超聲波明渠流量計(jì)工作原理：
超聲波明渠流量計(jì)由帶校準(zhǔn)桿的收發(fā)合置超聲波探頭和顯示控制儀表組成，超聲波明渠流量計(jì)工作原理示意圖見圖，超聲波明渠流量計(jì)探頭固定安裝在量水堰槽上方并正對(duì)水面，超聲波明渠流量計(jì)掛在室內(nèi)墻壁上或安放在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)，測(cè)量明渠內(nèi)液體流量時(shí)，先用超聲波測(cè)出探頭輻射面至液面的距離 D，用探頭輻射面至低水位(水位=0)的距離 L 減去 D，得到了量水堰槽內(nèi)的當(dāng)前液位 H，然后根據(jù)量水堰槽液位H-流量Q 的關(guān)系解算出瞬時(shí)流量。超聲波明渠流量計(jì)示意圖帶校準(zhǔn)桿超聲探頭的作用是周期性的發(fā)射一定頻率的超聲波脈沖并接收目標(biāo)反射的回波，目標(biāo)回波經(jīng)過濾波放大后由 AD 采樣再經(jīng)過信號(hào)處理，得到校準(zhǔn)桿反射的回波時(shí)間和液面回波時(shí)間。
超聲波明渠流量計(jì)的原理及其應(yīng)用：
隨著工農(nóng)業(yè)和城鄉(xiāng)的快速發(fā)展，水已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展和影響人民生活的重要商品，為了節(jié)約用水，渠道流量的準(zhǔn)確計(jì)量就顯得尤為重要。超聲波明渠流量計(jì)是一種*的明渠測(cè)流儀器，它通過儀表同時(shí)測(cè)量渠道的平均流速和液位來計(jì)量流量，比以往的堰槽式方法計(jì)量流量精度高，應(yīng)在水利和供水工程中廣泛推廣應(yīng)用。
隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)和城市及農(nóng)村的快速發(fā)展，各方面的用水量都在持續(xù)增長(zhǎng);加之，水資源污染越來越嚴(yán)重，能夠直接使用的水資源缺口越來越大。
繼南水北調(diào)工程啟動(dòng)后，我國(guó)各大、中城市相繼開展了以解決城市飲用水為主的引水工程建設(shè)，農(nóng)村也在大量興建飲水工程。水已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展和影響人民生活的重要商品，為了節(jié)約用水，渠道流量的準(zhǔn)確計(jì)量就顯得越來越重要。
測(cè)量渠道流量的方法有兩類。①只測(cè)量液位的堰槽式測(cè)流，如薄壁堰、寬頂堰、巴歇爾量水堰、無喉道量水堰等。②同時(shí)測(cè)量流速、液位(截面積)的渠道式超聲波流量計(jì)測(cè)流。傳統(tǒng)的堰槽測(cè)流因?yàn)橹苯訉?shí)測(cè)流速比較困難，所以在渠中設(shè)置適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)堰或槽來進(jìn)行測(cè)量。這種測(cè)量方法只需在一定位置測(cè)出液位即可計(jì)算出流量。因?yàn)橐何慌c堰或槽所流出的液體體積流量成函數(shù)關(guān)系，因此通過相應(yīng)計(jì)算公式，就能算出液體的瞬時(shí)和累積流量。
本文述及的超聲波明渠流量計(jì)，是通過測(cè)量液體的平均流速和液位(截面積)來計(jì)算流量值的超聲波流量?jī)x表。超聲波明渠流量計(jì)可應(yīng)用于如下場(chǎng)合：
①引水/輸水工程;②雨水排放監(jiān)測(cè);③排污監(jiān)測(cè);④水利工程等。
1 工作原理
超聲波明渠流量計(jì)計(jì)量原理比管道式流量計(jì)計(jì)量方法復(fù)雜。它要針對(duì)具有不同尺寸、不同材質(zhì)的渠底、渠壁和自由液面，不但斷面形狀各異，而且水平和垂直流速分布不同，流態(tài)復(fù)雜。但是，也有共同點(diǎn)，就是都要通過測(cè)量平均流速和液位(截面積)來計(jì)算流量。平均流速的測(cè)量可采用多普勒法和時(shí)差法來測(cè)量。液位的測(cè)量方法可采用超聲波液位計(jì)和聲波液位計(jì)、壓力式液位計(jì)、氣泡式液位計(jì)。超聲波液位計(jì)測(cè)量方法如圖 1 所示。
目前國(guó)內(nèi)外普遍采用超聲脈沖回波法。由*向液面垂直發(fā)射聲脈沖，聲波遇液面返回，被同一換能順路所接收，經(jīng)放大器放大后，由一閾值電路檢測(cè)出一個(gè)回波周期到達(dá)的時(shí)間與發(fā)射脈沖間的時(shí)間間隔t，則液面與*的距離 l 按下式計(jì)算：
式中：c———空氣中的聲速，c=331.4+0.6T(m/s);T———攝氏溫度，331.4 m/s 為 0 ℃時(shí)的聲速。于是，液位 H=h-l。
超聲波液位計(jì)所使用的*工作頻率為 50～200kHz;量程為 0.2～(5～10)m;準(zhǔn)確度為(0.25～0.5)%FS。
2 基本構(gòu)成和基本技術(shù)性能
超聲波明渠流量計(jì)通常有單聲道、兩聲道和多聲道(3聲道以上)。由測(cè)流速換能器、液位換能器、接線盒、控制器及電纜組成(圖 2)。斷面形狀及聲道布置方式如圖 3 所示。
一般來說，各種明渠所測(cè)量的流量范圍很廣，測(cè)量準(zhǔn)確度約為 1%～5%，測(cè)量準(zhǔn)確度主要取決于渠道的尺寸、形狀及截面誤差，平均流速和液位誤差值根據(jù)實(shí)際要求通過多聲道布置可控制在的范圍內(nèi)(表1)。
3 特點(diǎn)
超聲波明渠流量計(jì)應(yīng)用于渠道流量測(cè)量具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
(1) 由于是通過實(shí)測(cè)流速、液位(截面積)來演算流量，所以要比只測(cè)量液位的堰、槽、渠式流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度高。
(2) 可實(shí)現(xiàn)多聲道測(cè)量，測(cè)量準(zhǔn)確度隨實(shí)際參與測(cè)量的聲道數(shù)的增加而提高。
(3) 當(dāng)液位低于低聲道時(shí)，可作為堰槽流量計(jì)(液位和流速的函數(shù)關(guān)系)測(cè)量。
(4) 被測(cè)渠(管、涵洞)的斷面不受限制，而且可測(cè)渠寬可達(dá)上百米。
4 安裝應(yīng)注意的問題
(1) 實(shí)測(cè)流速是建立在渠道流態(tài)比較均勻的前提下的，即要求渠(管)道的直線段長(zhǎng)度要滿足要求。
(2) 現(xiàn)場(chǎng)直線段不足時(shí)，要通過在測(cè)量段交叉設(shè)置聲道來補(bǔ)償斜線流對(duì)流速測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。
(3) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量段前后若有堰、閘等設(shè)施使垂直流態(tài)紊亂時(shí)，應(yīng)采用多聲道測(cè)量方式來達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量面平均流速。聲道數(shù)量和聲道高度的確定，要依據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確度的要求，同時(shí)還要考慮低水位、高水位和工作水位。
(4) 對(duì)渠道式流量計(jì)來說，準(zhǔn)確測(cè)量流速、水位固然很重要，但往往對(duì)流量測(cè)量影響大的是渠道斷面積的誤差(如，渠底部泥沙淤積和渠壁不平整、渠寬不一致等誤差)。所以，在此特別指出的是———渠道斷面積誤差的控制一定要要求渠道土建按設(shè)計(jì)施工。
5 結(jié)論
超聲波明渠流量計(jì)是一種*的明渠測(cè)流儀器，它比傳統(tǒng)的堰槽測(cè)流方法精度高，所測(cè)渠道的斷面不受限制，可以寬達(dá)上百米，應(yīng)在水利和供水工程中廣泛推廣應(yīng)用。
