超声波测流

利用超声波在水流中的传插特性来测定流速及流量

利用超声波在水流中的传插特性来测定流速及流量。

工作原理

超声波测流其基本原理是通过设在河道两岸等高并斜向水流的超声换能器（声波与电能间的转换）从两个方向同时或先后往返发射声脉冲，已知声脉冲从上游方向向下游方向发射和从下游方向向上游方向发射的传播时间之差（即逆流与顺流传播时间之差），即可求得声道平均流速，从而计算换能器所在的某层水深处水流平均流速和水流通过全断面的流量。

系统组成

超声波测流由四个组成部分：（1）水下装置，包括发收共用的换能器（一般由锆钛酸铅或压电陶瓷片制成）及其固定装置，如铁轨等；（2）水上装置，由计算器控制的发收报机，计时器，数据处理器以及显示、记录、打印和远传的电子设备；（3）联接两岸的水下铠装电缆或架空电缆的传输线路，也可以用无线传输并构成自动遥测系统；（4）自记水位计和测深等辅助设备。

适用条件

超声波测流具有操作简捷、不扰动水流、成果比较精确（误差在±5%以内）、可在岸上测得瞬时的连续的流量并保证人身安全等优点。因此（1）可用以远传实测流量，成为遥测系统的组成部分；（2）特别适于困难条件下的测流，例如在回水、潮汐影响下水位流量关系不稳定时，此法进行测流，方便可靠。但设备投资较高、技术比较复杂，使用要求相当严格。且在水草丛生、气泡影响、含沙量大以及水温变化急剧之处，不易采用。

检定试验

检定试验方法要点是：（1）如用一对换能器施测水面以下一层（一般放在断面平均水深6/10处）平均流速，它与断面平均流速的关系可通过多次流速仪法测定的成果相比较求k值。（2）如用多对换能器施测水面以下平均流速，则可直接计算断面平均流速（k=1），也需与流速仪测流成果相比较，以探求最有代表性或k值比较稳定的换能器安放位置。（3）如因河道水流比较紊乱，声道布置可由单线改为算双线（呈V形或X形），求其平均值以减少测验误差。（4）必要时还需要按水温，含盐度C值校正。此外，还需注意安装避雷设备和防止水中气泡的干扰。

使用情况

据1982年美国地质调查局统计，国际上约有90余处用此法测流。国际标准化组织于1982年提出超声波测流的标准。此外，在水电站、灌区、城市供水与排水的管道和水工模型试验中，也常使用超声波测定流速、流量，并已有多种产品在国际上推广使用。中国湖南省水文总站于1974年研制超声波测流仪获得成功，并在湖南湘江支流浏阳河的梨水文站正式安装使用。该站为通航河道，贺宽140~170m，声道170~200m，电缆传送信号，可多层施测，曾与流速仪法做过大量比测试验，误差一般不超过±3%。用此法于1974年实测最大一层平均流速1.82m/s，实测该站历时上最大流量2370立方米每秒。20世纪70年代末至80年代初还在湖南、浙江两省和上海市的大中河流和潮水河上安装使用，功效均较满意。

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