Nguyên tắc đo kênh mở

Cách hoạt động của lưu lượng kế kênh mở

Lưu lượng kế kênh hở thực hiện phép đo lưu lượng của chất lỏng mở ra khí quyển tại một số điểm trong đường đo lưu lượng. Chất lỏng có thể ở hoàn toàn với khí quyển, hoặc có thể được chứa trong một đường ống kín không chứa đầy chất lỏng và chỉ mở ra khí quyển tại điểm lắp đặt của chính lưu lượng kế.

Bất kể loại kỹ thuật đo lưu lượng kênh hở nào được sử dụng, phép đo mức phải được sử dụng kết hợp với phép đo vận tốc và máy tính lưu lượng sử dụng phương trình điều khiển của dòng chảy kênh hở để tính toán tốc độ dòng chảy thực của bất kỳ kênh bị thấm ướt nào (đường ống, suối , Vân vân).

Phương pháp truyền thống

Có một số loại đồng hồ đo lưu lượng kênh hở, phương pháp truyền thống sử dụng các thiết bị chính như ống xả hoặc đập. Chúng bao gồm một thiết bị chính, bộ chuyển đổi và bộ truyền dòng chảy. Thiết bị chính được làm ướt hạn chế dòng chảy của chất lỏng. Trong điều kiện dòng chảy, hạn chế này gây ra sự gia tăng mực chất lỏng tại một vị trí ở phía thượng lưu hoặc bên trong lưu lượng kế. Khi lưu lượng tăng, mức tăng cao hơn. Một bộ chuyển đổi được gắn trên hoặc gần thiết bị chính để cảm nhận mức. Bộ truyền lưu lượng điện tử sử dụng tín hiệu từ bộ chuyển đổi để đo mức và xác định lưu lượng chất lỏng. Các dạng hình học khác nhau được sử dụng để đo lưu lượng kênh hở, bao gồm các vòi làm cho kênh hẹp hơn, các vòi xả ép chất lỏng qua vật cản giống như một cái đập và các vòi phun hạn chế dòng chảy của chất lỏng trước khi nó rơi tự do khỏi vòi phun. Do khả năng ứng dụng hạn chế của lưu lượng kế kênh mở, vật liệu xây dựng thường bị giới hạn đối với những vật liệu nhắm đến các ứng dụng này. Kích thước từ vài inch đến hàng chục feet. Nói chung sẽ ít tốn kém hơn khi mua lưu lượng kế kênh hở nhỏ hơn và xây dựng hiện trường các lưu lượng kế lớn hơn (thường bằng bê tông).

Các vấn đề với phương pháp truyền thống của lưu lượng kế kênh mở sử dụng Flumes và Weirs

Vì các phương pháp này sử dụng một thiết bị chính, nên các chất lắng cặn, bụi bẩn và các mảnh vụn khác thường tích tụ dưới đáy của các thiết bị này, khiến việc đo mức độ không chính xác cao và do đó gây nguy hiểm cho độ chính xác của phép đo lưu lượng tổng thể. Hơn nữa, hình dạng ban đầu của các thiết bị chính này có thể bị hao mòn theo thời gian, điều này càng làm tăng thêm tính không chính xác trong hệ thống đo lưu lượng tổng thể. Vì những lý do này, các thiết bị này đang trở nên lỗi thời. SmartMeasurementTM sẽ không cung cấp các loại thiết bị này vì lý do đơn giản là có những phương pháp tốt hơn hiện có trên thị trường.

Phương pháp đo lưu lượng vận tốc khu vực

Có hai loại phương pháp Vận tốc vùng (AV) để đo lưu lượng kênh mở. Cả hai loại đều sử dụng Thời gian vận chuyển hoặc công nghệ siêu âm Doppler. Phương pháp vận tốc khu vực tính toán tốc độ dòng chảy bằng cách nhân diện tích dòng chảy với vận tốc trung bình của nó. Đây thường được gọi là phương trình liên tục, Q = AxV, trong đó Q là dòng chảy, Ax là diện tích thấm ướt của dòng chảy lần V, vận tốc trung bình của dòng chảy.

Kỹ thuật đo lưu lượng siêu âm Doppler

Đo lưu lượng Doppler đối với dòng chảy kênh hở được thiết kế để ghi lại các thành phần vận tốc tức thời tại một điểm duy nhất với tần số tương đối cao. Phép đo tốc độ chậm được thực hiện bằng cách đo vận tốc của các hạt trong thể tích lấy mẫu từ xa dựa trên hiệu ứng dịch chuyển Doppler. Các thành phần vận tốc sử dụng kỹ thuật này được kết hợp với phép đo mức và một máy tính lưu lượng kênh hở sử dụng phương trình điều khiển để tính toán phép đo lưu lượng kênh hở thực sự.

Đồng hồ đo lưu lượng Doppler được đặt ở dưới cùng của kênh thường bị bẩn do đó gây ra việc đo lưu lượng không chính xác. Vì kỹ thuật Doppler đo tốc độ của các hạt đi tới cảm biến, nó chỉ đo những gì nó nhìn thấy. Các hạt trong dòng chuyển động với các tốc độ khác nhau và rất khó có khả năng nó có thể đo được tất cả các hạt trong dòng, do đó không đại diện cho lưu lượng trung bình trong dòng và gây ra sự không chắc chắn trong phép đo lưu lượng kênh mở tổng thể.

Kỹ thuật đo lưu lượng siêu âm thời gian vận chuyển truyền thống (TT)

Đây là phương pháp thời gian di chuyển vi sai, trong đó một xung âm thanh truyền xuống phía dưới nhanh hơn một xung đi ngược lại. Đây còn được gọi là ‘thời gian bay’: Một xung âm thanh di chuyển theo đường chéo của dòng chảy theo hướng hạ lưu sẽ được tăng tốc cùng với thành phần vận tốc của nước trong khi, ngược lại, một xung âm thanh truyền theo đường chéo ngược dòng sẽ bị giảm tốc bởi vận tốc nước. Sự khác biệt giữa thời gian bay giữa hai đầu dò tỷ lệ thuận với vận tốc chất lỏng. Một loạt các bộ chuyển đổi lưu lượng được ghép nối qua kênh mở và vận tốc kết hợp của các bộ chuyển đổi được ghép nối được tính trung bình để cung cấp cấu hình thực về tổng đường dẫn dòng chảy. Các thành phần vận tốc sử dụng kỹ thuật này được kết hợp với phép đo mức và một máy tính lưu lượng kênh hở sử dụng phương trình điều khiển để tính toán phép đo lưu lượng kênh hở thực sự.

Các kỹ thuật TT truyền thống mặc dù vượt trội hơn nhiều so với các kỹ thuật đo lưu lượng khác, nhưng vẫn mang lại sự không chính xác trong phép đo tổng thể. Đường dẫn tín hiệu giữa các đầu dò được ghép nối có thể bị phản xạ nếu có nhiều hạt, bong bóng hoặc mảnh vụn trong dòng chảy. Hơn nữa, phải có được một biên dạng dòng chảy phát triển đầy đủ tại điểm đo bằng cách có đường kính thượng lưu và hạ lưu yêu cầu, thường là 8-10 đường kính dòng lên và 2-5 đường kính hạ lưu. Sự không chính xác cũng có thể xảy ra nếu cặp đầu dò phù hợp không được căn chỉnh chính xác trên kênh mở.

Kỹ thuật đo lưu lượng siêu âm DSP SmartMeasurement ™ Thời gian vận chuyển

SmartMeasurementTM ALSONIC-AVM hệ thống đo lưu lượng kênh hở là máy đo vận tốc diện tích được sử dụng kết hợp với máy phát mức do người dùng cung cấp để đo tốc độ dòng chảy trong kênh mở. Đồng hồ đo lưu lượng kênh mở ALSONIC-AVM bao gồm một máy tính lưu lượng dựa trên DSP tiên tiến và bốn đầu dò và sử dụng chênh lệch thời gian truyền của các xung âm thanh siêu âm để đo vận tốc dòng chảy kênh mở. Các xung siêu âm được truyền ngược dòng và xuôi dòng qua kênh theo một góc α giữa hướng dòng chảy và đường truyền sóng âm, với sự chênh lệch về thời gian truyền của sóng âm tỷ lệ thuận với vận tốc chất lỏng. ALSONIC-AVM sử dụng “công nghệ đo thời gian tốt” đã được cấp bằng sáng chế, nơi các chùm sóng siêu âm của đồng hồ có khả năng đo vận tốc chất lỏng trong khoảng thời gian Pico-giây. Sự liên tiếp nhanh chóng của các phép đo vận tốc cho phép đo dòng chảy chính xác, không trôi của ultraclean đến các hạt chuyển động luôn hiện diện trong hệ thống kênh mở. Lưu lượng kế kênh mở ALSONIC-AVM có thể đo tới 30% các hạt có kích thước khác nhau trong một dòng chảy. Tất cả các hệ thống cạnh tranh khác đo ở khoảng thời gian micro giây, do đó làm tăng khả năng xảy ra lỗi do các hạt chuyển động trong dòng chảy.

Lưu lượng kế kênh mở ALSONIC-AVM có thể được sử dụng trong các kênh hình chữ nhật, hình tròn, hình thang hoặc các kênh có hình dạng khác. Vì các đầu dò tạo ra hầu như không có hạn chế, hầu như không tạo ra hiện tượng mất đầu. Máy tính dòng dựa trên DSP tiên tiến với công nghệ tương quan chéo và FFT cho phép hệ thống này hoạt động trong các ứng dụng khó khăn nhất, bao gồm cả những ứng dụng liên quan đến chất lỏng có nồng độ chất rắn lơ lửng & không khí cao hoặc có thành phần tiếng ồn lớn. Các công nghệ TT độc đáo của chúng tôi sẽ cho phép đo lưu lượng chính xác ngay cả khi ít hơn các cấu hình lưu lượng ý tưởng. ALSONIC-AVM cũng đi kèm với tùy chọn Căn chỉnh con trỏ Laser (Đã được cấp bằng sáng chế), do đó đảm bảo căn chỉnh chính xác của từng đầu dò được ghép nối.