超声波测流

利用超声波在水流中的传播特性来测定流速及流量。其基本原理是通过设在河道两岸等高并斜向水流的超声换能器（声波与电能间的转换）从两个方向同时或先后往返发射声脉冲，已知声脉冲从上游方向向下游方向发射和从下游方向向上游方向发射的传播时间之差（即逆流与顺流传播时间之差），即可求得声道平均流速，从而计算换能器所在的某层水深处水流平均流速和水流通过全断面的流量。如图所示，A与B为换能器。平均流速与流量的表达式为

式中，v为某一处（一层或多层）水流平均流速，m/s；

从式（1），已知L、θ、t_BA、t_AB或L、θ、C、Δt，均可求得v；再从式（2），已知v、k即可求得Q。

此法通常称为时差法。也可适用于管道流量的测量，即将两换能器分别安装在管道的外壁成一夹角处。

超声波测流原理示意图

超声波测流系统

有4个组成部分：①水下装置，包括发收共用的换能器（一般由锆钛酸铅或压电陶瓷片制成）及其固定装置，如铁轨等；②水上装置，由计算器控制的发收报机，计时器，数据处理器以及显示、记录、打印和远传的电子设备；③联结两岸的水下铠装电缆或架空电缆的传输线路，也可用无线传输并构成自动遥测系统；④自记水位计和测深等辅助设备。

适用条件

超声波测流具有操作简捷、不扰动水流、成果比较精确（误差在±5%以内）、可在岸上测得瞬时的连续的流量并保证人身安全等优点。因此，①可用以远传实测流量，成为遥测系统的组成部分；②特别适于困难条件下的测流，例如在回水、潮汐影响下水位流量关系不稳定时，此法进行测流，方便可靠。但设备投资较高、技术比较复杂，使用要求相当严格。且在水草丛生、气泡影响、含沙量大以及水温变化急剧之处，不宜采用。

检定试验

检定试验方法要点是：①如用一对换能器施测水面以下一层（一般放在断面平均水深6/10处）平均流速，它与断面平均流速的关系可通过多次流速仪法测定的成果相比较以求k值。②如用多对换能器施测水面以下平均流速，则可直接计算断面平均流速（k＝1），也需与流速仪测流成果相比较，以探求最有代表性或k值比较稳定的换能器安放位置。③如因河道水流比较紊乱，声道布置可由单线改为双线（呈V形或X形），求其平均值以减少测验误差。④必要时还需按水温、含盐度作C值校正。此外，还需注意安装避雷设备和防止水中气泡的干扰。

使用情况

1928年德国作过超声波在水流中逆流与顺流传播时间差的试验。20世纪50年代开始利用超声波测定加油的速率，从此逐步发展在工业、医药、海洋和江河等方面测定流体速率的超声方法。美国地质调查局与陆军工程兵团合作，于1957年作超声波测定河流变动回水流量的试验，1966年完成样机，1968年正式在大河测流中应用。此后，日本、英国、德国、加拿大、比利时等国也相继采用。据1982年美国地质调查局统计，国际上约有90余处用此法测流。国际标准化组织于1982年提出超声波测流的标准。此外，在水电站、灌区、城市供水与排水的管道和水工模型试验中，也常使用超声波测定流速、流量，并已有多种产品在国际上推广使用。

中国湖南省水文总站于1974年研制超声波测流仪获得成功，并在湖南湘江支流浏阳河的