Достоинством способа вычисления скорости воды по разности времен прохождения ультразвуковыми импульсами длины луча соответственно по и против потока является его независимость от скорости звука в стоячей воде. Таким образом, точность результата вычислений связана только с точностью измерения разности времен, которая может быть очень высокой у современных электронных приборов.
4.7.1.1 Системы с прямолинейным лучом
Среднюю скорость потока воды в слое акустического луча параллельно оси русла , м/с, с помощью системы с прямолинейным лучом и преобразователями на обоих берегах (рисунок 1) вычисляют по упрощенной формуле
(3)
где - длина акустического луча АА , м;
- угол между средним направлением потока и акустическим лучом, ... °;
- время прохождения ультразвукового импульса от преобразователя А к преобразователю А , с;
- время прохождения импульса от преобразователя А к преобразователю А, с
.
4.7.1.2 Системы с отраженным лучом
Среднюю скорость потока воды в слое акустического луча параллельно оси русла , м/с, в системе с отраженным лучом и преобразователями на одном берегу (рисунок 2) вычисляют по упрощенной формуле
(4)
где - длина отраженного акустического луча ARB, м;
- проекция отрезка, ограниченного преобразователями, расположенными выше и ниже по течению, на ось (линию) среднего направления потока, м;
- время прохождения импульса от преобразователя А, расположенного выше по течению через отражатель R на противоположном берегу до преобразователя В, расположенного ниже по течению, с;
- время перемещения импульса в обратном направлении, с.
4.7.1.3 Вычисление расхода в однолучевых системах
В системах, где скорость определяется с помощью одного луча, необходимо найти соотношение между измеренной скоростью и средней скоростью в сечении (как указано в 4.3.2.2).
По найденной зависимости и при ее постоянстве расход воды , м /с, вычисляют по формуле
, (5)
где - скорость, найденная однолучевым измерением, м/с;
- площадь поперечного сечения, м ;
- эмпирически определенный коэффициент (скоростной коэффициент).
Значение коэффициента находят в результате измерений полей скоростей при различных расходах и в различные периоды. Он может оставаться постоянным или изменяться дискретно. Поле скоростей измеряют с помощью обычной гидрометрической вертушки или используя ультразвуковую систему, если возможно перемещение преобразователей по глубине.
4.7.2 Последовательность и частота опроса в многолучевой системе, ждущий режим работы
Период одного цикла излучения и опроса всех погруженных в поток преобразователей должен быть таким, чтобы измеряемый расход оставался практически постоянным и одновременно достаточным для обработки данных измерений и получения значения расхода. Чтобы не вышли из строя преобразователи, находящиеся в момент измерения выше уровня воды, конструкция системы должна обеспечивать для них ждущий режим работы. Удовлетворительный результат достигается, когда система может выполнять не менее 30 полных циклов опроса всех преобразователей в минуту. При повышенных требованиях к надежности измерительной системы и устранения влияния возможных сбоев при ее работе по различным причинам частота опроса должна быть увеличена.
4.7.3 Вычисление расхода в многолучевых системах
4.7.3.1 Измерение расхода ультразвуковым способом аналогично измерению расхода гидрометрической вертушкой. Однако особенностью ультразвукового способа является то, что области измерения скоростей (послойные отсеки) ориентированы горизонтально и распределены по вертикали.
4.7.3.2 Для вычисления расхода наиболее целесообразными являются способы, при которых суммируются расходы в послойных отсеках. Количество и размеры отсеков (ширина и высота) определяются количеством пар ультразвуковых преобразователей и схемой их расположения на откосах (берегах) русла.