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超聲波明渠流量計測量原理深度剖析
閱讀：337發布時間：2025-9-4
超聲波明渠流量計的測量原理基于超聲波傳播特性與流體力學原理的結合，通過非接觸式測量實現流量精確計算，其核心可分為液位測量與流量換算兩個關鍵環節：
一、液位測量：超聲波回波測距技術
流量計通過超聲波探頭向液面垂直發射高頻聲脈沖（頻率通常為50-200kHz），聲波在空氣中以331.4+0.6tm/s（t為環境溫度）的速度傳播，接觸液面后反射回探頭。設備通過測量發射與接收的時間差Δt，結合聲速v，計算出探頭至液面的距離D=v×Δt/2。例如，在25℃環境中，聲速為346.4m/s，若Δt為1ms，則液位高度D=0.1732m。為消除安裝高度誤差，設備需預設探頭至“零液位”的基準距離L，最終液位H=L-D，分辨率可達1mm，精度±3mm。
二、流量換算：堰槽水位-流量關系模型
明渠流量與液位呈非線性關系，需通過標準堰槽（如巴歇爾槽、三角堰、矩形堰）將液位轉換為流量。以巴歇爾槽為例，其喉道寬度b決定流量系數，設備內置經驗公式Q=C×H?（Q為流量，C為堰槽系數，n為指數），通過實時液位H自動計算流量。例如，喉道寬0.3m的巴歇爾槽，當液位為0.5m時，流量Q≈0.15m³/s。對于非標堰槽，需通過現場校準建立液位-流量曲線，確保測量精度。
三、多聲道技術：提升復雜流態測量精度
在大型明渠中，水流可能存在漩渦或流速分布不均，此時采用多聲道超聲波測量技術。通過在渠道不同高度安裝多對探頭，同步測量各聲道流速，利用加權平均算法計算斷面平均流速，結合液位數據得出流量。該技術可將測量誤差從單聲道的5%降低至1%以內，尤其適用于寬淺型渠道或非滿管狀態。
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