插人式超聲波流量計在供水大口徑管道中的應用

江蘇金鼎自動化儀表有限公司 ：姚佳明  

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測量超聲波在流體中順流和逆流傳播的時間差測量流量。流量和傳播時間差具有以下關系，

      Q=K△t/T2

      Q ——流量
      K ——標定常數
      △t — 時間差
      T ——平均傳送時間

      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、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經電子線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行顯示和積算。實現流量的檢測和顯示。

      1.3 插入式超聲波流量計的特點

      測量管內無活動部件和阻流元件，無附加壓力損失；測量過程與液體的溫度、密度、壓力及導電無關；可采用不停水深入管壁內安裝方式不接觸流量測量儀表，測量過程傳感器元件不接觸被測流體，不阻流，無腐蝕，壽命長。不受雜散點信號干擾；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，主要技術特點是不使用耦合劑，被測管道內壁垢對測量無影響，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）的壓電陶瓷通過該報護罩向被測液體發射和接收聲波信號，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

      在黃山水廠進水總管（800mm）、雙河水廠進廠水總管（700mm）、井樓大口徑出水管（426mm），水質較好，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（透過法），探頭安裝選用Z法，超聲波在管道中直接傳輸，沒有折射，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聲路的長度，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傳播路徑，信號損失zui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被測液體。

      （2）傳感器探頭軸線處于水平位置，插入式傳感器安裝時應盡可能在管道側面的正側線上，以避開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自下而上的管段，以防止測量點出現非滿管流情況。

      （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。

      （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。選擇無結垢、無銹蝕管段作為測量點，是儀表測量精度的保證。

      （7）被測流體為紊流狀態。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zui低流速，以保證儀表性能的正常發揮。

      5 結論

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

      （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）性價比高。該種流量計的價格基本上不隨被測管徑增大而增加，管徑越大其性價比越高。

      （4）安裝維護方便。僅需在管道上開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zui大口徑在1～3m，更大口徑計量尚無儀表可選。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*選擇。