[发明专利]一种自动识别淤积高度的高精度超声波明渠流量计及方法

说明书

一种自动识别淤积高度的高精度超声波明渠流量计及方法，属于超声波明渠流量计。明渠流量计的流量换能器为流量超声波换能器，A侧支架与B侧支架相对平行位于明渠两岸边；流量换能器连接在A侧支架与B侧支架上，两个流量换能器为一组，对应收发超声波信息；每层的流量换能器位于同一轴线上；所述的流量换能器有多个，连接在A侧支架或B侧支架上的流量换能器从上至下等间距或不等间距呈一列分布；流量换能器的信号传输电缆连接在积算仪的输出端上；在A侧支架和B侧支架上均连接有淤积换能器；淤积换能器位于A侧支架或B侧支架的下部。优点：在计算流量时系统智能排除渠道当时淤积的截面面积，自动识别被测量渠道中的淤积深度，提高了测量精度。

技术领域

本发明涉及一种超声波明渠流量计，特别涉及一种自动识别淤积高度的高精度超声波明渠流量计及方法。

背景技术

目前常规的渠道量水方法有以下几种：

a、流速面积法：通过各种流速传感器将渠道的平均流速测量出来，然后通过灌渠的水位和渠道的形态换算出过流面积，利用平均流速乘以过流面积计算出相应的流量。

b、平均流速公式法：计算明渠水流速的平均流速的公式有很多，其中典型公式有谢才公式和曼宁公式，流速公式法是通过测量水面的坡度，预估粗糙度，结合水流截面积的形态，利用公式算出平均流速再计算出流量。

c、水位流量曲线法：利用水位流量曲线的对应关系，测量水位就可以算出流量，初次使用时需要使用其它设备对水位流量进行校准。

d、量水堰槽法：是在渠道中修建固定的堰槽，利用水位直接换算出流量，常用的堰槽有三角堰，矩形堰，梯形堰，巴歇尔槽等。

这四种方法中精度最高的是流速面积法，因为它是直接测量水流速度的，其它三种方法均是采用水力学公式利用水位换算出来的流量，由于各种灌渠建造的形状、所用材料不一，使的灌渠的糙度不一样，坡度不一样，同时计算中的各种系数获取不一，造成测量误差太大。现已很少使用。而流速面积法由于目前多采用的多普勒流速仪、电磁流速仪，旋浆（杯）流速仪、雷达表面流速仪等只能测量渠道中一点的流速，用它来作为灌渠中的平均流速误差较大 ，特别是对于一些较宽的灌渠，由于水的流态不一，渠表面的糙度不一，使水渠中心和边沿，水的上、中、下层的流速不一样，很难用渠中某一点的流速作为整个渠道的过水流速，因而长期以来一直没有很好的在线测量流速进而测量流量的方法。

近些年，一些公司开始研发并生产明渠时差法超声波流量计，测量精度提高了很多，但也在使用中发现很多渠道没有完全硬化，还存在很多土渠，渠道底部逐渐有淤积，导致安装时设置的过流面积出现了较大的误差，特别是淤积较大，长期低水位工作的流量计，整体测量误差很大。

时差法超声波流量计的工作原理是：通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速。有流速的地方，时间差随着流速的增加而增加。时差法超声波流速仪有单个或多个信号通道。一个时差法超声波流速仪的信号通道越多，它的精度就越高。再根据当时的过流面积计算出渠道内的流量。

超声波传播的方向性好，穿透能力强，接收的时候容易获得集中的声能，它在液体中传播距离远。

综上所述：已知技术缺点与不足之处是：常规的测量方法采用水力学公式利用水位换算出来的流量，由于各种灌渠建造的形状、所用材料不一，使的灌渠的糙度不一样，坡度不一样，因为计算中的各种系数的获取不一，造成测量误差太大。流速面积法由于目前多采用的多普勒流速仪、电磁流速仪，旋浆（杯）流速仪、雷达表面流速仪等只能测量渠道中一点的流速，用它来作为灌渠中的平均流速误差较大 ，特别是对于一些较宽的灌渠，由于水的流态不一，渠表面的糙度不一，使水渠中心和边沿，水的上、中、下层的流速不一样，很难用渠中某一点的流速作为整个渠道的过水流速。市面上现有的明渠时差法超声波流量计，测量精度提高了很多，但也在使用中发现很多渠道没有完全硬化，还存在很多土渠，渠道底部逐渐有淤积，导致安装时设置的过流面积出现了较大的误差，特别是淤积较大，长期低水位工作的流量计，整体测量误差很大。现场为了保证流量计的精度，需要大量人工对渠道测量段的清淤工作。