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排水管网流量和液位测量是行业的痛点、技术难点和关注热点。和同行的线下沟通中，我们发现普遍对流量测量存在某些误区。为了系统的介绍排水管网流量和液位测量，每周NIVUS的微信公众号将分别介绍1篇主旨文章、1篇相关产品简介、1篇典型案例、1篇应用拓展和1篇有问有答。
您有任何的流量和液位测量的难题，请电话、微信或微信公众号留言联系我们。我们将在“有问有答”专栏回答大家关心的问题。
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在某些应用场合，比如原水管网和输送水管网，会遇到非满管和非满管交替的情况。
NIVUS提供了两种解决思路：超声波互相关流量计或超声波时差法流量计，在非满管或满管/非满管情况下，均可以获得高精度的流量测量数据。
1 流量测量原理
测量的测量原理为速度-面积法流量计。测量流量Q需要测量两个因素：平均流速和过流面积。 采用以下通用计算公式：
Q = v(平均) • A
通过连续测量包含渠道、管道或箱涵的充满度来确认过流的横截面A。液位变化会导致过流横截面积的变化。
液位的精确测量 (h)
通过连续测量管道的充满度来确认过流的横截面A。液位变化会导致过流横截面积的变化，因此精确的流量测量需要在所有水力条件下进行精确可靠的液位测量。初雨中含有较多的杂质，需要考虑多重冗余的液位测量解决方案，确保在非满管等复杂情况下液位的精确测量，提供更多的数据判断可能存在的问题。
可以考虑采用外置的超声波液位计或静压式液位计作为冗余的液位测量。
流速的精确测量 (v)
过流断面平均流速的精确测量，是速度-面积法测量的核心技术。为解决上面的问题，我们可以采用：（1）超声波互相关流量计和（2）超声波时差法流量计，进行非满管的清水流速测量。
2 测速原理
超声波互相关和超声波时差法的流速测量原理，分别如下：
2.1 时差法的流速测量 (v1)
超声波时差法流量计采用声学时差法流速仪测量流速。其原理是与流速方向成一定的夹角（通常45度）安装一组两个流速传感器，两个流速传感器互相发射和接收超声波。检测两个传感器（A和B）之间超声波信号的传播时间。顺着流动方向的传播时间t1比逆着流动方向的t2更短。两者的时间差与沿测量路径的平均速度Vm成正比。
通过声学时差法流速仪测得顺、逆流方向的超声波传输时间差。并带入下面的公式，得出这两组传感器之间连线的平均流速。
2.2 互相关的流速测量 (v2)
NIVUS互相关流量计的测量流速的方法是基于超声波反射原理。
NIVUS互相关流量计基于超声波互相关原理而非多普勒效应，传感器连续扫描水中多个颗粒或气泡，反射信息存储为图像，基于频率特征的粒子识别，根据脉冲重复频率确定两个脉冲之间的TPRF时差Δt，根据这个时间差和距离间隔得到颗粒或气泡的速度，从而得到这个点的流速。可以把超声波互相关流量计想象为超声波相机：互相关流量计可以记录超声波束内的水平和垂直方式多个颗粒或气泡，如同测量“颗粒云”，并在几毫秒内对颗粒或气泡进行相互比较（两张照片的比对）。互相关流量计的优点是：测量实际流速而不是拟合值，无需对流量计进行校准，无需数据二次处理（即数据清洗）、在复杂条件下具有极高的测量精度；缺点是价格贵。
NIVUS互相关流量计基于最新的水力模型，COSP系统计算了一个密集的测量网络，从单个测量点位出发改了整个流体横截面。具有如下特点：
l 经过科学流量测量的，渠道专用的实时流体数学模型；
l 靠近壁面和水平速度分布的流速计算；
l 速度积分覆盖这个断面，最多测量16层流速；
l 水力扰动下渠道平均流速的理想研究方法。
l 具有最高的测量精度和稳定的读数；
l 无需校准；
l 流场的确定和指示。
三、测量设备的安装
3.1 互相关流量计的传感器安装方式
安装方式具体见下图。每套包括1组空气超声波传感器和1组流速/水中超声波/静压式液位计组合传感器。
(1) 1组空气超声波传感器，安装在排口管道断面中心垂线顶部，垂直向下；用于0cm至6cm超低液位的流速、流量和空气温度的测量；
(2) 1组流速、水中超声波和静压式液位计的组合传感器，安装在断面底部，垂直向上；用于6cm至100%满管的流速、流量和水温测量；
(3) 通过两种传感器的组合，实现0cm至100%满管的流量精确测量。
这种布置方式的优点是：
l 测量精度高（流量测量精度约为1-3%）；
l 数据质量好；
l 对测量前后平直段的要求相对较低。
这种布置方式的缺点是：传感器固定安装，今后维护需要断水后进入排口管道内操作。
3.2 超声波时差法流量计的传感器安装方式
每套包括多组超声波时差法传感器和1组超声波液位计。安装方式具体见下图。
(1) 多组空气超声波传感器（以4组为例），安装在不同高度，分别负责30%、50%、80%和100%的流量测量；
(2) 其中路径1保证在最低液位以下；
(3) 用于30%至100%满管的流速、流量和水温的测量；
4 两种测量方式的优缺点
在非满管，或满管/非满管的清水流量测量中，超声波互相关流量计或超声波时差法流量计有各自的优点和缺点。总结如下表。
可以根据现场的情况和这两种测量方法的优缺点，选择合适的流量计。
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鉴于排水管网流量和液位测量的复杂性，如果您有测量需求，建议您通过电话、微信或微信公众号直接联系我们。我们将根据您的测量需求和预算范围，选择合适的流量计和安装方式，并可以提供后续的数据分析等增值服务。
我们非常乐意接受各种挑战，并和全球顶尖的测量和仪表工程师团队一起为您提供持续的技术服务，协助您解决这些难题。
