合要求的水位計。


超聲波時差法管道流量計




超聲波多普勒流量計—主要分為走航式、固定式、單點式

        根據聲學多普勒效應,當聲源和觀察者之間有相對運動時,觀察者所感受到的聲頻率將不同于聲源所發出的頻率。這個因相對運動而產生的頻率變化與兩物體的相對速度成正比。超聲波發射器為一固定聲源,隨流體一起運動的固體顆粒起了與聲源有相對運動的“觀察者”的作用,當然它僅僅是把入射到固體顆粒上的超聲波反射回接收據。發射聲波與按收聲波之間的頻率差,就是由于流體中固體顆粒運動而產少的聲波多普勒頻移。由于這個頻率差正比于流體流速,所以測量頻差可以求得流速。進而可以得到流體的流量。

走航式

聲學多普勒流速剖面儀

Acoustic –以固定頻率發射聲波脈沖.
Doppler – 接受反射回來有“多普勒”頻移的聲波,通過頻移計算波束向的相對速度
Current –  應用4波速向相對速度、波速間夾角、姿態數據(首向heading,縱搖pitch,橫搖roll)
Profiler – 測量不同層次(depth cell)的流速
ADCP通常有3個以上換能器,同時發射和接受3個波束以上的聲信號,獲得3個以上的相對速度
信號按波束獨立處理并轉換成波束向相對速度
利用波速間的角度,將波束向(波束坐標)的相對速度轉換為水平和垂向速度(地球坐標)


固定式

         聲學多普勒流量儀安裝有2個換能器,換能器與安裝中心軸線有一定的夾角,每個換能器既是發射器又是接收器。換能器發射的聲波能集中于較窄的范圍內也稱為聲束。假定懸浮物質的運動速度和水體流速相同,當懸浮物質的運動方向是接近換能器時,換能器接收到回波頻率比發射波的頻率高;當懸浮物質的運動方向是背離換能器時,換能器接收的回波頻率比發射頻率低。聲學多普勒頻移,即發射聲波頻率與回波頻率之差:


單點式

    傳感器有兩個換能器,一個發射,一個接收。當傳感器正對著水流方向,也就是逆流測量的前提下:
     1、水流靜止情況下,接收到的頻率跟發射頻率一樣;
     2、流速越快,接收傳感器接收到的頻率越快,會高于發射的頻率;
     3、流速越慢,接收傳感器接收到的頻率越慢,但是會高于發射的頻率。
    安裝使用時必須要將傳感器正對著水流方向。




 

電磁流量計—主要分為管道式(滿管/非滿管)和明渠式

         電磁流量計:基于法拉第電磁感應定律來測量流量U=B*L*v(  U-感應電動勢       B-磁場強度     L-導體zhuan長度      v-導體速度)
       銅線繞成的線圈產生交變的磁場B。受控電流保證在整個測量過程中磁場強度保持恒定。導體的長度L(在測量管內徑的兩個測量電極的距離 ) 是一個常數。方程中唯一的變量是流體的流速v。儀表能夠直接測得電極間的感應電壓, 感應電壓線性的正比于流體分流速U~v。進而求出流速,電磁流量計測量的不是體積而是流速。


管道式

電磁管道流量計(滿管)
● 精度等級:宜選用滿量程輸出誤差小于±1.5%~±2.5%的流量計;
● 前后置直管段長度:前置直管段長度應大于5倍管徑,后置直管段長度應大于2倍管徑,在此范圍內不應安裝閘閥;
● 流速、口徑:選定的儀表口徑可與管徑不同。上限流速不超過5m/s,下限流速不小于0.5m/s;
● 變送器應有耐壓密封性能試驗報告。


電磁管道流量計(非滿管)

        電磁非滿管流量計是一種利用流速-面積法,連續測量開放式管線(如半管流污水管道和沒有溢流堰的大流量管道)中流體流量的一種流量自動測量儀表。它能測量并顯示出瞬時流量、流速,累積流量等數據。特別適用于市政雨水、廢水、污水的排放和灌溉用水管道等計量場所的需要。
       非滿管流量計是由一個電磁流速傳感器、一個超聲水位傳感器和一個流量顯示儀組成,連續測量管道中流體的流速和液位用戶只要輸入圓形管道的內徑或方形管道的寬度,GLP-LSC型非滿管流量計就會自動計算出管道內的流量來,并自動顯示出管道內的瞬時流量、流速、累計流量等測量參數。


明渠式

電磁明渠流量計
         電磁明渠流量測量系統以流速-水位運算法為基礎,并采用了先進的伺服水位跟蹤測速系統和微處理器,從而確保測速和運算的準確性的一種新型智能化流量系統,根據渠道的寬度和測量精度的要求,采用明渠測流的數學模型。
       根據傳感器實測的水位值、流速值和已置入的渠道幾何尺寸、邊坡系數、渠道精度、水力坡道、流速垂直平面修正系數,并按照預定的數學模型計算出渠道的斷面平均瞬時流量。



雷達波流量計-主要分為固定式和纜道式

       工作時向水面發生電磁波,電磁波遇到運動的水面會發生散射,并構成回波,由于接收到的回波頻率相對于發射頻率發生一定偏移,由多普勒頻率方程可求得水面流速,一個運動目標會在雷達傳感器產生一個低頻輸出信號。這個信號的頻率取決于移動速度,幅度取決于安裝的距離,反射率和運動目標的尺寸大小。多普勒頻率 F 和運動速度成正比關系。定點式雷達流速儀的系統可接入多個雷達探頭,相當于布設多個測量垂線,結合斷面參數,計算斷面流量,定點測量。

立桿固定式

雷達流量計
       全自動雷達流量計。它采用先進的平面微波雷達技術,通過非接觸方式測量水體的流速和水位,根據內置的軟件算法,計算并輸出實時斷面流量及累計流量,可用于河道、灌渠等場景的流量測量。
       以物理學中的多普勒頻移效應為基礎,當水流運動時將與流量計之間發生相對運動,從而使得儀器所發出的雷達波信號產生頻率的偏移,頻率的偏移和水的流速成正比,通過測量頻率偏移測量水體的流速,再利用脈沖雷達測得水位、結合斷面數據計算出動態過水面積,根據測量的流速和過水面積計算出瞬時流量。



纜道式

纜道雷達流量計
       移動式雷達波在線流量監測系統遵循無人值守、 簡單實用、 方便維護、精度可靠的原則,采用雷達波市實時監測垂線測速,同步采集相應水位,按部分面積法計算流量,實現流量自動監測。 測流方法遵循《河流流量測驗規范》 和《水文纜道測驗規范》,數據輸出符合《水文資料整編規范》,數據與整編軟件無縫對接。
       雷達纜道式測流系統是集測流、無線傳輸、流量測驗,數據庫管理、網站發布、水文站業務處理于一體的全自動流量測驗系統。通過互聯網查看測站水位、流速、流量和設備工況,中心水文站人員通過互聯網遠程下載市局中心數據庫中的測站數據,在計算機上分析處理,生成各種水文報表,徹底擺脫傳統水文從測驗到整編手工作業方式,用現代科技手段實現水文三大核心業務“測、報、整”升級換代。



機械式流量計(轉子)-主要分為旋杯式和旋漿式

         機械式測流是根據水流對流速轉子的動量傳遞而進行工作的。當水流流過流速轉子時,水流的直線運動能量對轉子產生轉矩,此轉矩克服轉子的慣量、軸承等內摩阻,以及水流與轉子之間相對運動引起的流體阻力,從而使流速儀轉子轉動。在一定水流速度范圍內,流速儀轉子的轉速與水流速度呈現比較穩定的進似線性關系。通過使用專門設計的設備,計測轉子在預定時間內的轉數,在查閱流速儀相應檢定公式或檢定關系曲線,就可得到或計算出水流速度。也可通過二次儀表輸入相關系數后,自動測算水流速度。



旋漿式

旋杯式流量計
● 旋杯式水量計可使用于多泥沙緩坡渠道(小于1/10000);
● 測流范圍:不同產品的量水計的測流范圍不同,最小為0.05~0.6m3/s;
● 測流涵洞中的流速應小于2m/s;
● 測流涵洞應在淹沒流條件下工作;
● 測流誤差應不大于±5%。



旋杯式

旋漿式流量計
● 旋漿式儀器是一種江河水文測驗儀器,用以測定一般河流、渠道、水庫、湖泊、管道等的過水斷面預定測點的水流平均速度,從而確定該斷面的流量。
● 灌區渠道量水中一般用于水位~流量關系曲線率定。



轉子式創新運用

轉子式流量計應用—軌道測流車
       河道斷面流量自動化測站以河道斷面流量自動巡測車為核心,配置旋槳式流速儀、鉛魚、通信終端、智能供電系統、安防系統、視頻監視系統,實現明渠水位流量信息的自動采集和傳輸。
       灌渠道測流斷面架設測橋,為了節省費用,在測橋上游側鋪設兩條三角形平行軌道,軌道一端鋪設到測流房內。在軌道上根據渠道斷面寬度確定測量垂線位置及個數。啟動測量時,測流車行至測點,進行水位、水深(淤積厚度)測量,并實時反饋測量數據及測量狀態。測流車下放流速儀到固定深度進行單點流速測量或分層流速測量,測量完成后行至下一個測點進行測量。
       所有測點測量完成后,測流車計算每個垂線的部分平均流速和部分面積,計算部分流量,將部分流量累加即為斷面總流量。



         關于市面上主流產品的基礎介紹就到這,如有不妥之處請原諒并指出,如有遺漏的地方,歡迎各位分享?,F在咱們來聊聊選型。

四、在實際運用中,怎么選擇合適的流量計呢?

小編總結了兩類大家比較關注的選型問題:1:不同寬度的渠道/河道流量測量該怎么選型?2:不同用途的渠道/河道流量測量怎么選型?

按渠道/河道寬度從大到小選型



通常渠道/河道流量測量主要有三種用途:1.計量:如灌區,配水調度等,對精準要求較高。2.水文測流:各大水文局重點關注區域內流量數據,對數據精度要求嚴謹。3.防汛防洪:如山洪災害,城市洪水排澇等,比較關注流量數據的相對變化。

按照用途選擇

篇幅有限,各類測流量傳感器的維護問題等方面就不一一展開介紹了,如大家有感興趣的課題可以后臺留言,我們會根據大家的評論準備相關內容的課題來寫!



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