時(shí)差式外夾式超聲波流量計(jì)在污水流量測(cè)量中的案例分析

隨著國(guó)內(nèi)關(guān)于超聲波測(cè)量技術(shù)的飛速發(fā)展，潤(rùn)中儀表科技有限公司生產(chǎn)的RZ-1158C外夾式超聲波流量計(jì)以其準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、量程范圍廣、適合各種口徑和材質(zhì)的管道、不用破管、無(wú)壓力損失等特點(diǎn)具備了作為標(biāo)準(zhǔn)表的可能。因此，我們此型號(hào)的超聲波流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)表送到國(guó)家水大流量計(jì)量站進(jìn)行量值溯源，經(jīng)檢定合格后，可以作為1.0級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表對(duì)下一級(jí)大口徑水流量計(jì)進(jìn)行量值傳遞。為大口徑的污水流量測(cè)量提供了方便是。RZ-1158C外夾式超聲波流量計(jì)具有方便安裝、維護(hù)、檢定以及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其所具備的測(cè)量特點(diǎn)是電磁流量計(jì)無(wú)法比擬的，目前地面水廠大多采用電磁流量計(jì)計(jì)量，每個(gè)周期的檢定拆卸給生產(chǎn)管理帶來很大的難度，如果普遍都采用超聲波流量計(jì)將會(huì)極大地提高生產(chǎn)效率，所帶來的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是不可估量的。

潤(rùn)中儀表科技生產(chǎn)和銷售的RZ-1158C外夾式超聲波流量計(jì)是屬于時(shí)差式超聲波流量計(jì)，本文就此型號(hào)的超聲波流量計(jì)在生產(chǎn)中的應(yīng)用情況作簡(jiǎn)單分析：

一、時(shí)差式超聲波流量計(jì)用于地面水廠污水計(jì)量的可行性分析

1.污水水質(zhì):雜質(zhì)含量小于10g/L，粒徑小于1mm的均勻流體。滿足時(shí)差式超聲波流量計(jì)的計(jì)量要求，準(zhǔn)確度≤1%。

2.直管段:上游10D、下游5D(D:流量計(jì)的公稱口徑)。

3.管道材料:鋼、不銹鋼、鑄鐵、水泥管、銅、PVC、鋁、玻璃鋼、硬質(zhì)金屬塑料等。

4.介質(zhì)溫度:介質(zhì)溫度≤110℃。

5.流速范圍:(-30～30)m/s。

通過以上幾個(gè)方面的分析，地面水廠的污水計(jì)量可以采用時(shí)差式超聲波流量計(jì)。

二、時(shí)差式超聲波流量計(jì)的工作原理及特點(diǎn)

1.原理:時(shí)差式超聲波流量計(jì)在儀表的內(nèi)壁或管道的外壁有兩個(gè)雙向?qū)Πl(fā)的振子和接收器。兩個(gè)振子分別沿逆流和順流方向發(fā)射超聲波信號(hào)，通過檢測(cè)雙向傳輸時(shí)間差而求得流體流速，進(jìn)而求出流量。當(dāng)超聲波束在液體中傳播時(shí)，液體的流動(dòng)將使傳播時(shí)間產(chǎn)生微小變化，其傳播時(shí)間的變化正比于液體的流速，其關(guān)系符合下面的表達(dá)式:

其中:θ——聲束與液體流動(dòng)方向的夾角；M——聲束在液體的直線傳播次數(shù)；D——管道內(nèi)徑；Tup——聲束在正方向上的傳播時(shí)間；Tdown——聲束在逆方向上的傳播時(shí)間。

ΔT=Tup-Tdown

圖1時(shí)差式超聲波流量計(jì)的工作原理圖

2.外夾式超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)

(1)高準(zhǔn)確度:時(shí)差式超聲波流量計(jì)具有40ps(40×10-12s)的時(shí)間分辨率。

舉例說明:超聲波兩個(gè)探頭距離為0.5m，超聲波在50℃水中的傳播速度為1500m/s，那么兩個(gè)探頭之間的傳播時(shí)間為(0.5m)/(1500m/s)=1/3000s。兩個(gè)探頭間的時(shí)間分辨數(shù)為(1/3000s)/(40×10-12s)=1/12×108次。

(2)高可靠性:超聲波流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)任何運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)磨損、無(wú)阻塞、無(wú)壓損；實(shí)現(xiàn)大范圍的動(dòng)態(tài)測(cè)量；解決了流量?jī)x表的量程比問題；壽命長(zhǎng)，具有長(zhǎng)達(dá)20年時(shí)間的穩(wěn)定性。

(3)方便安裝、維護(hù)、檢定:外貼式探頭超聲波流量計(jì)設(shè)計(jì)使其安裝、拆卸、檢定等對(duì)生產(chǎn)工藝無(wú)任何影響。

(4)報(bào)警、記憶、通訊功能:超聲波流量計(jì)可人為任意設(shè)定流量段，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能；流量記憶時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5年；超聲波流量計(jì)具有有線通訊功能和無(wú)線GSM通訊功能。

三、試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)

1.超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度為1%、重復(fù)性誤差≤0.2%。試驗(yàn)時(shí)以MS900型電磁流量計(jì)為基準(zhǔn)、誤差1%，重復(fù)性為0.2%，兩種儀表對(duì)比示值偏差在±3%范圍內(nèi)。

2.采用外貼式探頭超聲波流量計(jì)對(duì)下游電磁流量計(jì)無(wú)任何影響。

四、超聲波流量計(jì)試驗(yàn)安裝

1.將外夾式超聲波流量計(jì)安裝在注水泵進(jìn)口、電磁流量計(jì)前端，保證超聲波流量計(jì)管段前10D、后5D(D:流量計(jì)的公稱口徑)，保證安裝位置為充滿流體的管段。

2.探頭采用Z法安裝。在安裝探頭前，選擇管材致密部分進(jìn)行探頭安裝，需把管外欲安裝區(qū)域的油漆、銹跡清理干凈，然后在探頭的中心部分和管壁涂上足夠的耦合劑，保證探頭與管壁之間無(wú)氣泡及沙礫。然后把探頭緊貼在管壁上捆綁好。

3.探頭的安裝距離以兩探頭最內(nèi)距離邊緣為準(zhǔn)，在輸入了所需的參數(shù)后，查看流量計(jì)顯示窗口所顯示的數(shù)字。使探頭的間距符合顯示窗口的數(shù)據(jù)。

4.把測(cè)量點(diǎn)處的管道參數(shù)輸入到流量計(jì)中。

5.流量計(jì)投運(yùn)24小時(shí)后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每8小時(shí)一次，包括瞬時(shí)流量與累計(jì)流量，同時(shí)采集電磁流量計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比。

五、試驗(yàn)效果分析

從表1中可以看出，在錄取的20組數(shù)據(jù)中，只有1組數(shù)據(jù)“兩表對(duì)比示值偏差”是+1.05%，其他19組數(shù)據(jù)對(duì)比示值偏差均在1%以內(nèi)，而且兩表示值偏差均為正值，符合不大于1%的誤差要求。

六、結(jié)論

1.試驗(yàn)前對(duì)比的電磁流量計(jì)2003年8月在計(jì)量檢定站檢定合格，因此以電磁流量計(jì)為基準(zhǔn)是可信的。

2.兩流量計(jì)相對(duì)比的示值誤差都小于2%，且均為正值，說明超聲波流量計(jì)的線性度是很好的。

3.安裝、維護(hù)、檢定不受工藝限制。

4.外夾式超聲波流量計(jì)適合地面水廠污水計(jì)量要求。