UF-911型多声路超声波流量计在邵伯灌区流量测量管理中的应用

　　0　引言

　　近年来随着中国远距离调水与大型供水工程的建设,将“精确量水”提高到设计原则的高度,因此,对大流量的量水设备提出新的要求,特别是大型明渠的流量测量,如何实现稳定、精确和在线自动化测量,具有典型的技术代表性。

　　目前对于大型明渠流量测量的手段主要有堰槽法、流速仪法、超声波法等。超声波法具有测量精度高、稳定可靠的优点,逐步在水利工程中推广使用,收到良好的效果。

　　国网电力科学研究院(南京南瑞集团公司)开发的UF-911型多声路超声波流量计(以下简称UF-911流量计)具备采集精度高、在线运行和可靠稳定等特点,近年来得到迅速应用,成为大型引水工程明渠流量测量的理想设备。

　　采用多声路测流速,加权积分计算流量,实现大流量的稳定准确的在线测量,是大型输水供水工程理想的流量监测手段。

　　1　UF-911流量计

　　1.1　流速测量原理

　　超声波流量计主要采用时差法[1]测量流速。如图1所示,在上游和下游分别布置换能器P1和P2,其间距为L,流体流速为v。

　　在水流的作用下,声波沿正向传播所经历的时间(称为正向传播时间T2)比逆向传播所经历的时间(称为逆向传播时间T1)要小。正向传播时间T2和逆向传播时间T1可以表示为:

　　式中:v为流体速度;L为声路长度;θ为声波路径与流向的夹角;C为室温下静水中的声速。

　　由式(1)和式(2)可以导出在v的表达式:

　　从而,流速测量变成对几何量和时间的测量。

　　1.2　流量测量原理

　　渠道中的流态比较复杂。一方面,从渠底到水面流速呈不均匀分布,如图2所示;另一方面,当渠道的上游有转弯或分水口时,水流会产生横向流,为消除横向脉动流等影响,采用交叉声路布置,如图3所示。

　　为了提高测量精度,一般采用多声路的布置方式,根据IEC规程,对通过测量断面流体的流速进行积分,得到通过测量断面的流量Q为:

　　式中:S(H)为过流断面,是水位高程的函数;K为流速分布系数;n为测量断面上的声路数;W_i为第i声路的加权系数;v_i为第i声路的线平均流速。

　　图3中:

　　1.3　系统组成

　　UF-911流量计由主机、换能器、水位计及信号电缆组成,如图4所示。

　　流量计主机通过安装在渠道上的超声波换能器测量流速,通过水位计测量过流断面,对流量进行累计、显示、存储,还可通过模拟量接口或数字量接口将测量结果送往信息自动化系统。