時差式外夾式超聲波流量計在污水流量測量中的案例分析

潤中儀表科技生產(chǎn)和銷售的RZ-1158C外夾式超聲波流量計是屬于時差式超聲波流量計，本文就此型號的超聲波流量計在生產(chǎn)中的應(yīng)用情況作簡單分析：

一、時差式超聲波流量計用于地面水廠污水計量的可行性分析

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。滿足時差式超聲波流量計的計量要求，準(zhǔn)確度≤1%。

2.直管段:上游10D、下游5D(D:流量計的公稱口徑)。

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。

通過以上幾個方面的分析，地面水廠的污水計量可以采用時差式超聲波流量計。

二、時差式超聲波流量計的工作原理及特點

1.原理:時差式超聲波流量計在儀表的內(nèi)壁或管道的外壁有兩個雙向?qū)Πl(fā)的振子和接收器。兩個振子分別沿逆流和順流方向發(fā)射超聲波信號，通過檢測雙向傳輸時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，液體的流動將使傳播時間產(chǎn)生微小變化，其傳播時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間；Tdown——聲束在逆方向上的傳播時間。

ΔT=Tup-Tdown

圖1時差式超聲波流量計的工作原理圖

2.外夾式超聲波流量計的特點

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

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

(2)高可靠性:超聲波流量計具有結(jié)構(gòu)簡單，無任何運(yùn)動部件、無磨損、無阻塞、無壓損；實現(xiàn)大范圍的動態(tài)測量；解決了流量儀表的量程比問題；壽命長，具有長達(dá)20年時間的穩(wěn)定性。

(3)方便安裝、維護(hù)、檢定:外貼式探頭超聲波流量計設(shè)計使其安裝、拆卸、檢定等對生產(chǎn)工藝無任何影響。

(4)報警、記憶、通訊功能:超聲波流量計可人為任意設(shè)定流量段，實現(xiàn)報警功能；流量記憶時間長達(dá)5年；超聲波流量計具有有線通訊功能和無線GSM通訊功能。

三、試驗技術(shù)指標(biāo)

1.超聲波流量計的測量準(zhǔn)確度為1%、重復(fù)性誤差≤0.2%。試驗時以MS900型電磁流量計為基準(zhǔn)、誤差1%，重復(fù)性為0.2%，兩種儀表對比示值偏差在±3%范圍內(nèi)。

2.采用外貼式探頭超聲波流量計對下游電磁流量計無任何影響。

四、超聲波流量計試驗安裝

1.將外夾式超聲波流量計安裝在注水泵進(jìn)口、電磁流量計前端，保證超聲波流量計管段前10D、后5D(D:流量計的公稱口徑)，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.把測量點處的管道參數(shù)輸入到流量計中。

5.流量計投運(yùn)24小時后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每8小時一次，包括瞬時流量與累計流量，同時采集電磁流量計數(shù)據(jù)對比。

五、試驗效果分析

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)“兩表對比示值偏差”是+1.05%，其他19組數(shù)據(jù)對比示值偏差均在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.試驗前對比的電磁流量計2003年8月在計量檢定站檢定合格，因此以電磁流量計為基準(zhǔn)是可信的。

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

3.安裝、維護(hù)、檢定不受工藝限制。

4.外夾式超聲波流量計適合地面水廠污水計量要求。