渠道/河道在線測流量不會(huì)選型？這“四點(diǎn)”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(shè)非常重要的一部分，在 灌區(qū)灌溉用水計(jì)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(lǐng)域中運(yùn)用廣泛。
就渠道/河道測流量問題小編梳理總結(jié)了大家比較關(guān)注的四點(diǎn)：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(shí)際運(yùn)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(shí)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(gè)截面的流速都是不一樣的，所以要采用平均流速。（實(shí)際液體由于存在粘滯性而具有的兩種流動(dòng)形態(tài)。液體質(zhì)點(diǎn)作有條不紊的運(yùn)動(dòng)，彼此不相混摻的形態(tài)稱為層流。液體質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)、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(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)通過的位移。渠道和河道的水流各點(diǎn)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(jì)算簡便，通常用橫截?cái)嗝娴钠骄魉賮肀硎驹摂嗝嫠鞯乃俣取?/span>
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(dá)波測流 4）機(jī)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(zhǔn)備好了嗎？
時(shí)差法流量計(jì)-分為管道式和明渠式
聲學(xué)時(shí)差法流量計(jì)基于流速面積法流量測量原理。聲波在靜水中傳播時(shí)，有一恒定的速度，此傳播速度會(huì)隨水溫、鹽度、含沙量的變化發(fā)生些變化，但當(dāng)水流狀況一定時(shí)，此傳播速度是一定的。順?biāo)鱾鞑r(shí)，實(shí)際傳播速度為聲速加上水流速度；逆水傳播時(shí)，實(shí)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(diǎn)之間，聲波順?biāo)湍嫠畟鞑ビ袀鞑r(shí)間差，測出時(shí)間差就能測得水流速度。用這種方法測量水流速度稱為“時(shí)差法”。
超聲波時(shí)差法明渠流量計(jì)
聲學(xué)時(shí)差法流量測流系統(tǒng)由一組（或幾組）聲學(xué)換能器、主機(jī)、信號(hào)電纜和電源組成。
聲學(xué)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(hào)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(shí)間、水位數(shù)據(jù)，通過傳播時(shí)間差計(jì)算出水層平均流速，再結(jié)合過水?dāng)嗝婷娣e和斷面平均流速，從而得出斷面流量。聲學(xué)換能器內(nèi)可以裝有水位傳感器，可同時(shí)將測得的水位數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)，也可以接入其它符合要求的水位計(jì)。
超聲波時(shí)差法管道流量計(jì)
超聲波多普勒流量計(jì)—主要分為走航式、固定式、單點(diǎn)式
根據(jù)聲學(xué)多普勒效應(yīng)，當(dāng)聲源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(gè)因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的頻率變化與兩物體的相對(duì)速度成正比。超聲波發(fā)射器為一固定聲源，隨流體一起運(yùn)動(dòng)的固體顆粒起了與聲源有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的“觀察者”的作用，當(dāng)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(yùn)動(dòng)而產(chǎn)少的聲波多普勒頻移。由于這個(gè)頻率差正比于流體流速，所以測量頻差可以求得流速。進(jìn)而可以得到流體的流量。
走航式
聲學(xué)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(jì)算波束向的相對(duì)速度
Current – 應(yīng)用4波速向相對(duì)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(gè)以上換能器，同時(shí)發(fā)射和接受3個(gè)波束以上的聲信號(hào)，獲得3個(gè)以上的相對(duì)速度
信號(hào)按波束獨(dú)立處理并轉(zhuǎn)換成波束向相對(duì)速度
利用波速間的角度，將波束向（波束坐標(biāo)）的相對(duì)速度轉(zhuǎn)換為水平和垂向速度（地球坐標(biāo)）
固定式
聲學(xué)多普勒流量儀安裝有2個(gè)換能器，換能器與安裝中心軸線有一定的夾角，每個(gè)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(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度和水體流速相同，當(dāng)懸浮物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向是接近換能器時(shí)，換能器接收到回波頻率比發(fā)射波的頻率高；當(dāng)懸浮物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向是背離換能器時(shí)，換能器接收的回波頻率比發(fā)射頻率低。聲學(xué)多普勒頻移，即發(fā)射聲波頻率與回波頻率之差：
單點(diǎn)式
傳感器有兩個(gè)換能器，一個(gè)發(fā)射，一個(gè)接收。當(dāng)傳感器正對(duì)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(huì)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(huì)高于發(fā)射的頻率。
安裝使用時(shí)必須要將傳感器正對(duì)著水流方向。
電磁波流量計(jì)—主要分為管道式（滿管/非滿管）和明渠式
電磁流量計(jì)：基于法拉第電磁感應(yīng)定律來測量流量U=B*L*v（ U-感應(yīng)電動(dòng)勢 B-磁場強(qiáng)度 L-導(dǎo)體zhuan長度 v-導(dǎo)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(gè)測量過程中磁場強(qiáng)度保持恒定。導(dǎo)體的長度L（在測量管內(nèi)徑的兩個(gè)測量電極的距離 ) 是一個(gè)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(yīng)電壓， 感應(yīng)電壓線性的正比于流體分流速U~v。進(jìn)而求出流速，電磁流量計(jì)測量的不是體積而是流速。
管道式
電磁管道流量計(jì)（滿管）
● 精度等級(jí)：宜選用滿量程輸出誤差小于±1.5%～±2.5%的流量計(jì)；
● 前后置直管段長度：前置直管段長度應(yīng)大于5倍管徑，后置直管段長度應(yīng)大于2倍管徑，在此范圍內(nèi)不應(yīng)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(yīng)有耐壓密封性能試驗(yàn)報(bào)告。
電磁管道流量計(jì)（非滿管）
電磁非滿管流量計(jì)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(dòng)測量儀表。它能測量并顯示出瞬時(shí)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(jì)量場所的需要。
非滿管流量計(jì)是由一個(gè)電磁流速傳感器、一個(gè)超聲水位傳感器和一個(gè)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(jì)就會(huì)自動(dòng)計(jì)算出管道內(nèi)的流量來，并自動(dòng)顯示出管道內(nèi)的瞬時(shí)流量、流速、累計(jì)流量等測量參數(shù)。
明渠式
電磁明渠流量計(jì)
電磁明渠流量測量系統(tǒng)以流速-水位運(yùn)算法為基礎(chǔ)，并采用了先進(jìn)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(yùn)算的準(zhǔn)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(xué)模型。
根據(jù)傳感器實(shí)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(yù)定的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出渠道的斷面平均瞬時(shí)流量。
雷達(dá)波流量計(jì)-主要分為固定式和纜道式
工作時(shí)向水面發(fā)生電磁波，電磁波遇到運(yùn)動(dòng)的水面會(huì)發(fā)生散射，并構(gòu)成回波，由于接收到的回波頻率相對(duì)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(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)會(huì)在雷達(dá)傳感器產(chǎn)生一個(gè)低頻輸出信號(hào)。這個(gè)信號(hào)的頻率取決于移動(dòng)速度,幅度取決于安裝的距離，反射率和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的尺寸大小。多普勒頻率 F 和運(yùn)動(dòng)速度成正比關(guān)系。定點(diǎn)式雷達(dá)流速儀的系統(tǒng)可接入多個(gè)雷達(dá)探頭，相當(dāng)于布設(shè)多個(gè)測量垂線，結(jié)合斷面參數(shù)，計(jì)算斷面流量，定點(diǎn)測量。
立桿固定式
雷達(dá)流量計(jì)
全自動(dòng)雷達(dá)流量計(jì)。它采用先進(jìn)的平面微波雷達(dá)技術(shù)，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(jì)算并輸出實(shí)時(shí)斷面流量及累計(jì)流量，可用于河道、灌渠等場景的流量測量。
以物理學(xué)中的多普勒頻移效應(yīng)為基礎(chǔ)，當(dāng)水流運(yùn)動(dòng)時(shí)將與流量計(jì)之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使得儀器所發(fā)出的雷達(dá)波信號(hào)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(dá)測得水位、結(jié)合斷面數(shù)據(jù)計(jì)算出動(dòng)態(tài)過水面積，根據(jù)測量的流速和過水面積計(jì)算出瞬時(shí)流量。
纜道式
纜道雷達(dá)流量計(jì)
移動(dòng)式雷達(dá)波在線流量監(jiān)測系統(tǒng)遵循無人值守、 簡單實(shí)用、 方便維護(hù)、精度可靠的原則，采用雷達(dá)波市實(shí)時(shí)監(jiān)測垂線測速，同步采集相應(yīng)水位，按部分面積法計(jì)算流量，實(shí)現(xiàn)流量自動(dòng)監(jiān)測。 測流方法遵循《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》 和《水文纜道測驗(yàn)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(duì)接。
雷達(dá)纜道式測流系統(tǒng)是集測流、無線傳輸、流量測驗(yàn)，數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)站發(fā)布、水文站業(yè)務(wù)處理于一體的全自動(dòng)流量測驗(yàn)系統(tǒng)。通過互聯(lián)網(wǎng)查看測站水位、流速、流量和設(shè)備工況，中心水文站人員通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程下載市局中心數(shù)據(jù)庫中的測站數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)上分析處理，生成各種水文報(bào)表，徹底擺脫傳統(tǒng)水文從測驗(yàn)到整編手工作業(yè)方式，用現(xiàn)代科技手段實(shí)現(xiàn)水文三大核心業(yè)務(wù)“測、報(bào)、整”升級(jí)換代。
機(jī)械式流量計(jì)（轉(zhuǎn)子）-主要分為旋杯式和旋漿式
機(jī)械式測流是根據(jù)水流對(duì)流速轉(zhuǎn)子的動(dòng)量傳遞而進(jìn)行工作的。當(dāng)水流流過流速轉(zhuǎn)子時(shí)，水流的直線運(yùn)動(dòng)能量對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，此轉(zhuǎn)矩克服轉(zhuǎn)子的慣量、軸承等內(nèi)摩阻，以及水流與轉(zhuǎn)子之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的流體阻力，從而使流速儀轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。在一定水流速度范圍內(nèi)，流速儀轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與水流速度呈現(xiàn)比較穩(wěn)定的進(jìn)似線性關(guān)系。通過使用專門設(shè)計(jì)的設(shè)備，計(jì)測轉(zhuǎn)子在預(yù)定時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)，在查閱流速儀相應(yīng)檢定公式或檢定關(guān)系曲線，就可得到或計(jì)算出水流速度。也可通過二次儀表輸入相關(guān)系數(shù)后，自動(dòng)測算水流速度。
旋杯式
旋杯式流量計(jì)
● 旋杯式水量計(jì)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(jì)的測流范圍不同，最小為0.05～0.6m3/s；
● 測流涵洞中的流速應(yīng)小于2m/s；
● 測流涵洞應(yīng)在淹沒流條件下工作；
● 測流誤差應(yīng)不大于±5%。
旋漿式
旋漿式流量計(jì)
● 旋漿式儀器是一種江河水文測驗(yàn)儀器，用以測定一般河流、渠道、水庫、湖泊、管道等的過水?dāng)嗝骖A(yù)定測點(diǎn)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(guān)系曲線率定。
轉(zhuǎn)子式創(chuàng)新運(yùn)用
轉(zhuǎn)子式流量計(jì)應(yīng)用—軌道測流車
河道斷面流量自動(dòng)化測站以河道斷面流量自動(dòng)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(shí)現(xiàn)明渠水位流量信息的自動(dòng)采集和傳輸。
灌渠道測流斷面架設(shè)測橋，為了節(jié)省費(fèi)用，在測橋上游側(cè)鋪設(shè)兩條三角形平行軌道，軌道一端鋪設(shè)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(gè)數(shù)。啟動(dòng)測量時(shí)，測流車行至測點(diǎn)，進(jìn)行水位、水深（淤積厚度）測量，并實(shí)時(shí)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(jìn)行單點(diǎn)流速測量或分層流速測量，測量完成后行至下一個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行測量。
所有測點(diǎn)測量完成后，測流車計(jì)算每個(gè)垂線的部分平均流速和部分面積，計(jì)算部分流量，將部分流量累加即為斷面總流量。
關(guān)于市面上主流產(chǎn)品的基礎(chǔ)介紹就到這，如有不妥之處請(qǐng)?jiān)彶⒅赋?，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(shí)際運(yùn)用中，怎么選擇合適的流量計(jì)呢？
小編總結(jié)了兩類大家比較關(guān)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(jì)量:如灌區(qū)，配水調(diào)度等，對(duì)精準(zhǔn)要求較高。2.水文測流：各大水文局重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域內(nèi)流量數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)精度要求嚴(yán)謹(jǐn)。3.防汛防洪:如山洪災(zāi)害，城市洪水排澇等，比較關(guān)注流量數(shù)據(jù)的相對(duì)變化。
按照用途選型
篇幅有限，各類測流量傳感器的維護(hù)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(tái)留言，我們會(huì)根據(jù)大家的評(píng)論準(zhǔn)備相關(guān)內(nèi)容的課題來寫！
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- 2022-03-29 11:50:03