ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Водоучет на гидромелиоративных
и водохозяйственных системах

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДОВ ВОДЫ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
УЛЬТРАЗВУКОВЫХ (АКУСТИЧЕСКИХ)
ИЗМЕРИТЕЛЕЙ СКОРОСТИ

Общие технические требования

ГОССТАНДАРТ РОССИИ

Москва

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК 317 «Измерение расходов жидкости в открытых водотоках и каналах», ВНИИ Гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костикова (ГНУ ВНИИГиМ), ВНИИ Расходометрии (ФГУП ВНИИР), НИИ Водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии (НИИ ВОДГЕО), Государственным гидрологическим институтом (ГГИ)

ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 317 «Измерение расходов жидкости в открытых водотоках и каналах» и Департаментом мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения Министерства сельского хозяйства РФ

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 4 декабря 2002 г. № 452-ст

3 Настоящий стандарт соответствует основным техническим требованиям ИСО 6416-92

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

СОДЕРЖАНИЕ

1 Область применения. 2 2 Нормативные ссылки. 2 3 Определения. 2 4 Способ измерения. 2 4.1 Принцип измерения. 2 4.2 Использование ультразвука для определения расхода воды.. 3 4.3 Схемы расположения датчиков (преобразователей) 3 4.4 Выбор месторасположения аппаратуры.. 5 4.5 Требования к инженерной съемке места измерения. 7 4.6 Эксплуатационные требования. 8 4.7 Расчет расхода и требования к вычислениям.. 8 4.8 Градуировка и поверка измерительной системы.. 11 4.9 Погрешности измерений. 11 Приложение А. Таблицы значений акустических параметров, влияющих на погрешности измерений. 12 Приложение Б. Библиография. 12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Водоучет на гидромелиоративных и водохозяйственных системах

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДОВ ВОДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ (АКУСТИЧЕСКИХ) ИЗМЕРИТЕЛЕЙ СКОРОСТИ

Общие технические требования

Water flow measurement in hydromelioration and water supply systems. Manner of measurement of water discharge using the ultrasonic (acoustic) velocity meters.

General technical requirements

Дата введения 2003-07-01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие технические требования к способу измерения и условиям применения ультразвуковых (акустических) измерителей скорости с целью измерения расходов воды в открытых водотоках, реках, каналах или закрытых водоводах со свободной поверхностью воды методом «скорость - площадь».

Стандарт распространяется только на способ, в котором измеряют время распространения ультразвуковых колебаний в водном потоке (временные схемы) и не применим к другим способам ультразвукового зондирования, позволяющим измерять скорость водного потока: эффект Доплера, снос ультразвуковых колебаний, частотные схемы и т.д.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 51657.1-2000 Водоучет на гидромелиоративных и водохозяйственных системах. Термины и определения

ГОСТ Р 51657.2-2000 Водоучет на гидромелиоративных и водохозяйственных системах. Методы измерения расхода и объема воды. Классификация

3 Определения

В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями:

акустический луч: Зона распространения в жидкой среде механических колебаний акустической частоты от точечного источника. Обычно акустический луч имеет форму конуса, в вершине которого находится источник колебаний. Угол при вершине конуса зависит от частоты акустических колебаний - чем выше частота, тем острее угол конуса (т.е. луч имеет более узкую направленность).

ультразвуковой луч: Разновидность акустического луча с колебаниями ультразвуковой частоты (от 15 кГц и выше).

ультразвуковой импульс: Фиксируемое во времени единичное колебание.

ультразвуковой преобразователь: Датчик, преобразующий электрические или электромагнитные колебания ультразвуковой частоты в механические (источник) и, наоборот, механические колебания ультразвуковой частоты в электрические или электромагнитные (приемник).

ультразвуковая аппаратура: Комплекс приборов, включающий в себя блоки питания, ультразвуковые преобразователи, вторичные приборы для обработки измерительных сигналов, коррекции ошибок измерения и получения результатов измерения.

Остальные термины - по ГОСТ Р 51657.1.

4 Способ измерения

4.1 Принцип измерения

4.1.1 В основу метода положен принцип измерения разности времени прохождения ультразвуковыми импульсами базового измерительного участка по направлению движения потока и против него. Эту разность при неизменных характеристиках контролируемого потока (температуре, солености, концентрации взвешенных частиц и др.) следует определять средней скоростью движения воды на участке измерения.

4.1.2 Базовый измерительный участок задается в водном потоке между двумя пунктами (точками), в которых располагают соответственно источник и приемник ультразвуковых колебаний. Ультразвуковые колебания распространяются от источника к приемнику в виде «акустического луча».

Проекция вектора скорости потока на направление распространения ультразвукового импульса называется скоростью вдоль акустического луча.

4.1.3 Для достижения максимальной точности в измерении средней скорости потока необходимо, чтобы количество акустических лучей было бы достаточным для полного перекрытия его живого сечения.

4.1.4 Среднюю скорость слоя потока V, м/с, вектор которой составляет угол ср с вектором скорости потока, измеренной вдоль акустического луча Vл, м/с, вычисляют по формуле

V = Vл/cos?.                                                                    (1)

4.1.5 Для измерения расхода жидкости в открытом русле необходимо выполнить следующие требования:

а) источник и приемник акустического луча должны располагаться на противоположных берегах русла водотока;

б) угол ?, указанный в 4.1.4, должен составлять 30° - 60° для достижения оптимального соотношения между разрешающей способностью метода, возникающими при этом погрешностями и требуемой мощностью ультразвуковой аппаратуры (таблица А.1).

4.2 Использование ультразвука для определения расхода воды

4.2.1 Общие характеристики

Ультразвуковые измерители позволяют измерять осредненную скорость потока в пределах зоны распространения акустического луча. Поэтому ультразвуковые способы для определения расхода воды следует применять в качестве разновидности метода «скорость - площадь». Технические требования при использовании ультразвуковой аппаратуры для этих целей приведены в 4.4.

4.2.2 Открытые русла

Ультразвуковой способ для определения расходов воды в реках и каналах имеет ряд преимуществ перед другими способами измерения расходов:

а) допускает менее жесткие требования к участку измерения;

б) для градуировки не требует обязательного искусственного задания различных расходов и уровней потока;

в) не требует расположения в движущемся потоке каких-либо механических деталей и устройств, что оставляет свободным русло реки или канала и, следовательно, не мешает судоходству и миграции рыбы;

г) не зависит от подтопления участка измерения из-за искусственных или естественных преград в нижнем бьефе канала или реки.

4.2.3 Измерение расхода воды в пойме

В том случае, когда поток не вмещается в одно русло и имеется существенный расход в обход главного измерительного сечения по обширной пойме, ее следует разделить с помощью небольших строительных работ на ряд проток, в каждой из которых расход измеряют отдельно. Целесообразность разделения поймы устанавливают при проектировании.

4.2.4 Измерение расхода в водоводах замкнутого поперечного сечения Ультразвуковой способ применяют для измерения расхода в водоводах замкнутого поперечного сечения, включая трубопроводы, работающие в безнапорном режиме, коллекторы дренажной и ливневой воды, независимо от гидравлических условий. При этом не требуется сжатия потока и изменения геометрии водовода.