超聲波流量計通常包括兩個或更多個換能器組件,每個換能器組件固定在流量計的本體中的端口內(nèi)部。流量計本體還可以稱為管件。為了將傳輸?shù)牧黧w密封在流量計內(nèi),管件中的每個換能器端口的外端部上固定有連接器。因而,管件和端部連接器產(chǎn)生包含流經(jīng)流量計的流體的密封容置件及壓力邊界。為了測量流過流量計的流體流量,布置了一對換能器組件,使得換能器的壓電元件與管件的內(nèi)表面相鄰,并且使得一對換能器組件中的每個換能器面對定位在管件的流體運(yùn)送開孔的相對側(cè)的一對換能器組件中的另一個換能器。換能器組件隔著流體流反復(fù)地發(fā)送和接收電信號。
超聲波流量計使用數(shù)量zui多的可以分成兩類。一種是以多普勒效應(yīng)為原理的超聲波多普勒流量計,它是發(fā)射連續(xù)的超聲波,從流體雜質(zhì)中反射回來的超聲波得到頻率差來求得液體流量。要求液體介質(zhì)中有一定大小直徑和密度的雜質(zhì)或者氣泡,在同等流速條件下,雜質(zhì)或氣泡的密度和顆粒大小發(fā)生變化時,測量精度也發(fā)生變化。它適用于含雜質(zhì)的液體介質(zhì),不適應(yīng)于測量干凈的液體雜質(zhì)。在理想的條件下,其的確精度在2~5%范圍內(nèi)。另一種是以超聲波穿越方法的超聲波液體流量計,這是現(xiàn)在生產(chǎn)zui多,使用zui廣的一類。它zui適應(yīng)于純凈液體介質(zhì)和含有少量雜質(zhì)和氣泡的液體介質(zhì),污水、原油、紙漿液等介質(zhì)也能測量。其測量精度一般在1~1.5%范圍內(nèi)。
*,中國是一個農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)業(yè)水利工程也一直都是國家重點發(fā)展的對象。農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開水利灌溉,因此也就少不了水利流量測量。目前我國采用的的測量儀器就是超聲波流量計,采用速度面積測量法。其測量方法是使用超聲波流量計根據(jù)水流的平均流速乘以渠道的橫截面積。水的流速一般是通過在特定的管道中安裝超聲波流量計來測量的。
測量方法一般有三種:一是速度分布法;二是0.6H法;三是0.2H~0.8H法。速度分布法是使用超聲波流量計在水渠表面和渠底之間選擇不同的點來測定流速,然后由這些測點垂直水面的速度曲線,按速度曲線界定的面積除以深度,計算出水流的平均速度;0.6H法測量的是水面以下0.6H深的單個點流速,并假設(shè)這個值就是全部速度的平均值;0.2H~0.8H法測量的是水表面下0.2H和0.8H深度兩點的流速,這兩個讀數(shù)的平均值即可估算為平均的流速值。
這三種測量方法都是使用超聲波流量計在特定區(qū)域內(nèi)測量水流的平均速度,選擇不同的測量點所得到的測量結(jié)果可能不同。歐洲國家要求在測量時至少要測5個點,而美國認(rèn)為測2點足夠。測深的次數(shù)取決于渠道的寬度。在歐洲測深次數(shù)為5~15,在美國為8~18。測量誤差是按測深次數(shù)及在每一點的測量時間決定的,采用速度-面積法的平均誤差可小于6%。
農(nóng)田灌溉中的水流測量也可以使用使用電磁流量計。超聲波技術(shù)是由測量橫過渠道的超聲波傳播時間來計算流速的,發(fā)射器和接收器分置于渠道的兩邊,使波的路徑和水流方向之間的角度在45°~60°范圍內(nèi)。這一幾何關(guān)系使得向上游方向和下游方向的聲音脈沖之間產(chǎn)生時間差。而使用電磁流量計是利用導(dǎo)電的水流中人工建立的磁場,然后測量橫跨水流兩邊的合成測量結(jié)果。電磁流量計一般由勵磁線卷和一對電極組成測量系統(tǒng)。
雖然超聲波流量計和電磁流量計都可以應(yīng)用于農(nóng)田灌溉水里系統(tǒng)的流量測量,但是實際應(yīng)用中,考慮到使用環(huán)境等多種情況,多數(shù)還是使用超聲波流量計進(jìn)行測量。