時差式外夾式超聲波流量計在汙水流量測量中的案例分析
2020-11-22 電子產品世界隨著國內關於超聲波測量技術的飛速發展，潤中儀表科技有限公司生產的RZ-1158C外夾式超聲波流量計以其準確度高、穩定性好、量程範圍廣、適合各種口徑和材質的管道、不用破管、無壓力損失等特點具備了作為標準表的可能。因此，我們此型號的超聲波流量計作為標準表送到國家水大流量計量站進行量值溯源，經檢定合格後，可以作為1.0級標準表對下一級大口徑水流量計進行量值傳遞。為大口徑的汙水流量測量提供了方便是。RZ-1158C外夾式超聲波流量計具有方便安裝、維護、檢定以及使用壽命長等優點，其所具備的測量特點是電磁流量計無法比擬的，目前地面水廠大多採用電磁流量計計量，每個周期的檢定拆卸給生產管理帶來很大的難度，如果普遍都採用超聲波流量計將會極大地提高生產效率，所帶來的經濟價值是不可估量的。
潤中儀表科技生產和銷售的RZ-1158C外夾式超聲波流量計是屬於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中的應用情況作簡單分析：
一、時差式超聲波流量計用於地面水廠汙水計量的可行性分析
1.汙水水質:雜質含量小於10g/L，粒徑小於1mm的均勻流體。滿足時差式超聲波流量計的計量要求，準確度≤1%。
2.直管段:上遊10D、下遊5D(D:流量計的公稱口徑)。
3.管道材料:鋼、不鏽鋼、鑄鐵、水泥管、銅、PVC、鋁、玻璃鋼、硬質金屬塑料等。
4.介質溫度:介質溫度≤110℃。
5.流速範圍:(-30～30)m/s。
通過以上幾個方面的分析，地面水廠的汙水計量可以採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壁或管道的外壁有兩個雙向對發的振子和接收器。兩個振子分別沿逆流和順流方向發射超聲波信號，通過檢測雙向傳輸時間差而求得流體流速，進而求出流量。當超聲波束在液體中傳播時，液體的流動將使傳播時間產生微小變化，其傳播時間的變化正比於液體的流速，其關係符合下面的表達式:
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；D——管道內徑；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)高準確度:時差式超聲波流量計具有40ps(40×10-12s)的時間解析度。
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，那麼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為(1/3000s)/(40×10-12s)=1/12×108次。
(2)高可靠性:超聲波流量計具有結構簡單，無任何運動部件、無磨損、無阻塞、無壓損；實現大範圍的動態測量；解決了流量儀表的量程比問題；壽命長，具有長達20年時間的穩定性。
(3)方便安裝、維護、檢定:外貼式探頭超聲波流量計設計使其安裝、拆卸、檢定等對生產工藝無任何影響。
(4)報警、記憶、通訊功能:超聲波流量計可人為任意設定流量段，實現報警功能；流量記憶時間長達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、試驗技術指標
1.超聲波流量計的測量準確度為1%、重複性誤差≤0.2%。試驗時以MS900型電磁流量計為基準、誤差1%，重複性為0.2%，兩種儀表對比示值偏差在±3%範圍內。
2.採用外貼式探頭超聲波流量計對下遊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口、電磁流量計前端，保證超聲波流量計管段前10D、後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.探頭採用Z法安裝。在安裝探頭前，選擇管材緻密部分進行探頭安裝，需把管外欲安裝區域的油漆、鏽跡清理乾淨，然後在探頭的中心部分和管壁塗上足夠的耦合劑，保證探頭與管壁之間無氣泡及沙礫。然後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距離邊緣為準，在輸入了所需的參數後，查看流量計顯示窗口所顯示的數字。使探頭的間距符合顯示窗口的數據。
4.把測量點處的管道參數輸入到流量計中。
5.流量計投運24小時後進行數據採集，每8小時一次，包括瞬時流量與累計流量，同時採集電磁流量計數據對比。
五、試驗效果分析
從表1中可以看出，在錄取的20組數據中，只有1組數據「兩表對比示值偏差」是+1.05%，其他19組數據對比示值偏差均在1%以內，而且兩表示值偏差均為正值，符合不大於1%的誤差要求。
六、結論
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是可信的。
2.兩流量計相對比的示值誤差都小於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、檢定不受工藝限制。
4.外夾式超聲波流量計適合地面水廠汙水計量要求。
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