超聲波流量計(jì)在供水企業(yè)計(jì)量中的應(yīng)用

李毓斌

摘 要：超聲波流量計(jì)以其計(jì)量方便、經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，在給排水、石油、化工、冶金、以及電力等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)超聲波流量計(jì)在供水企業(yè)計(jì)量中的應(yīng)用展開(kāi)了研究，闡述了時(shí)差式超聲波流量計(jì)的原理，并對(duì)其在供水企業(yè)應(yīng)用中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：超聲波流量計(jì)；供水企業(yè)；水資源；流速

中圖分類號(hào)：TH814 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.139

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的水資源日趨緊張，供水企業(yè)如何確保用水計(jì)量工作的準(zhǔn)確性和水資源的有效利用越來(lái)越受人們的重視。超聲波流量計(jì)采用先進(jìn)的多脈沖技術(shù)、信號(hào)數(shù)字化處理技術(shù)和糾錯(cuò)技術(shù)，使流量計(jì)計(jì)量更加精確、經(jīng)濟(jì)和方便，其監(jiān)督測(cè)量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確、可靠，為供水企業(yè)生產(chǎn)、計(jì)量的準(zhǔn)確性提供了保證?；诖耍P者進(jìn)行了相關(guān)介紹。

1 時(shí)差式超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理

時(shí)差式超聲波流量計(jì)采用了先進(jìn)的數(shù)字處理技術(shù)和聲波時(shí)差探測(cè)法，用于測(cè)量流體流速對(duì)雙向聲波信號(hào)的影響，其傳感器探頭（T1和T2）以一定的間距安裝在管壁外側(cè)，交替發(fā)射和接收超聲波。當(dāng)超聲波在靜止的流體中傳播時(shí)，從T1到T2的聲波信號(hào)傳送時(shí)間與從T2到T1的傳送時(shí)間相同。當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，上游傳感器T1向下游傳感器T2發(fā)射一個(gè)信號(hào)，同時(shí)，下游也向上游發(fā)射信號(hào)。由于流體流速對(duì)超聲波信號(hào)的作用，加快從上游到下游方向的信號(hào)傳播速度，同時(shí)，減慢從下游到上游方向的信號(hào)傳播速度，兩個(gè)信號(hào)之間便產(chǎn)生了時(shí)間差，由此可求得流體流速，再與圓管的流通截面積相乘計(jì)算出流量。流體流速的基本計(jì)算公式如下：

式（1）中：Vf為流速；K為標(biāo)定系數(shù)；dt為上下游傳感器測(cè)量時(shí)間差；TL為測(cè)量出的聲波平均穿過(guò)流體時(shí)間。

測(cè)量原理如圖1所示。

2 供水管道A超聲波流量計(jì)無(wú)信號(hào)的原因

影響時(shí)差式超聲波流量計(jì)計(jì)量的因素很多，比如傳感器探頭的安裝方式、上下游直管段的長(zhǎng)度、工藝管道參數(shù)等。為了確定供水管道A時(shí)差式超聲波流量計(jì)出現(xiàn)信號(hào)中斷的原因，分別從以下2方面進(jìn)行了檢測(cè)分析。

2.1 換能器探頭安裝方式的檢測(cè)

目前，傳感器探頭的安裝方式主要有V法和Z法兩種，如圖2和圖3所示。其中，V法安裝的超聲波信號(hào)行程會(huì)增加1倍，適用于小管徑、管道條件好的流量測(cè)量；Z法安裝超聲波信號(hào)衰弱較小，適用于大管徑，一般而言，D>300 mm的管道易采用Z法安裝。

根據(jù)傳感器探頭的安裝方式，某供水管管徑為DN600，因此，傳感器探頭采用Z法，安裝完成出現(xiàn)了信號(hào)中斷的現(xiàn)象；采用V法安裝方式進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論采用哪一種安裝方式，均會(huì)出現(xiàn)信號(hào)中斷的現(xiàn)象。所以，排除了安裝方式原的因。

2.2 上下游直管段長(zhǎng)度檢測(cè)

對(duì)超聲波流量計(jì)安裝在直管段上下游的長(zhǎng)度有明確的要求：上游直管長(zhǎng)度在10D以上，下游在5D以上，同時(shí)，盡量遠(yuǎn)離泵和閥門(mén)，避免有擾動(dòng)因素產(chǎn)生。根據(jù)時(shí)差式超聲波流量計(jì)計(jì)算管道內(nèi)流體流速的公式，標(biāo)定系數(shù)K是雷諾數(shù)的函數(shù)，當(dāng)直管道不滿足長(zhǎng)度要求要求時(shí)，流體從穩(wěn)定層流過(guò)渡成紊流狀態(tài)，流速分布不均勻，標(biāo)定系數(shù)K將產(chǎn)生較大的變化，引起測(cè)量準(zhǔn)確度下降。如果在靠近三通、閥門(mén)的區(qū)域（即不滿足直管段長(zhǎng)度）安裝傳感器探頭，流體易從層流轉(zhuǎn)成紊流、渦流狀態(tài)，紊流、渦流的產(chǎn)生使流體中有一定的氣體存在。由于氣體會(huì)受到一定的聲阻抗，使聲束分散，尤其是當(dāng)含氣量大時(shí)，將大大減小超聲波信號(hào)的強(qiáng)度，造成信號(hào)中斷。

根據(jù)上述分析及現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)，該供水管道A時(shí)差式超聲波流量計(jì)安裝位置、下游長(zhǎng)度不滿足要求，在探頭安裝位置下游附近管道管徑由DN600變?yōu)镈N800，且接有1根DN200的支管。因此，在供水高峰期時(shí)，此段因受到三通、閥門(mén)的影響，水流易產(chǎn)生紊流、渦流，進(jìn)而產(chǎn)生氣泡，大大減小了聲波信號(hào)的強(qiáng)度，導(dǎo)致時(shí)差式超聲波流量計(jì)出現(xiàn)信號(hào)中斷的現(xiàn)象。將傳感器探頭向一側(cè)移動(dòng)7 m后，其位置滿足了上下游直管段長(zhǎng)度的要求，利用便攜式超聲波流量計(jì)在此位置進(jìn)行水流計(jì)量檢驗(yàn)，其結(jié)果信號(hào)良好。由此可見(jiàn)，之前傳感器探頭安裝直管段長(zhǎng)度不滿足要求造成了信號(hào)中斷。

通過(guò)上述分析得出，供水管道A超聲波流量計(jì)在供水期間出現(xiàn)信號(hào)中斷是因傳感器探頭安裝位置不滿足直管段長(zhǎng)度要求而造成的。

3 超聲波流量計(jì)的改造

根據(jù)上述故障分析，結(jié)合超聲波流量計(jì)拆除、安裝方便的特點(diǎn)，此次改造不需要改動(dòng)管路，僅改變傳感器探頭安裝位置即可。

根據(jù)傳感器探頭安裝位置直管段長(zhǎng)度的要求，該供水管道A計(jì)量井向一側(cè)移出7 m，沿用原超聲波流量計(jì)，重新安裝，安裝方式采用Z法。計(jì)量井設(shè)計(jì)要求防水，設(shè)置了日常巡檢站臺(tái)，底部設(shè)計(jì)了水槽，且有爬梯至底部。

由于供水管道A埋設(shè)在地下，其外管壁涂有防銹漆，會(huì)出現(xiàn)較小的腐蝕坑。在安裝前，先對(duì)管道表面進(jìn)行清污處理。具體處理措施如下：①探頭平行安裝于地面，即水平安裝，分別位于管道水平兩側(cè)；②去除管道表面的防護(hù)層，清除管道表面的鐵銹、污垢等；③打磨安裝位置，打磨面積為探頭面積的3倍；④將耦合劑涂滿探頭的整個(gè)發(fā)射表面，不能有氣泡存在；⑤在打磨管道表面涂上硅脂；⑥將探頭牢牢地貼緊在管壁上，用鋼帶固定探頭（探頭發(fā)射方向相對(duì)）。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在供水企業(yè)中，時(shí)差式超聲波流量計(jì)具有卓越的性能和廣泛的適用性，且計(jì)量結(jié)果精確、可靠。但在供水企業(yè)超聲波流量計(jì)的應(yīng)用中，對(duì)超聲波流量計(jì)的安裝要求十分嚴(yán)格。因此，在超聲波流量計(jì)的安裝過(guò)程中，相關(guān)安裝人員要嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)操作，還要加強(qiáng)其維護(hù)和管理工作，從而確保計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，促進(jìn)供水企業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2]趙育.超聲波流量計(jì)在水庫(kù)供水中的應(yīng)用與維護(hù)[J].吉林水利，2016（01）.

〔編輯：張思楠〕