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水監測用超聲波流量計的應用及題探討
超聲波流量計是一種通過(guò)超聲波脈沖來(lái)測量流體流速,從而獲得流體流量的儀表,80年代初進(jìn)入我國工業(yè)生產(chǎn)和計量領(lǐng)域,并在90年代得到迅速發(fā)展。近幾年來(lái),隨著(zhù)電子技術(shù)、數字技術(shù)的發(fā)展,利用超聲波脈沖測量流體流量的技術(shù)發(fā)展很快,基于不同原理,適用于不同場(chǎng)合的各種型式的超聲波流量計得到了廣泛應用。尤其在大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中對管網(wǎng)的檢測中發(fā)揮著(zhù)重要作用。
1 時(shí)差便攜式超聲波流量計測試原理
時(shí)差式超聲波流量計是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時(shí)間差與流體流速成正比這一原理來(lái)測量流體流量的。如圖1,沿順流方向換能器1向換能器2發(fā)射超聲波信號,其傳播時(shí)間為:
逆流方向的傳播時(shí)間為:
時(shí)間差為:
由于c>>v,故
(v2,cos2θ忽略不計)
所以,流體流速
同樣,c、L、θ均為常數,測得時(shí)間差△t即可求出流體流速v,進(jìn)而求得流體流量。
2 時(shí)差便攜式超聲波流量計的應用
時(shí)差便攜式超聲波流量計具有很大的機動(dòng)性,主要用于對不同管道的流體流量作臨時(shí)性測量,并具有豐富的貯存功能,可以同時(shí)存貯數十條不同管道的參數,供隨時(shí)調出使用。配置的外貼式換能器安裝時(shí)無(wú)需管道斷流,即貼即用,它充分體現了超聲波流量計安裝簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn)。
時(shí)差便攜式超聲波流量計主要用來(lái)測量潔凈的流體流量,也可以測量雜質(zhì)含量不高(雜質(zhì)含量小于10g/L,粒徑小于1mm)的均勻流體,如污水等介質(zhì)的流量,而且精度可達±1.5%。
經(jīng)過(guò)幾年來(lái)水監測實(shí)踐,在超聲波流量計應用方面,獲得了以下幾點(diǎn)經(jīng)驗。
2.1 合理安裝
換能器安裝不合理是超聲波流量計不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個(gè)問(wèn)題。確定位置時(shí)除保證足夠的上、下游直管段外,尤其要注意換能器盡量避開(kāi)有變頻調速器、電焊機等污染電源的場(chǎng)合。在安裝方式上,主要有對貼安裝方式和V方式、Z方式三種,如圖2。時(shí)差式超聲波流量計采用V方式和Z方式,通常情況下,管徑小于300mm時(shí),采用V方式安裝,管徑大于200mm時(shí),采用Z方式安裝。對于即可以用V方式安裝又可以方式安裝的換能器,盡量選用Z方式。實(shí)踐表明,Z方式安裝的換能器超聲波信號強度高,測量的穩定性也好。
2.2 及時(shí)校核
使用時(shí)差便攜式超聲波流量計時(shí),在安裝調試時(shí)進(jìn)行核校,確保選位好、安裝好、測量準:在線(xiàn)運行的超聲波流量計發(fā)生流量突變時(shí),要查清流量突變的原因,弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實(shí)發(fā)生了變化。
2.3 故障排除
超聲波流量計常見(jiàn)的故障原因及排除故障的方法如表1。
表1 故障分析表
故障現象 |
原因 |
排除方法 |
無(wú)信號 |
換能器與主機聯(lián)線(xiàn)斷開(kāi) |
重新連接 |
信號強度不夠 |
電源污染,換能器位置不對 |
凈化電源,重新調整位置 |
瞬時(shí)流量穩定但偏大 |
換能器聲楔出現故障 |
更換換能器 |
瞬時(shí)流量波動(dòng)大 |
流態(tài)不穩,阻尼系數太小 |
更換測試位置,調整阻尼系數 |
瞬時(shí)與累計流量不一致 |
主機故障 |
更換主機 |
2.3 定期維護
與其他流量?jì)x表相比,超聲波流量計的維護量是比較小的。對于外貼換能器超聲波流量計,安裝以后無(wú)水壓損失,無(wú)潛在漏水,只需檢查換能器是否松動(dòng),與管道之間的粘合劑是否良好即可;檢查導線(xiàn)鏈接是否良好,并考慮現場(chǎng)溫度和濕度對其電子部件的影響。定期維護可以確保超聲波流量計的長(cháng)期穩定運行。
3 應用實(shí)例
在大型高爐保安水查漏檢測時(shí),選定Ø600保安水總管及變徑前50米處,安裝水流量計,這樣充分保證了上、下游直管段的長(cháng)度,又避開(kāi)了水泵房的變頻調速器的干擾,通過(guò)關(guān)閉下游只管段的閥門(mén),同時(shí)觀(guān)察水流量計流量變化,來(lái)依次排查水漏點(diǎn)位置和漏水量情況,最后成功確定了漏水點(diǎn)位置。該漏水點(diǎn)漏水量400m3/h,為公司避免了很大的經(jīng)濟損失。因此,合理的安裝對于正確的確定漏點(diǎn)位置、檢測漏水量至關(guān)重要。
4 結語(yǔ)
在大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中,能源監測對于成本控制發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作用,尤其是在水消耗方面。合理的使用超聲波流量計對水系統進(jìn)行監測。能及時(shí)發(fā)現漏點(diǎn),避免水資源浪費和損失。