渠道测流中超声波测流运用浅谈

郭建胜

摘 要：在水利工程运行过程中，一项重要内容就是准确测量与检测渠道测流情况，现代化测流技术不但能够确保测量结果的精准程度，而且还能为水利工程的决策提供可靠的数据支撑。当前较常使用到的是超声波测流技术，为此下文将对该项技术的原理、工作方式以及主要运用方法进行分析与探讨，以供参考。

关键词：渠道测流；超声波测流；运用

一、超声波测流技术的分析

（一）超声波流量计

超声波测流技术主要是由计算机技术与超声波技术的结合与发展所得，能够用来测量水流量的一项技术。通常情况下超声波测流主要是依靠超声波流量计来完成，这属于一类非接触仪表，主要是运用超声波脉冲来对流体的速度实施测量，通常适用在难以观察或是接触到的大管径流量或流体的测量工作中。因为其不会出现水力损失，不阻流以及不受外界因素所干扰，因此在许多领域中都获得了有效运用。根据测流原理可以划分超声波测流为噪声法、相关法、多普勒效应法、时差法以及波速偏移法。其中又以时差法使用频率最高，该项方法的原理在于在被测流道中装置换能器，每对换能器相向形成一个声路，利用内部压电晶体的电声转换效应来对流体传播经过两个换能器的时间进行测量，进而将流体流速计算出来。

（二）超声波流量计的工作方式

通常是根据测量精度要求以及所要测量水流的条件来将响应式胡亮的超声波流速换能器放于水内，通常都是采取二、四、八声路的声路数。在具体使用过程中，主要是通过测量水位以及流速来达到测量流量的目的，主要是利用多声道侧流速加权积分的技术来准确测量流速，转变了以往采取测量声道流速的不足。其操作流程具体有如下几个步骤：第一，主机将震动超声波信号传送至流速华能器后，按照超声波顺溜以及逆流传播间的差异来测量出具体的流速。第二，根据水位换能器发出以及返回超声波的情况来将水的实际深度确定下来。第三，计算渠道矩阵面积，运用流量仪器来将流量快速测算出来。不过在具体运用时，测量精准程度在较大程度上受到超声波流量计型号的影响，所以务必要结合具体测量区域的情况来确定。

二、超声波测流技术的关键点

（一）超声波传播时间的检测技术

因为超声波每秒传播速度为1457m，传播速度非常快，所以其能够在较短时间内完成管道中的船舶，所以超声波的顺溜以及逆流传播时间的差异较小，所以要求测量技术能够具有加高的时间分别了以及较高的精准程度。当前大部分情况下都是使用高速集成电路的数学模式，可以准确分辨出具体的时间差，让测量精准程度得到有效提升。

（二）分辨与检测声波的技术

因为主要是根据超声波来水内传播来实施测量，所以液体的流动速度、材质等情况都会影响到了超声波传播，导致其逐渐减弱。此外，现场使用到的变频设备、管道噪音等都会干扰到信号的传播，所以必须合理使用分辨与检测声波的技术。目前在测量流速过程中大部分都是采用UF-911超声波流量计，通过设置出流体对超声波的调制函数，能够有效降低其他因素对超声波信号的影响，有效弥补了以往测量的不足，让流量计测量的准确程度以及可靠程度都得到了有效提升。

三、渠道测流中超声波测流的运用

（一）正确选择设备类型

在大部分大规模水利工程项目的输水工作中往往都是使用明渠与渡槽、倒虹吸等相结合的方式来完成，水流经过平水位后，利用泵站来增加其压力，进行暗涵与PCCP管道输水，以达到有效管控渠道水流量以及水位的目的。在此过程总，一般会将相应数量的节制闸来划分进行渠道分段，用以有效控制整体渠道的水流。在对渠道进行测流过程中，通常可以采取时差超声波流量计来实现，并且要求建设引水留到水工结构形式，通常都是PCCP管道和明渠。在具体测量过程中要求根据渠道中的所有闸门，按照其功能以及重要程度来划分为二、四、八声道的换能器类型，如若管道管径较小，那么其分水口可以通过电磁式流量计来完成，进而确保测量工作得以高效进行。

（二）合理确定技术指标与设备组成

通常情况下是由水位计、换能器、主机以及连接电缆等一同构成了超声波流量计，其中其主机往往是使用单片机结构，同时利用显示屏来呈现出实际测量参数，包括水温、流速、瞬时流量以及累计流量。此外，还应当要对温度、信号输出以及防护等级等情况考量在内选出最佳设备，通过信号输出来让PLC设备以及计算机能够动态显示出流量计的测量结果，有助于工作人员的进一步分析。不仅如此，流量计测量会在一定程度上受到温度的干扰，通常流量计工作温度为-10℃~+50℃，环境温度为-30℃~70℃，具体测量时要求工作人员能够根据具体状况来确定所要使用的设施设备，尽可能提升测量结果的准确性与有效性。

（三）安装与调试流量计

第一，安装换能器。在该阶段重点在于确定最佳安装位置，所以要求工作人员能够结合渠道具体情况，将换能器装置于被测水体的渠道两侧，通常是采取激光经纬仪来准确确定其安装位置，在此过程中，需要重点关注渠道中心线和换能器夹角的情况，通常以45°为宜。

（四）安装主机

在安装主机前，要求能够正确连接电源线和信号电缆，防止因为其他因素干扰而出现连接错误的情况。所以在铺设信号电缆过程中需要准确标识连接头，防止出现连接错误的情况。在安装电源过程中需要确保电压能够连续供应，防止因为波动过大而损坏到主机。在安装灌区测流设备过程中，以往通常是采用施工电源，其往往容易出现较大波动，稳定性能不佳，大大增加设备运行故障发生几率，所以可以通过加设稳压电源到电源进线端的方式来保证主机整体运行的安全与稳定。科学连接完毕电源线和信号电缆那后，连接起计算机系统以及剂量计主机的串口，以实现动态收集测量结果数据的目的。

（五）调试系统

要想确保超声波测流技术得以顺利开展一个重要环节就是做好系统调试工作，这就要求工作人员能够严格按照说明书要求来设置与录入计算机系统、人机交互界面等有关参数。如若往水中完全浸入换能器，则务必要实施超声波流量计的自检工作，分别做好动水以及静水状态下的检查，以全方位检测每一声路的工作以及运行的情况，并对测量机测量是否准确实施有效判断。在具体检测环节还需要做好模拟量、打印机等输出的检查工作，唯有确保输出正常方可表面设备没有出现故障。除此之外工作人员还需要做好计算机系统以及串口的通信模拟工作，保证能够进行实时通信。

四、结束语

总而言之，在进行渠道测流中使用超声波测流技术，要求工作人员应当要能够数量掌握超声波测流技术的原理与构成，同时能够结合渠道水体的具体情况来运用最佳的测量设备和方法，同时能够合理安装并调试流量计，防止其他因素影响到测量结果的精准程度。

参考文献：

[1]王来印. 调水工程测流中超声波流量计应用分析[J]. 中国设备工程, 2020(5):3.

[2]苗起森, 胡鹤鸣, 毛劲乔,等. 超声测流在渐缩流道中的应用及其准确度分析[J]. 水力发电学报, 2020(5):9.

[3]邓璐, 冀佩佳, 宋楠. 提高超声波频差法流量测量的精度分析[J]. 新型工业化, 2021, 11(3):3.

[4]王竹青. 超声波流量计在大型渠道测流中的应用[J]. 节水灌溉, 2007(2):3.

[5]付庆, 王新颖. 超声波测量技术在引嫩工程实例渠道流量中的应用[J]. 黑龙江水利科技, 2010(5):3.

[6]陈兴农, 李仪, 胡天忠,等. 时差法超声波流量计在大型渠道的应用分析[J]. 水利信息化, 2021(3):5.