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浅析超声波流量计使用与前景展望
发布日期:2018/9/11 9:26:18
 
超声波流量计检测技术是近年来迅速发展起来的新技术,它利用超声波在流体中传播所载的流体流速信息来测量流体流量。与传统的涡街、电磁等流量计相比,超声波流量计具有非接触、无压损、精度高、造价低、结构简单、测量范围宽等特点。尤其是超声波流量计体积小、造价与口径无关,它解决了工业测量中大口径测量设备制造、运输困难和造价高的突出问题,使它特别适合临时管道、大口径管道的流量测量,在工业供水系统中得到了广泛应用。
超声波水表优势对比
从流量计诞生到现在为止,根据力学、热学、声学、电学、光学、原子物理学等不同原理研制出的不同用途的流量计种类繁多。下面介绍几种目前市面上常见的水表。
机械式水表是利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分,根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量的体积总量。其主要优点是成本低且简单易于实现,价格便宜。
电磁式水表是利用导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动时会产生感应电势,感应电动势的大小与被测介质的平均流速成正比,由此根据测得的感应电动势的大小计算出被测介质的平均流速,从而可计算出流量值。其主要优点是被测管道内无运动和阻流部件,压力损失小; 由于感应电动势只与被测介质流动的平均速度有关,而与其流动状态无关,因而电磁式水表的测量精度高,无机械惯性,反应速度快,动态特性好。
射流水表是利用附壁效应研制成的。当封闭管道中的流体进入射流计量腔时,由于存在射流附壁效应和射流反馈控制作用,使流体在计量腔中发生振荡,该振荡频率在一定流量范围内与流体流经管道的流速或体积流量成正比,从而计算出流体的平均速度进而计算出流量值。射流水表测量灵敏度高,可以消除被测液体中气泡或微小泥沙对测量结果的影响; 其主要用于低雷诺数流体的流量测量,测量范围宽,在低流量检测时具有优势。
超声波水表利用超声波在流动的液体中传播时载有流体流量信息的原理,通过检测穿过流体的超声波信号就可以得到所测流体的流速信息,***后再根据相应原理换算成流量。超声波水表被测管道内无任何运动、阻流部件,无磨损,压力损失小; 灵敏度高,可检测到流速的微小变化; 对被测介质几乎无要求; 具有极宽的量程比,且超声波水表结构简单、便于维护,非常适合民用和工业测量。
超声波流量计的选型
为确保流量计正常投运,仪表选型至关重要。超声波流量计根据换能器的安装方法不同可分为外夹式超声波流量计、插入式超声波流量计和标准管段式超声波流量计。超声波流量计的选型主要是根据计量要求选择适合的流量计。
外夹式超声波流量计,优点:①外夹式超声波流量计的换能器安装在管道外面,不与被测流体直接接触,不存在换能器腐蚀、粘结等问题;②测量时,在管道内部无任何测量部件,没有压力损失,不改变流体的流动状态;③安装简单方便,管道不用切断,不用开孔,安装时不用停流;④可以便携使用,便于对有怀疑的其他流量计进行比对。不足:①对管道条件要求较高,应确定管道材质、管道外径、壁厚、衬里材质和厚度等;②测量精度相对低一些。
插入式超声波流量计,优点:①安装时不用停流,使用专用安装工具在管道上开孔,换能器直接穿插在孔内;②与外夹式超声波流量计相比,测量精度较高,不受管道锈蚀、结垢等的影响。不足:换能器直接与被测流体接触,易被腐蚀、结晶造成仪表测量不准确。
标准管段式超声波流量计,把换能器固定安装在按照设计加工好的管段上,并且换能器直接与被测流体接触。这种流量计能够准确控制加工精度,同时可以***测量管段的几何尺寸,而且两个换能器之间只有单一被测介质,所以测量准确度较高,但是,不足是安装麻烦,需要断流,割开管道安装,而且对于大口径管道定做价格较高,因此除非特殊要求一般不建议选用此种超声波流量计。
综上,超声波流量计在选型时必须综合考虑准确度、安装条件、现场环境等,选择适合的流量计。
超声波流量计的安装
测量点的选取:①测量点应尽量选择距离上游10倍直径、下游5倍直径以内均匀直管段,以确保流体所需的流速分布;②流量计尽可能水平或垂直安装,管内必须充满流体,当换能器安装在倾斜管道上时,不要装在上部和底部,以免管道内的气体或杂质进入测量声道,应尽可能使换能器处于和水平面成45度角的范围内;③对于外夹式超声波流量计,测量点管道内壁不能有过厚结垢层,尽量选择无结垢的管段且应具有良好的导声性能。
换能器安装方式
①V法安装
适用于管径较小时,采用V法安装扩大了声程长度,增加了顺逆向声波传播时间;
②Z法安装
Z法安装方式一般适用于DN200以上管道,使用Z法安装时超声波在管道中直接传输,没有折射,信号衰耗小。
超声波流量计的应用
近年来,由于电子技术的进步,超声波流量计发展很快,且日益完善,越来越显示出其优越性。各种超声波流量计已广泛应用于工业生产、商业计量和水利检测等方面,例如,在市政行业的原水、自来水、中水、污水的计量中,超声波流量计具有大量程比,无压损的特点,在保证测量准确度的同时提高了官网的输水效率;在工业冷却循环水的计量中,超声波流量计实现了在线带压安装和在线标定。
前景展望
目前,供水企业大部分采用机械水表计量、现场定期人工抄表和巡检的管理模式。然而这种模式存在着计量和管理上的弊端,机械水表的高始动流量、高压损以及不可避免的自然磨损等因素导致计量失准; 人工定期抄表和巡检不能及时发现和解决水表故障问题等。所以现在很多城市水司都在积极构建自己的能够自动读表、实时监控管理、正确计量、计算售水量的水资源信息管理系统。超声波水表配合GPRS /GSM 无线通信技术及相关软件让水资信息管理系统的构建能更轻松的实现。现在自来水司工作人员只需坐在办公室的电脑前,通过供水管网地理信息系统( GIS) 平台就可以查看区域内用户用水信息和管网的运行状态信息。
无论是GIS、SCADA 系统还是供水科学调度系统,能让这些系统稳定可靠运行的前提都是大量数据的支撑,而这些重要的数据是靠智能水表来获得的,而超声波水表在智能水表中的优越性是显著的。