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超声波明渠流量计

来源:作者:发表时间:2019-03-04

明渠流量计.jpg

 

实验中使用的系统的操作原理。为了使接收换能器达到稳定状态,振幅和频率都得到稳定,功能波形发生器Hameg HMF 2550在100 ms的时间周期内产生70个周期的正弦脉冲串(Rohde&Schwarz Co. KG ,慕尼黑,德国)用于通过电阻R 1和R 2同时驱动两个换能器(TR 1和TR 2)。这些换能器将电激励转换为机械波。在换能器谐振频率附近选择脉冲串的驱动频率,使得换能器以增强的SNR实现最大输出振动。

一、超声波明渠流量计概述:
超声波明渠流量计与量水堰槽配合使用,测量明渠内水的流量。主要用于测量污水厂、企事液单位的污水排放口、城市下水道的流量。由于这种仪表采用超声波穿过空气,以非接触的方法测量。因此在粘污、腐蚀性液体情况下,比其它形式的仪表具有更高的可靠性。

二、超声波明渠流量计工作原理
    超声波明渠流量计仪表直接测量的物理量是液位。用于明渠测流量时,在明渠上安装量水堰槽。量水堰槽把明渠内流量的大小转成液位的高低。仪表测量量水堰槽内的水位,再按相应量水堰槽的水位-流量关系反算出流量。
常用的量水堰槽有,直角三角堰、矩形堰和巴歇尔槽(图三)。
使用超声波明渠流量计,安装时必须知道配用量水堰槽的水位-流量对应关系。
量水堰槽的水位-流量关系可以从国家计量检定规程《明渠堰槽流量计》JJG711-90中查到。
     巴歇尔槽知道了喉道宽度b,就可以用相应的公式算出水位-流量对应关系。
直角三角堰和矩形堰也有相应的公式。但是还与按装的渠道尺寸有关。确定水位-流量关系时,三角堰与渠道宽B、开口角度、上游堰坎高度p有关。
      矩形堰与渠道宽B、开口宽b、上游堰坎高度p有关。
 超声波测液位原理:本仪表采用超声波回声测距法测液位。探头固定安装在量水堰槽水位观测点上方。探头对准水面。探头向水面发射超声波。
      仪表的工作原理:仪表控制探头发射和接收超声波。测量声波传输时间测算液位mm。在通过查水位-流量表,把液位转成流量(单位:升/秒)。
      超声波明渠流量计显示:仪表显示液位高度、瞬时流量、仪表把瞬时流量按时间累加,得出累计流量。
  仪表输出有,4~20mA电流模拟量;继电器的开关量(需订货选择);RS485的数字信号;

三、超声波明渠流量计技术指标
1. 流量量程:0.1升/秒~10米3/秒(由配用量水堰槽的规格决定)
2. 流量不确定度:1-3%
3. 超声波最大测距:2米
4. 探头盲区:0.4米(从探头的法兰盘起,0.4米内不能用于测量)
5. 测距误差:<0.4%  或±3毫米(在1米量程内)
6. 水位分辨力:1毫米
7. 仪器防护:探头为可防水式不可以浸水;仪器为防尘式
8. 交流或直流供电: 交流:220V 50HZ  2W;其他方式选购

四、超声波明渠流量计结构
明渠流量计结构图.jpg

五、超声波明渠流量计现场拍摄
明渠流量计现场实拍.jpg

为了消除由于分别(顺序地)在两个方向上触发和记录超声波信号而引起的高启动抖动,我们依赖于同时(同步)激励方法。这意味着数字示波器(Digilent Analog Discovery)[ 11 ] 的公共同步时钟用于触发和采集两个方向的信号。因此,我们取消了两个输入通道之间的任何差分延迟时间,在与换能器之间的距离成比例的行进时间之后,两个换能器同时接收声波。接收信号由于介质的损耗和吸收声能而衰减[ 12 ]。因此,我们使用两个低噪声运算放大器OPA2846ID(Dallas Semiconductor Inc,Dallas,TX,USA),如图2所示,以增加信号电平,从而提高信噪比。放大的信号由数字示波器采集,数字示波器使用双通道,14位ADC,采样率为50 MS / s。样本以CSV数据格式保存并导入PC以计算TTD。用Matlab编写的嵌入式(PC)软件算法处理自动TTD测量重复,提供所有控制子程序,用于控制函数发生器和数字示波器。

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