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多普勒流量计是利用多普勒频移获得流体流速数据,葡萄京棋牌下载388LDM-51型明渠流量计

发布时间:2020-04-03 00:41编辑:联系我们浏览(117)

    发布时间:17-05-05 11:34分类:技术文章 标签:流量测试仪 流量测试仪的原理和实际测试情况 北京康高特科技有限公司 张鑫宇 流量检测仪可以计算河流、小溪、沟渠、山泉等流动水源的流量,单*使用可以预估全年排量,探索季节变化对高山融雪的影响等,多用于生态、水文研究,水源开发等。配合其它水质检测和生物检测仪器可以综合评估该地区水源被污染的程度、净化能力等。多用于环境生态检测,污染物排放控制检测。 任何流量检测仪都不可能直接测出水源的流量,而是通过流速和面积与流量的关系计算出河流流量,理想状态下其关系如下: 式中v为河流平均流速,S为横截面积 由上式可以看出,只要知道了河流的流速*可以计算得到总的流量。而测量流速的方法很多,其中比较方便和便宜的是利用螺旋浆测量(机械方法),螺旋桨转动的速度*是水流流动的速度。通过速度传感器,可以将其显示在屏幕上。目前使用机械原理制成的流量仪并不太多,大多数仪器只能测量一点的流速,依次记录后手工计算出流量。因此螺旋桨测量方法一般只在单*测量流速时使用。测量结果更加精确的是利用多普勒原理制成的超声波或激光流速计,传感器发出超声波或激光遇到水流反射,如果水流速度较快,则反射波的频率较高,进而测出流速。使用多普勒原理制成的仪器计算功能*比较强大了,一般支持流量测量,更有甚者用户可以选择不同的流速、流量测量方法进行加权计算,使结果更符合实际情况。 螺旋桨测速仪 多普勒超声测速仪 多普勒激光测速仪 在实际情况下计算流速和流量当然不会像*初的理想情况那么简单,还需要考虑到河道不同深度的水流速度和距岸边不同距离的深度。 水流速度的测量 测量流速时,要根据实际水流状况和风向选取合适的测量方法,在一个横断面上取多点进行测量。只有流速测量结果正确时,流量才能近似等于实际情况。如果流速偏差很大,则流量计算也没有实际意义。 *来考虑不同深度水流速度的变化情况。在无风和水流逆风流动的情况下,河道中水流的速度类似于下图的曲线。因为空气和泥沙的阻力使得水面和水底的流速度变慢,河道中部的水流速度*快。此时测量水流速度时推荐使用0.2/0.8法[1],原因是水流平均速度出现在A、B两点。如果使用0.6法[2],则*后得到的流速值偏大。 如果水流顺风流动,则河面上的流速要大于河底流速,如下图所示。此时再使用0.2/0.8法测量结果*不尽如人意了---因为风速不断变化,所以河流的表面流速也随之变化。为了使测量结果更稳定,建议使用0.6法,直接测量C点河流中部的水流速度。 *后一种较极端的情况也比较多见,沟渠中的水基本不流动,但是水面由于风力作用产生流速,如下图所示(多出现在乡镇河流、支流上)。此种情况下,各种测量水流速度的方法都不能完全代表实际流速,建议单*测量水面流速后更改深度(20cm左右),只计算顶层的流量。 上述测量方法仅为测量一点流速,实际测量时要在一个横断面上取多点进行测量。不同位置的流速变化规律也类似图1,靠近岸边流速较低,靠近中心流速较高。计算时,也可类比使用0.2/0.8法。 横截面积的估算 一般来说对于河道,越向中心深度越大,因此大致可以认为河道横截面为梯形。对于山泉则可以用长方形截面近似代替。而如果需要测量不规则的池塘或沟渠则需要取不同点的深度进行估算。 河道近似 山泉溪流近似 不规则近似 对于一般测量流量来说,简单估算横截面积并测量平均流速*能够满足精度要求了,如果对流量的计算结果要求较高,*需要考虑横断面上不同点的流速变化情况,分别进行测量。国际通行的测量流量方法是中间值法,该方法是对不规则近似的一种扩展,示意图如下所示: 中间值法首*将河道分为等距的段落,图示为W1-W11。使用流速计在每个段落的中心位置测量流速,流速测量方法根据上面的建议选择。依次测量完11个段落进行计算。表示为公式如下所示: 在实际情况中,中间值法一般用于山泉溪流的流量测量,因为这些水源深度较浅,宽度适中,流速较大,可以获得很准确的测量数据。 测量河道流速时,如果河流深度较浅,底部没有淤泥,测量人员可以达到河道中央时,也可以使用中间值法进行测量,计算流量。但是如果河道较深较宽,底部有淤泥或没有桥梁时,使用中间值法测量非常麻烦,不但需要测量大量流速数据,有时甚至需要借助小船才能到达河道中央,又因为船体不断运动,流速测量值也不准确。此时只能使用上述方法进行估算。 流量的测量一直是一个比较困难的课题,因为其测量方法比较单一,只能通过流速计算,是一个间接值,而流速又受各种环境和测量方法的影响。面对复杂情况,往往没有条件使用中间值法精确测量,此时*要对测量结果进行近似处理。近似的方法有多种多样,上述方法只是其中之一。随着测量经验的不断增加,和对大量数据的归纳总结,久而久之*能够形成一套应对不同情况的近似计算方法。 名词解释 [1]0.2/0.8法:该方法为测量距水面20%处流速,再测量距水面80%处流速,*后进行加权计算,得到平均流速。 [2]0.6法:该方法为测量距水面60%处流速。

    3.2 测量范围:流速0.01-10m/s; 瞬时流量≤10000 m3/s;

    多普勒流量计是利用多普勒频移获得流体流速数据,然后根据原始流速、液位数据以数学模型计算出截面平均流速后乘以流体截面积而获得流量的流量检测技术。因此,多普勒流量计的测流量过程可具体为:测定流速、平均流速计算、截面积计算、流量计算。其中后两项均是简单的几何/数学计算。 对于流速测量,首先要解释的是多普勒频移。当波源与观察者之间有相对运动时,观察者所接收到的频率与波源的真实频率不同,接收到的信号的频率与声源频率之差,称为多普勒频移,它的大小由两者之间的相对速度决定,这种物理现象称为多普勒效应。测流速时,探头发射的波遇到介质中随波逐流的悬浮物、固体颗粒、汽泡,甚至非稳态的漩涡、扰乱等,均会产生偏离发射频率的反射波,产生多普勒频变,该效应与反射物的运动流速成正比。接收探头接收到各点的反射波,经过复杂的信号处理、动态频谱分析和精度计算,就可得出管截面内流体的流速。目前,多普勒流量计使用最多的波则是超声波和雷达波,而采用任何波作为测量波的多普勒流量计,用到的流速定量原理均是多普勒频移原理。基本上,可以认为该原理下各种波的探头测量某点点流速或测量范围内的流速的精度并没有本质区别,基本都在1-2%左右。 而超声波和雷达波在测流应用上的区别,主要是超波通常用于流体下测量,后者一般用于流体以上测量。因此,超声波可以根据收集分析不同时间的回波的多普勒频移而得到流体内不同深度的流速数据。而雷达波则因安装在液体以上,只能获得流体表面的流速数据。从安装上,雷达波则因无需安装到液体以下,不仅安装维护方便,仪器故障率也更低。 无论是超声波多普勒流量计,还是雷达多普勒流量计,探头本身发出的声波及雷达波覆盖面积都极为有限,事实上是无法直接测量得到整个过水断面的平均流速的。因此,如何通过探头获得的有限的原始流速数据获得截面平均流速至关重要。目前,平均流速的获得一般是根据某一深度或某几个深度的流速数据根据数学模型计算截面平均流速。雷达波流量计一般只具备测得表面流速的能力,因此,只能以表面流速计算得到平均流速。而超声波流量计因其安装于液体液面以下,可以获得多个深度流速,可以获得多个流速计算得到的平均流速。

    2.3.3、湍流模式的应用

    流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多,有转子流量计、节流式流量计、细缝流量计、容积流量计、电磁流量计、超声波流量计和堰等。各种流量仪表中,每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。按测量对象划分有封闭管道和明渠两大类;按测量目的又可分为总量测量和流量测量,其仪表分别称作总量表和流量计。 总量表测量一段时间内流过管道的流量,是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示。实际上,流量计通常也备有累积流量装置,作总量表使用,而总量表也备有流量发讯装置。因此,以严格意义来分流量计和总量表已无实际意义。按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理和原子物理学原理等。1 超声波流量计 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息,通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速,从而换算成流量。根据检测的方式,可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法以及相关法等不同类型的超声波流量计。超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种流体计量方式。 超声波流量计是一种非接触式测量仪表,适于测量不易接触、不易观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量计不用在流体中安装测量元件,故不会改变流体的流动状态,不产生附加阻力。仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行,因而是一种理想的节能型流量计。 各类超声波流量计均可在管外安装,是非接触测流,仪表造价基本上与被测管道口径大小无关;而其他类型的流量计随着口径增加,造价大幅度增加,故口径越大超声波流量计比相同功能的其它类型流量计的功能价格比越优越,被认为是较好的大管径流量测量仪表。多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量,故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中,用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量,比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围2cm~5m,从几米宽的明渠或暗渠到500m宽的河流都可使用。 另外,超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度和密度等参数的影响,又可制成非接触及便携式测量仪表,故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。鉴于非接触测量特点,再配以合理的电子线路,一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点,因此它越来越受到重视,并且向产品系列化和通用化发展,现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型及湿式型仪表,以适应不同介质、不同场合和不同管道条件的流量测量。2 电磁流量计 电磁流量计是20世纪五六十年代随着电子技术的发展而迅速发展起来的新型流量测量仪表。电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的,用来测量导电液体体积流量的仪表。由于其独特的优点,目前已广泛被应用于工农业各种导电液体的流量测量,如各种酸、碱、盐等腐蚀性介质以及各种浆液流量的测量,形成了独特的应用领域。 在结构上,电磁流量计由电磁流量传感器和转换器两部分组成。传感器安装在管道上,它的作用是将流进管道内的液体体积流量值线性地变换成感生电势信号,并通过传输线将此信号送到转换器。转换器安装在离传感器不太远的地方,它将传感器送来的流量信号进行放大,并转换成与流量信号成正比的标准电信号输出,以进行显示、累积和调节控制。3流量计在农田灌溉中的应用 国民经济中,农田水利的大力兴建是我国农业发展的重要举措。水利工程建设离不开灌溉,特别是正确掌握灌溉系统中测流量的方法至关重要。目前主要有两种方法,即速度-面积法和水力方法,每种测量方法均有其独特的流量传感部分。 速度-面积法测流量是由水流的平均流速乘以渠道的横截面积,而水流速度是通过流量计在一些特定点上进行测量的。用此法测流量一般又有3种不同方式:一是速度分布法;二是0.6h法;三是0.2h~0.8h法。速度分布法是测量水表面和渠底之间若干点的流速,然后由这些测点确定一垂直水面的速度曲线,按速度曲线界定的面积除以深度,则可求出平均速度;0.6h法测量的是水面以下0.6h深的单个点流速,并假定该值就是全部速度的平均值;0.2h~0.8h法测量的是水表面下0.2h和0.8h深度两点的流速,这两个读数的平均值即可估算为平均的流速值。 这3种方法都是在任一特定的测量区内计算平均速度。沿整个渠道宽度测深的次数以及单个垂直面上测量的点数都不尽相同。很多欧洲国家在单个面上测深时要求测5点,而美国认为测2点足够。测深的次数取决于渠道的宽度。在欧洲测深次数为5~15,在美国为8~18。测量误差是按测深次数及在每一点的测量时间决定的,采用速度-面积法的平均误差可小于6%。用速度-面积法测流量有两项技术应特别注意两点:一是使用超声波流量计,另一是使用电磁流量计。 超声波技术是由测量横过渠道的超声波传播时间来计算流速的,发射器和接收器分置于渠道的两边,使波的路径和水流方向之间的角度在45°~60°范围内。这一几何关系使得向上游方向和下游方向的声音脉冲之间产生时间差。渠道的形状决定将采用单路径系统或是多路径系统,也即采用一个或若干个发射接收配对。 测流的电磁技术是利用导电的水流中人工建立的磁场,然后测量横跨水流两边的合成电位差。电磁流量计主要由水渠、励磁线卷和一对电极组成。4 流量计的选型 流量计的选型是指按照生产要求,从仪表产品供应的实际情况出发,综合考虑测量的安全性、准确性和经济性,并根据被测流体的性质及流动情况确定流量取样装置的方式和测量仪表,以及测量仪表的形式和规格。 流量测量的安全可靠首先是测量方式可靠,即取样装置在运行中不会发生机械强度或电气回路故障而引起事故;其次是测量仪表无论在正常生产或故障情况下都不致影响生产系统的安全。 在保证仪表安全运行的基础上,力求提高仪表的准确性和节能性。为此,不仅要选用满足准确度要求的显示仪表,而且要根据被测介质的特点选择合理的测量方式。对于发电厂主蒸汽流量的测量,由于其对电厂安全和经济性至关重要,一般都采用成熟的标准节流装量配差压流量计。化学水处理的污水和燃油分别属脏污流和低雷诺数粘性流,都不适用标准节流件。对脏污流一般选用圆缺孔板等非标准节流件配差压计或超声多普勒式流量计,而粘性流可分别采用容积式、靶式或楔形流量计等。水轮机入口水量、凝汽器循环水量及回热机组的回热蒸汽等都是大管径的流量测量参数,由于加工创造困难和压损大,一般都不选用标准节流装置。根据被测介质特性及测量准确度要求,分别采用插入式流量计、测速元件配差压计、超声波流量计或采用标记法和模拟法等无能损方式测流量更多咨讯可访问:。 为了保证流量计使用寿命及准确性,选型时还要注意仪表的防振要求。在湿热的地区,要选择湿热式仪表。正确选择仪表的规格也是保证仪表使用寿命和准确度的重要一环,应特别注意静压及耐温的选择。仪表的静压应稍大于被测介质的工作压力,一般取1.25倍,以保证不发生泄漏或意外。量程范围的选择主要是仪表刻度上限的选择。选小了,易过载,损坏仪表;选大了,有碍于测量的准确性。一般选为实际运行中最大流量值的1.2~1.3倍。 安装在生产管道上长期运行的接触式仪表,还应考虑流量测量元件所造成的能量损失。一般情况下,在同一生产管道中不应选用多个压损较大的测量元件,如节流元件等。5 结束语 总之,没有一种测量方式或流量计对各种流体及流动情况都能适应的。不同的测量方式和结构要求不同的测量操作、使用方法和使用条件,每种型式都有它特有的优缺点。因此,应在对各种测量方式和仪表特性做全面比较的基础上,选择适于生产要求的、既安生可靠又经济耐用的最佳型式。随着我国农业现代化的发展和精准农业的实现,流量计在农田灌溉中将会发挥越来越大的作用。(end)

    2.2 流量测量精度不受下游、支流雍水、阻塞等因素的影响

    因此,总的来说,在超声波和雷达波两种探头都工作正常的情况下,水下超声的方式计算的流量更为准确一些,且具备更广泛的流体状态适用性。但实际上还是要看当时的水流运动形态以及干扰因素,比如温度变化对超声波波速有较大影响,将给结果带来干扰。如果水流运动比较均匀,那么雷达也可以得到很好的结果。实际应用中,雷达波流量计可以通过安装位置的选择,得到尽量标准的流体运动形态,从而提高平均流速计算的准确性。

    式中,R为水力半径,;J为水力坡度,对于明渠均匀流来讲,也就是水面线的坡度。谢才系数C是非常数,1890年Manning建立,即曼宁公式,代入谢才公式得到:,这是目前采用最广泛的一个公式,我国的工程界也多习用之。n的确定是根据边壁的状况、边界的整齐程度,参照多年的经验所确定的标准进行的,可查表得到。由于n是一个综合系数,因素复杂,因此它的值也不易准确确定。尤其是天然河流,n的值出入较大,不仅初学者感到无从掌握,即使在工程中也是一个难以准确选用的参数。而且该方法用于非恒定流流量计算时有较大的误差,但因为沿用已久,目前又无其他更好的代替方法,所以在工程实践中还会继续采用。前苏联的科学家对流量公式和参数率定也作了系统的研究,能够暂时满足实际工程的需要[12,13]。

    3.3 显示位数:水位5位; 流速5位; 瞬时流量5位; 累积流量10位。

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    2.2、半经验、半理论方法

    2.6 具有停电计时、计次及时钟功能

    不难看出,在流量计的内置软件中必须有一个理论模型,根据断面形状和水流特征找出断面平均流速和我们探头测量流速之间的关系,从而计算当前断面的平均流速。但是实际上,水流的运动形态复杂多变,水力学模型通常只适合用在均匀流上,所以不论是什么流量计,遇到湍流都是无法准确计算流量的,原因就是湍流的断面平均流速无法计算。 即使同样是层流的运动形态,水流中也仍然会有微小的扰动和漩涡,在这种情况下,相对而言,水下超声波确实可以比雷达波更能够准确的计算流量。原因是,水下超声波可以分段测量不同深度上的流速,从而近似的得到相对准确的流速分布,而雷达只能测表面流速,完全无法测量实际的流速分布。这水下超声波可以根据实测结果来修正测量流速和平均流速间的关系,从而得到更加准确的平均流速,而雷达则只能假定当前的流态,使用理论模型来计算平均流速。那么二者在计算流量时的差别就可以一目了然了。 另外,应当特别指出的是,因为超声波多普勒可获得多个深度流速数据,除了以这些流速计算平均流速外,这些不同深度原始流速数据还有另外的处理方式。例如,获得某几个深度流速数据后,不是直接用来计算平均流速,而是通过模型计算更多深度及位置的流速,在流体截面上形成等流速线,然后通过等流速线及类似环形积分区域计算得到平均流速或者直接计算流量。这种原始流速处理方式带来的,是更为广泛的流体形态适应性。计算平均流速时,是用每条等流速线在截面上一点点积分算出来,可想而知,这么做就算是同一截面出现了上层下层流体方向相反也没关系,照样可以积分得出相对准确结果。

    2.3.1、解圣维南方程法

    流信号通过电缆传送给显示仪。

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    1、现阶段流量测量的主要手段和方法

    4.工作原理

    人工神经元网络法是近年来发展起来的新兴理论,在河道水流预报中得到初步应用。它是由大量的神经元和神经元之间链接结构成的一种并行处理的自学习自组织的非线性动力系统。神经元网络从外部环境中接受信息,加工处理后又作用到所处的环境中去,神经元网络以其独特的结构和处理信息方法,使其在智能控制、模式识别、目标预测方面取得了显著的成效。目前应用最多,研究比较成熟的多层前馈网络误差反传算法模型,即BP模型是一种较特殊的非线性映射方法,它是通过一元函数的多次复合来逼近多元函数的映射方法。鉴于神经网络具有很强的处理大规模复杂非线性动力学系统的能力,神经网络理论在河道水流预报中得到初步应用[7,8],由于模型中忽略了河道冲淤变化对水流演进的影响,这类模型对河床冲淤变化不大的河道来说具有较高的预报精度;但对于河床冲淤变形比较大的河道,现有模型很难反映实际水流泥沙之间的相互作用情况,其长期预报精度普遍较低。神经元网络方法已经初步被应用到河道的流量预测中,为河道水情预报提供了一条新的途径,近年来国内许多学者将神经元网络方法应用到流量预测领域,并取得了一定的成果[9~11]。

    2.3 测量渠道的直管段要求较短

    2.2.1、早期公式

    算过流断面的平均流量。

    2.3.2、SKM方法

    水端面流量=渠宽×(水位高度-泥位高度)×(平均流速×水利模型系数)。

    4、总结

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