插人式超聲波流量計在供水大口徑管道中的應用

      1 超聲波流量計的工作原理及性能

      1.1 工作原理

      超聲波流量計是通過(guò)測量超聲波在流體中順流和逆流傳播的時(shí)間差測量流量。流量和傳播時(shí)間差具有以下關(guān)系，

      Q=K△t/T2

      Q ——流量
      K ——標定常數
      △t — 時(shí)間差
      T ——平均傳送時(shí)間

      超聲波頻率約為1MHz。

      1.2 超聲波流量計的構成

      超聲波流量計由超聲波換能器、電子線(xiàn)路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線(xiàn)路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。實(shí)現流量的檢測和顯示。

      1.3 插入式超聲波流量計的特點(diǎn)

      測量管內無(wú)活動(dòng)部件和阻流元件，無(wú)附加壓力損失；測量過(guò)程與液體的溫度、密度、壓力及導電無(wú)關(guān)；可采用不停水深入管壁內安裝方式不接觸流量測量?jì)x表，測量過(guò)程傳感器元件不接觸被測流體，不阻流，無(wú)腐蝕，壽命長(cháng)。不受雜散點(diǎn)信號干擾；檢定周期為三年，其它流量計一般為半年或一年。插入式傳感器流量計，主要技術(shù)特點(diǎn)是不使用耦合劑，被測管道內壁垢對測量無(wú)影響，測量準確度達到1.0級，安裝是將聲頭插入至被測管道內部，從內壁看大約露出5mm左右，不阻流，不增加管道的壓力損失。聲頭帶有防護罩，用于能量轉換（電聲相互轉換）的壓電陶瓷通過(guò)該報護罩向被測液體發(fā)射和接收聲波信號，該報護罩起到了抗沖擊、防腐、耐磨作用，并具有良好的透聲性能。

      2 超聲波流量計的選型

      在黃山水廠(chǎng)進(jìn)水總管（800mm）、雙河水廠(chǎng)進(jìn)廠(chǎng)水總管（700mm）、井樓大口徑出水管（426mm），水質(zhì)較好，流量穩定，因此選用不帶測量管在原有管道上直接安裝，選用球閥切斷式插入探頭，轉換器安裝形式分體式結構。

      3 現場(chǎng)安裝

      3.1 Z法探頭安裝

      插入式超聲波流量計選用傳播速度差法，探頭采用Z法（透過(guò)法），探頭安裝選用Z法，超聲波在管道中直接傳輸，沒(méi)有折射，信號衰耗小，可測管井范圍為50mm-6000mm：Z法安裝如圖1。

      圖1 Z法探頭安裝圖

      3.2 插入式傳感器的安裝方式

      插入式傳感器的安裝方式主要W型、Z型、N型、V型四種。W型安裝方式適用于DN50～300毫米的管道，采用該方式可以延長(cháng)聲路的長(cháng)度，提高測量精度。Z型安裝方式適用于DN300mm以上的大口徑管道，兩傳感器之間為直線(xiàn)傳播路徑，信號損失最少，對流體的穩定性要求較W 型要高。

      4 波流量計安裝條件

      （1）測量管內必須始終充滿(mǎn)被測液體。

      （2）傳感器探頭軸線(xiàn)處于水平位置，插入式傳感器安裝時(shí)應盡可能在管道側面的正側線(xiàn)上，以避開(kāi)上端的氣泡或底部的沉淀物。一般應安裝在水平、傾斜或垂直的管道中，垂直管道應選擇流動(dòng)自下而上的管段，以防止測量點(diǎn)出現非滿(mǎn)管流情況。

      （3）測量管前后要有一定距離的直管段，上游側大于10D（D為管道直徑），下游側3～5D。

      （4）流量計遠離強電磁場(chǎng)。

      （5）傳感器和轉換器接地電阻小于10歐。

      （6）被測管道的內壁不應有嚴重的結垢、銹蝕。結垢、銹蝕層表面粗糙，影響管道內徑的確定尺寸，這一尺寸變化1%，將引起體積流量2%的誤差。選擇無(wú)結垢、無(wú)銹蝕管段作為測量點(diǎn)，是儀表測量精度的保證。

      （7）被測流體為紊流狀態(tài)。超聲波流量計量測量。超聲波流量計量測量的流速范圍在0～15m/s，從層流到紊流儀表系數有較大的變化，規定儀表的最低流速，以保證儀表性能的正常發(fā)揮。

      5 結論

      （1）節約能源。儀表安裝后，不產(chǎn)生壓力損失，也不會(huì )干擾流體， 是一種理想的節能儀表，尤其是在大流量計量時(shí)，節能效果更加顯著(zhù)。

      （2）適用性強。大多數流量計都有口徑相配用的要求，口徑變化時(shí)必須更換相應口徑儀表。而插入式超聲波流量計對不同管徑不同流量范圍都可以適用。

      （3）性?xún)r(jià)比高。該種流量計的價(jià)格基本上不隨被測管徑增大而增加，管徑越大其性?xún)r(jià)比越高。

      （4）安裝維護方便。僅需在管道上開(kāi)出與傳感器相對應的孔和焊接上安裝座即可以安裝，并且能帶壓裝入和拆出，方便維護。

      （5）解決大口徑計量難題。其它流量計目前最大口徑在1～3m，更大口徑計量尚無(wú)儀表可選。而插入式超聲波流量計可計量口徑達5～10m，是大口徑計量的唯一選擇。

      參考文獻

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      [2] 王國套，等.城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規劃，1993（7）