渠道/河道在線測流量不會選型？這“四點”讓您五分鐘成為選型專家！
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(qū)灌溉用水計量水資源調(diào)度調(diào)配、水文數(shù)據(jù)監(jiān)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(nèi)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(tài)。液體質點作有條不紊的運動，彼此不相混摻的形態(tài)稱為層流。液體質點作不規(guī)則運動、互相混摻、軌跡曲折混亂的形態(tài)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(nèi)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(xiàn)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“簡單粗暴”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。篇幅較長，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(fā)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(tǒng)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(fā)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(shù)據(jù)，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(nèi)可以裝有水位傳感器，可同時將測得的水位數(shù)據(jù)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(jù)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(fā)出的頻率。這個因相對運動而產(chǎn)生的頻率變化與兩物體的相對速度成正比。超聲波發(fā)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(jù)。發(fā)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(chǎn)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(fā)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(tài)數(shù)據(jù)（首向heading,縱搖pitch,橫搖roll）
Profiler – 測量不同層次（depth cell）的流速
ADCP通常具有3個以上換能器，同時發(fā)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(fā)射器又是接收器。換能器發(fā)射的聲波能集中于較窄的范圍內(nèi)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(fā)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(fā)射頻率低。聲學多普勒頻移，即發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)射的頻率。
安裝使用時必須要將傳感器正對著水流方向。
電磁波流量計—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(chǎn)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(nèi)徑的兩個測量電極的距離 ) 是一個常數(shù)。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(nèi)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(xù)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(shù)據(jù)。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(xù)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(nèi)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(nèi)的流量來，并自動顯示出管道內(nèi)的瞬時流量、流速、累計流量等測量參數(shù)。
明渠式
電磁明渠流量計
電磁明渠流量測量系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)，根據(jù)渠道的寬度和測量精度的要求，采用明渠測流的數(shù)學模型。
根據(jù)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(shù)、渠道精度、水力坡道、流速垂直平面修正系數(shù)，并按照預定的數(shù)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(fā)生電磁波，電磁波遇到運動的水面會發(fā)生散射，并構成回波，由于接收到的回波頻率相對于發(fā)射頻率發(fā)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(chǎn)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(tǒng)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(shù)，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(jù)內(nèi)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(fā)生相對運動，從而使得儀器所發(fā)出的雷達波信號產(chǎn)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(shù)據(jù)計算出動態(tài)過水面積，根據(jù)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(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)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(xiàn)流量自動監(jiān)測。 測流方法遵循《河流流量測驗規(guī)范》 和《水文纜道測驗規(guī)范》，數(shù)據(jù)輸出符合《水文資料整編規(guī)范》，數(shù)據(jù)與整編軟件無縫對接。
雷達纜道式測流系統(tǒng)是集測流、無線傳輸、流量測驗，數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)站發(fā)布、水文站業(yè)務處理于一體的全自動流量測驗系統(tǒng)。通過互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)遠程下載市局中心數(shù)據(jù)庫中的測站數(shù)據(jù)，在計算機上分析處理，生成各種水文報表，徹底擺脫傳統(tǒng)水文從測驗到整編手工作業(yè)方式，用現(xiàn)代科技手段實現(xiàn)水文三大核心業(yè)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(jù)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(chǎn)生轉矩，此轉矩克服轉子的慣量、軸承等內(nèi)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(nèi)，流速儀轉子的轉速與水流速度呈現(xiàn)比較穩(wěn)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(nèi)的轉數(shù)，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(shù)后，自動測算水流速度。
旋杯式
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(chǎn)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%。
旋漿式
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(qū)渠道量水中一般用于水位~流量關系曲線率定。
轉子式創(chuàng)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(tǒng)、安防系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實現(xiàn)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(jié)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(nèi)。在軌道上根據(jù)渠道斷面寬度確定測量垂線位置及個數(shù)。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(shù)據(jù)及測量狀態(tài)。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(chǎn)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(xiàn)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(qū)，配水調(diào)度等，對精準要求較高。2.水文測流：各大水文局重點關注區(qū)域內(nèi)流量數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的相對變化。
按照用途選型
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(jù)大家的評論準備相關內(nèi)容的課題來寫！
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- 2022-03-29 11:50:03