發(fā)布時(shí)間：2022-07-25 09:56:58
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的超聲波流量計(jì)樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
【關(guān)鍵詞】超聲波流量計(jì);MOS場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器;高速模擬切換開關(guān)
超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。超聲波用于測量流體的流速有許多優(yōu)點(diǎn)。和傳統(tǒng)的機(jī)械式流量儀表、電磁式流量儀表相比它的計(jì)量精度高、對(duì)管徑的適應(yīng)性強(qiáng)、非接觸流體、使用方便、易于數(shù)字化管理等等。超聲波流量計(jì)的測量方法有時(shí)差法、多普勒效應(yīng)法、波束偏移法等、其中時(shí)差法的電路最為簡單、使用也最為廣泛。
1.時(shí)差法超聲波流量計(jì)的原理
時(shí)差法超聲波流量計(jì)其工作原理如圖1所示。它是利用一對(duì)超聲波換能器相向交替收發(fā)超聲波、通過觀測超聲波在介質(zhì)中的順流和逆流傳播時(shí)間差來間接測量流體的流速，其關(guān)系符合下面表達(dá)式：
（1）
其中：θ為聲束與液體流動(dòng)方向的夾角，M為聲束在液體的直線傳播次數(shù)，D為管道內(nèi)徑，Tup為聲束在正方向上的傳播時(shí)間，Tdown為聲束在逆方向上的傳播時(shí)間，ΔT=Tup-Tdown。
圖1 超聲波流量計(jì)測量原理
由此可見， 流體的流速與超聲波順流和逆流傳播的時(shí)間差成正比。流量Q可以表示為：
（2）
2.超聲波脈沖信號(hào)激勵(lì)電路
超聲波信號(hào)發(fā)射的驅(qū)動(dòng)方式一般有高壓單脈沖信號(hào)和低壓多脈沖信號(hào)兩種。高壓單脈沖信號(hào)用升壓變壓器升壓到小于600Vpp的單脈沖信號(hào)，主要用于氣體流速的測量。低壓多脈沖信號(hào)，用驅(qū)動(dòng)電路將電壓轉(zhuǎn)換為20～30Vpp的5～10個(gè)脈沖信號(hào)，主要用于液體流速的測量。
一個(gè)典型的雙聲道超聲波流量計(jì)信號(hào)處理電路框圖如圖2所示。超聲波換能器載波頻率一般為500kHz，1MHz或2MHz。經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路處理，將微控制器發(fā)出的3.3V或5V脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為15V的脈沖信號(hào)，并經(jīng)BTL電路驅(qū)動(dòng)，形成峰峰值30V的脈沖信號(hào)加到超聲波換能器兩端。經(jīng)過介質(zhì)傳播后，另一個(gè)超聲波換能器接收到衰減后的超聲波回饋信號(hào)，讓后級(jí)電路進(jìn)行后續(xù)處理。這里由于采用的是一體型超聲波換能器，所以兩個(gè)傳感器在某一時(shí)刻，一個(gè)是發(fā)射傳感器，一個(gè)是接收傳感器，另一時(shí)刻兩個(gè)傳感器的作用又進(jìn)行調(diào)換。所以，需要一個(gè)高速低阻的四路模擬開關(guān)進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
2.1 信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路
為了實(shí)現(xiàn)微控制器的脈沖信號(hào)電平到15V電平輸出的轉(zhuǎn)換，采用TC4427芯片， 這是一款雙低邊MOS場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器，最大峰值輸出電流為1.5A。該芯片可以將TTL或者CMOS電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為電源電壓信號(hào)電平，電源電壓可在4.5V到18V之間，輸出延時(shí)小于40ns。
圖2 信號(hào)處理框圖
圖3 信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路圖
如圖3所示：引腳1和2、3和4交替出現(xiàn)等幅等頻脈沖信號(hào)高低電平， 輸出形成一個(gè)BTL驅(qū)動(dòng)電路， 頻率為輸入引腳的一半，幅度為30V的峰峰值脈沖信號(hào)。因?yàn)槌暡〒Q能器是一個(gè)容性負(fù)載，為了提高波形質(zhì)量減小上升沿和下降沿的尖峰脈沖，加入了四個(gè)IN4148二極管和四個(gè)180Ω的分流電阻進(jìn)行匹配。
2.2 信號(hào)切換和采集電路
本設(shè)計(jì)通過采用美信半導(dǎo)體的DG403芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)切換和采集，這是一款四路高速模擬切換開關(guān)，開關(guān)切換時(shí)導(dǎo)通時(shí)間只需100～150ns，關(guān)斷時(shí)間只需60～100ns，導(dǎo)通電阻最大38Ω。
如圖4所示，U13為DG403芯片，在上游超聲波換能器發(fā)射脈沖波形的時(shí)候，通過OEC的通道選擇，關(guān)斷上游超聲波換能器，導(dǎo)通下游超聲波換能器到輸出端D，通過并聯(lián)一個(gè)電容進(jìn)行阻抗匹配之后，經(jīng)電容去波形直流電壓成分送中U12頻放大器MC1350進(jìn)行初級(jí)放大。微控制器可測出從上游傳感器發(fā)送脈沖到接收到放大后的脈沖的時(shí)間間隔Tup即為順流傳播時(shí)間。于此類似，下游超聲波換能器發(fā)送脈沖，上游超聲波換能器經(jīng)OEC選擇信號(hào)后經(jīng)過匹配電容進(jìn)行放大處理，可測得逆流傳輸時(shí)間Tdown。時(shí)間差T=Tup-Tdown。微控器根據(jù)公式即可計(jì)算得出介質(zhì)的流速，并可轉(zhuǎn)換為流量。
3.具體電路調(diào)試
為電路調(diào)試方便，首選固定OEC，也就是先只測某個(gè)方向的傳輸時(shí)間，當(dāng)測試穩(wěn)定后再測反方向的傳輸時(shí)間。兩個(gè)都能測出來的時(shí)候，就可以加入定時(shí)切換兩者的發(fā)射或接收狀態(tài)。
首先，發(fā)射10個(gè)周期的脈沖，然后測試超聲波換能器兩端的電壓信號(hào)。如果出現(xiàn)雜波較大，則需調(diào)整匹配電容的參數(shù)，直到觀測到波形較好的30Vpp的10個(gè)方波脈沖信號(hào)。然后經(jīng)過初級(jí)IF 放大芯片MC1350后觀測接收波形，通過示波器看一般幅度較低，略有頻偏。在發(fā)射脈沖信號(hào)一定時(shí)間后出現(xiàn)若干組回饋信號(hào)， 其中只有一組是正確的信號(hào)， 其他均為無用的干擾信號(hào)或反復(fù)折射后的信號(hào)。反向測試與上述過程類似。
4.結(jié)語
該電路已經(jīng)通過仿真及電路實(shí)驗(yàn)，并已經(jīng)應(yīng)用于液體超聲波流量計(jì)上， 測量實(shí)驗(yàn)室用自PVC管，可測得較為穩(wěn)定的流量數(shù)據(jù)。該超聲波電路根據(jù)選用不同的超聲波換能器， 理論上可測管徑為10～100cm。
參考文獻(xiàn)
[1]李廣峰，劉，高勇.時(shí)差法超聲波流量計(jì)的研究[J].電測與儀表，2000（09）.
[2]楊景常，劉冬梅.高速切換開關(guān)技術(shù)在高速數(shù)據(jù)采集電路中的應(yīng)用[J].電測與儀表，2002（06）.
[3]劉麗.基于時(shí)差法的超聲波流量測試系統(tǒng)研究[D].浙江理工大學(xué)，2010.
大牛地氣田經(jīng)過幾年的發(fā)展，已達(dá)到20億方天然氣產(chǎn)能建設(shè)能力，成為了中石化重要的天然氣采輸基地。目前，大牛地氣田共有3套Daniel超聲波流量計(jì)，通徑分別是DN300、DN250和DN200。自2005年超聲波流量計(jì)運(yùn)行以來，先后出現(xiàn)了幾次故障，給正常生產(chǎn)帶來了很大影響。本文通過分析幾次故障現(xiàn)象及原因，總結(jié)出了一套丹尼爾超聲波流量計(jì)故障的診斷和排除方法。
大牛地氣田丹尼爾超聲波流量計(jì)出現(xiàn)的故障主要是瞬時(shí)流量異常和無瞬時(shí)流量。
一、瞬時(shí)流量異常
瞬時(shí)流量異?？赡苁怯捎跍刈儔鹤儭⑼ㄓ嶋娎|、浪涌保護(hù)器、流量計(jì)算機(jī)等故障引起，需要仔細(xì)檢查確認(rèn)。通過與其它流量計(jì)的溫變壓變上傳通訊線對(duì)換，判斷是流量計(jì)算機(jī)的問題或是現(xiàn)場線路、儀表的問題。以下以A、B超聲波流量計(jì)舉例說明，A正常，B異常。
1.儀表及線路故障判斷
把A和B的溫變、壓變通訊線對(duì)換后，B的顯示正常，A顯示異常，可判斷A的溫變、壓力通訊線路或儀表存在問題。溫變和壓變都支持HART通訊協(xié)議，通過以下方法判斷：斷開二次儀表的電源，用FLUK供電，并檢查二次儀表，如檢測不到或數(shù)據(jù)異常，判斷是儀表故障，更換儀表恢復(fù)正常生產(chǎn)。
如果能夠檢測到儀表值并且顯示正常，那么恢復(fù)向現(xiàn)場儀表的24V供電，逐段檢測到流量計(jì)算機(jī)的通訊電纜如在某段檢測不到信號(hào)或信號(hào)異常，可以判斷是該段電纜破損，更換該段電纜恢復(fù)正常通訊。如果在經(jīng)過浪涌保護(hù)器后信號(hào)異常，可判斷是浪涌保護(hù)器故障，更換浪涌保護(hù)器恢復(fù)數(shù)據(jù)正常傳遞。
2.流量計(jì)算機(jī)Hart板故障
把A和B的溫變、壓變通訊線對(duì)換后，A顯示正常，B顯示異常，說明B的流量計(jì)算機(jī)故障。檢查流量計(jì)算機(jī)Hart板LED指示燈狀態(tài)，正常情況下是綠色閃爍，如果顯示紅色常亮或不亮等其它狀態(tài)，說明溫變和壓變對(duì)應(yīng)的Hart板通道損壞。解決辦法有兩個(gè)，一是直接更換Hart板，不用刷新組態(tài)；二是更改刷新組態(tài)，請(qǐng)Daniel技術(shù)工程師更改組態(tài)，更改溫變和壓變對(duì)應(yīng)Hart板的通道。
一般在夏季雷雨天氣下容易出現(xiàn)流量計(jì)算機(jī)被雷擊損壞的情況，特別是Hart板，更容易損壞，需要格外留意。
3.刷新組態(tài)
需要準(zhǔn)備安裝有S600軟件的筆記本電腦和網(wǎng)線。首先把流量計(jì)算機(jī)的安全設(shè)置中選擇“enable”可用，然后更改筆記本電腦的IP地址，使流量計(jì)算機(jī)與筆記本電腦在同一個(gè)局域網(wǎng)中，流量計(jì)算機(jī)的默認(rèn)IP地址是“129.76.69.74”，用網(wǎng)線連接好后，在筆記本電腦上ping 流量計(jì)算機(jī)，如果能通訊上，表示連接已經(jīng)建好。打開S600程序的“Config Transfer”后，在“transfer”菜單下選擇“Network”，在“hostname”中輸入流量計(jì)算機(jī)的IP地址。在“send”菜單中選擇要刷新的組態(tài)，該組態(tài)需要提前放置在“Emerson Process Management\Config600\Configs”文件夾中，然后點(diǎn)擊“Send Now”就開始刷新組態(tài)。在刷新組態(tài)過程中不能被打斷，否則可能造成因組態(tài)不完整無法運(yùn)行的情況。
二、無瞬時(shí)流量
可通過檢查流量計(jì)算機(jī)S600的CPU板、流量計(jì)的超聲換能器及信號(hào)放大單元判斷。
1.CPU板故障
CPU板LED5指示燈不亮或顯示紅色。檢查方法：筆記本電腦首先安裝S600組態(tài)軟件并激活，用網(wǎng)線與S600連接，把筆記本電腦的IP地址更改，建立與S600的通訊局域網(wǎng)，下載組態(tài)備用。更換使用備用CPU板，把組態(tài)刷到備用CPU板中，冷啟動(dòng)S600，檢查指示燈狀態(tài)。
2.流量計(jì)故障
CPU板LED5指示燈不亮或顯示紅色，表示流量計(jì)與流量計(jì)算機(jī)之間的通訊異常，需要檢查流量計(jì)的超聲換能器和信號(hào)放大單元。檢查方法：筆記本電腦安裝CU1軟件，通過RS232數(shù)據(jù)線與流量計(jì)的J7端口相連，通過CU1軟件檢查在帶壓下四個(gè)聲道是否有報(bào)警，如果是表示所有超聲換能信號(hào)全部沒有上傳上來，需要拆卸下表頭，緊固信號(hào)放大器，如果信號(hào)還傳遞不上去，表示信號(hào)放大器損壞，需要更換新的。
如果檢查發(fā)現(xiàn)聲道報(bào)警、信噪比異常、聲道增益信號(hào)異常，可能是聲道換能器損壞或信號(hào)放大器損壞，可以通過交叉接線的方法判斷。超聲波流量計(jì)的4對(duì)聲道分別是A、B、C、D，如果C聲道正常，D聲道異常，把C1與D1、C2與D2分別對(duì)換，如果C聲道異常，D聲道正常，表示超聲換能器損壞，可以拆卸、清洗信號(hào)放大器，如果仍然異常，則需要更換同型號(hào)的超聲換能器；如果C聲道正常，D聲道異常，表示信號(hào)放大器損壞，需要更換同型號(hào)的信號(hào)放大器。
針對(duì)化工行業(yè)中的工藝條件選用超聲波流量計(jì)的分類歸納，簡述其工作原理、適用范圍、主要特點(diǎn)以及選型要點(diǎn)，以及安裝中的注意事項(xiàng)。
In the chemical industry the process condition selection of ultrasonic flowmeter are classified, summarized its work principle, scope of application, main characteristics and key points in selection, and installation notes.
關(guān)鍵詞(keywords)：超聲波流量計(jì)品種譜系分類特點(diǎn)
ultrasonic flowmeter Full spectrumclassified Characteristic
中圖分類號(hào)：O644文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
超聲波流量計(jì)是通過檢測流體流動(dòng)對(duì)超聲束（或超聲脈沖）的作用來測量流量的儀表。
1品種譜系類型
超聲波流量計(jì)根據(jù)不同介質(zhì)、性能要求、應(yīng)用場所的不同，可分為以下幾個(gè)層次，如圖：
按照流路形態(tài)來區(qū)分的話，可分為封閉管線和明渠或者不滿管兩種，前者在化工行業(yè)中應(yīng)用較多，后者多用于供水系統(tǒng)、污水治理以及水利工程、河道流量監(jiān)測。
2測量原理
封閉管道按測量原理分類有：①傳播時(shí)間法；②多普勒效應(yīng)法；③波束偏移法；④相關(guān)法；⑤噪聲法。其在化工行業(yè)中傳播時(shí)間法應(yīng)用最多，約占市場份額80％，多普勒法10％左右。本文將討論本文主要討論石化行業(yè)中用于測量封閉管道液體流量用得最多的傳播時(shí)間法和多普勒效應(yīng)法的儀表。
選擇液態(tài)流體用超聲波流量計(jì)監(jiān)測首先應(yīng)考慮測量原理是傳播時(shí)間法還是多普勒法？其主要的判斷依據(jù)是：液體的潔凈程度或者雜質(zhì)含量，測量精度的要求?；具m用條件如下表所示。
而此兩種測量原理分別介紹如下：
3.1 傳播時(shí)間法
聲波在流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會(huì)增大，逆流方向則減小，同一傳播距離就有不同的傳播時(shí)間。利用傳播速度之差與被測流體流速之關(guān)系求取流速，稱之傳播時(shí)間法。按測量具體參數(shù)不同，分為時(shí)差法、相位差法和頻差法?，F(xiàn)以時(shí)差法闡明工作原理。
如圖1所示，超聲波逆流從換能器1送到換能器2的傳播速度c被流體流速Vm所減慢，為：
(1)
反之，超聲波順流從換能器2傳送到換能器1的傳播速度則被流體流速加快，為：
(2)
式（1）減式（2），并變換之，得
(3)
式中 L――超聲波在換能器之間傳播路徑的長度，m;
X――傳播路徑的軸向分量，m;
t12、t21――從換能器1到換能器2和從換能器2到換能器1的傳播時(shí)間，s;
c――超聲波在靜止流體中的傳播速度，m/s;
Vm――流體通過換能器1、2之間聲道上平均流速，m/s。
3.2 多普勒（效應(yīng)）法
多普勒法是利用在靜止（固定）點(diǎn)檢測從移動(dòng)源發(fā)射聲波多產(chǎn)生多普勒頻移現(xiàn)象。
如圖5所示，超聲換能器A向流體發(fā)出頻率為fA的連續(xù)超聲波，經(jīng)照射域內(nèi)液體中散射體懸浮顆?；驓馀萆⑸?，散射的超聲波產(chǎn)生多普勒頻移fd，接收換能器B收到頻率為fB的超聲波，其值為
(4)
式中 v－散射體運(yùn)動(dòng)速度。
多普勒頻移fd正比于散射體流動(dòng)速度
(5)
測量對(duì)象確定后，式（5）右邊除v外均為常量，移行后得
(6)
4超聲波流量計(jì)的安裝
4.1 組成
主要由安裝在測量管道上的超聲換能器或由換能器和測量管組成的超聲流量傳感器）和轉(zhuǎn)換器組成。
4.2流量傳感器或換能器的安裝
流量傳感器（即帶測量管段的插入式換能器總成）的安裝
1） 安裝本類流量傳感器時(shí)管網(wǎng)必須停流，測量點(diǎn)管道必須截?cái)嗪蠼尤肓髁總鞲衅鳌?/p>
2） 連接流量傳感器的管道內(nèi)徑必須與流量傳感器相同，其差別應(yīng)在±1％以內(nèi)。
3） 流量傳感器上的傳感器盡可能在如圖10所示與水平直徑成45度的范圍內(nèi)，避免在垂直直徑位置附近安裝。
4） 測量液體時(shí)安裝位置必須充滿液體。
5） 上下游應(yīng)有必要的直管段。
4.3外夾裝式換能器的安裝
上面2）、3）、4）、5）各項(xiàng)應(yīng)同樣注意外，還應(yīng)注意以下各點(diǎn)。
1） 剝凈安裝段內(nèi)保溫層和保護(hù)層，并把換能器按裝處的壁面打磨干凈。避免局部凹陷，凸出物修平，漆銹層磨凈。
2） 對(duì)于垂直設(shè)置的管道，若為單聲道傳播時(shí)間法儀表，換能器的安裝位置應(yīng)盡可能在上游彎管的彎軸平面內(nèi)（見圖11），以獲得彎管流場畸變后較接近的平均值。
3） 換能器安裝處和管壁反射處必須避開接口和焊縫，如圖12以V法示例。
4.4 分類
可以從不同角度對(duì)超聲流量測量方法和換能器（或傳感器）進(jìn)行分類。
（1） 按測量原理分類
封閉管道用USF按測量原理有5種，現(xiàn)在用得最多的是傳播時(shí)間法和多普勒法兩大類。
（2） 按被測介質(zhì)分類
有氣體用和液體用兩類。傳播時(shí)間法USF兩種介質(zhì)各自專用，因換能器工作頻率各異，通常氣體在100~300kHz之間，液體在1~5MHz之間。氣體儀表不能用夾裝式換能器，因固體和氣體邊界間超聲波傳播效率較低。
（3） 傳播時(shí)間法按聲道數(shù)分類
按聲道數(shù)分類常用的有單聲道、雙聲道、四聲道和八聲道四種。近年有出現(xiàn)三聲道、五聲道和六聲道。四聲道及以上的多聲道配置對(duì)提高測量精度起很大作用。各聲道按換能器分布位置（見圖8），又可分為以下幾種。
1） 單聲道 有Z法（透過法）和V法（反射法）兩種。
2） 雙聲道 有X法（2Z法、交差法）、2V法和平行法三種。
3） 四聲道 有4Z法和平行法兩種。
4） 八聲道 有平行法和兩平行四聲道交差法二種。
（4） 按換能器安裝方式分類有、
1） 可移動(dòng)安裝
2） 固定安裝
4.3 聲道設(shè)置和直管段要求
多普勒法通常只有單套發(fā)送和接收換能器；便攜式外夾裝換能器傳播時(shí)間法USF通常也只有單聲道，其他夾裝式則也有用雙聲道者，帶測量管段式有單聲道和雙聲道以上。
表2例舉幾個(gè)不同來源提出的要求，可作為選型時(shí)的一般依據(jù)。
(1)參考文獻(xiàn)[4];(2)Westinghouse公司樣本(3)Krohne公司樣本。
4.5 安裝注意事項(xiàng)
1） 安裝位置和流動(dòng)方向超聲波流量計(jì)的流量傳感部分（超聲流量傳感器或超聲換能器）一般均可安裝于水平、傾斜或垂直管道。垂直管道最好選擇自下而上流動(dòng)的場所，若為自上而下，則其下游應(yīng)有足夠的背壓，例如有高于測量點(diǎn)的后續(xù)管道，以防止測量點(diǎn)出現(xiàn)非滿管流。
2） 單向流還是雙向流 通常為單向流，但也可通過較復(fù)雜電子線路，設(shè)計(jì)成雙向流動(dòng)，此時(shí)流量測量點(diǎn)兩側(cè)直管段長度均應(yīng)按上游直管段的要求布置。
3） 管道條件外夾裝式管道內(nèi)表面積沉積層會(huì)產(chǎn)生聲波不良傳輸和偏離預(yù)期聲道路徑和長度，應(yīng)予避免；外表面因易于處理較少影響。夾裝式換能器和管道接觸表面要涂上耦合劑。應(yīng)注意粒狀結(jié)構(gòu)材料（例如鑄鐵、混凝土）的管道，很可能聲波被分散，大部分聲波傳送不到流體而降低性能。換能器安裝處管道襯里或銹蝕層與管壁之間不能有縫隙。用V法的反設(shè)處必須避開焊縫和接口（參見圖11）。
4） 上游流動(dòng)擾動(dòng) 與大部分其他流量儀表一樣，USF敏感于流過儀表的流速分布剖面，因此也要求相當(dāng)長度的上游直管段。
5超聲波流量計(jì)選用注意事項(xiàng)
根據(jù)石化行業(yè)的應(yīng)用情況來看，該兩種測量方式的適用性綜述如下：
多普勒法要比傳播時(shí)間法適用懸浮顆粒含量上限高得多，而且可以測量連續(xù)混入氣泡的液體。但是根據(jù)測量原理，被測介質(zhì)中必須含有一定數(shù)量的散射體，否則儀表就不能正常工作。
傳播時(shí)間法超聲波流量計(jì)只能用于清潔液體和氣體，不能測量懸浮顆粒和氣泡超過某一范圍的液體；而多普勒法只能用于測量含有一定異相的液體。
關(guān)鍵詞：超聲波流量計(jì) 測量原理 安裝 缺點(diǎn)
中文圖號(hào)：TE832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
引言：
超聲波流量計(jì)最近十幾年越來越廣泛應(yīng)用于天然氣長輸管道流量測量或計(jì)量過程中，因其無需直接接觸被測介質(zhì)，可以在管道器壁外直接實(shí)現(xiàn)測量，避免了管輸生產(chǎn)運(yùn)行因接觸測量而產(chǎn)生的影響，使安全生產(chǎn)有了進(jìn)一步的保障。采用超聲波流量計(jì)時(shí)無需在長輸天然氣管道內(nèi)部安裝測量元件，不改變天然氣長輸管道內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力。超聲波流量計(jì)的的安裝、檢修及日常運(yùn)行維護(hù)均不影響天然氣管線正常工藝生產(chǎn)運(yùn)行，因此是一種較為理想的流量計(jì)量儀表。同時(shí)幾乎不受管道內(nèi)介質(zhì)運(yùn)行的壓力、易燃性易爆等惡劣條件影響，在儀表選用上可以選擇便攜式測量和普通非接觸式測量兩種測量方式，極大地解決了常規(guī)儀表必須采用接觸式這一測量方式的一些弊端，可以方便地實(shí)現(xiàn)有毒有害、易燃易爆、腐蝕性介質(zhì)的流量測量。根據(jù)檢測的方式主要可以分為多普勒式和傳播速度差式兩大類，主要介紹了最為常用的多普勒超聲波流量計(jì)測量原理、安裝注意事項(xiàng)及存在的測量缺點(diǎn)。
一、多普勒頻移超聲波流量計(jì)測量原理
圖1原理示意圖
如圖1所示，換能器T發(fā)射極向管道內(nèi)發(fā)射超聲波，管道內(nèi)介質(zhì)流速為V，聲速為C，則管道中的粒子將以速度離去。若換能器發(fā)射超聲波的頻率為H1，粒子接收到的頻率為H2。
…………（1）
粒子反射給接收器的聲波頻率為HS：
…………（2）
方程（1）、（2）聯(lián)立可得：
公式中聲速C遠(yuǎn)大于介質(zhì)流速V，即C>>V，可得：
因此
式中：?H稱為多普勒頻率，多普勒頻率域流體流速成比例關(guān)系。
二、安裝注意事項(xiàng)
1.超聲波流量計(jì)傳感單元安裝時(shí)需在管道停運(yùn)狀態(tài)下完成，一般設(shè)計(jì)為兩路支線分別切換進(jìn)行安裝。
2.測量儀表的傳感單元尺寸必須與管輸內(nèi)外徑相一致，其誤差應(yīng)控制在±1%以內(nèi)，以免安裝產(chǎn)生偏差；
3.為了能夠有效避免換能器聲波表面受顆粒或空氣的干擾，超聲波流量計(jì)傳感單元最好選在在與水平方向呈45°的范圍內(nèi)安裝，盡量避免干擾。
4.上下游應(yīng)保證有必要的直管段，上游直管段最少為 10D，下游直管段至少為5D[1]；
5.對(duì)管道壁有防腐保溫層時(shí)，應(yīng)先拆除防腐保溫層，再將出的管道壁進(jìn)行打磨清理直至露出金屬光澤，同時(shí)避免管道器壁出現(xiàn)新的凹痕或凸點(diǎn)。
6.超聲波流量計(jì)安裝需要前后避開阻力構(gòu)件如（彎頭、閥門、變徑處），如在垂直管道安裝，其換能器的安裝位需在上游彎管的彎軸平面內(nèi)，以獲得彎管流場畸變后較接近的平均值；
7.換能器安裝處和管道壁反射處必須避開接口和焊縫；
8.換能器安裝處的管道襯里和垢層不能太厚，襯里和管壁間不能有間隙，同時(shí)內(nèi)壁做好清銹工作；
9.換能器工作面與管輸器壁間應(yīng)選用合適的耦合劑，保證連接面無雜質(zhì)顆粒或空氣存在，避免超聲波傳輸過程中引入不同傳播媒介而產(chǎn)生的誤差；
10.多普勒法夾裝式換能器可以選用同側(cè)安裝方案和對(duì)稱安裝方案，一般情況下，對(duì)于管輸直徑較小的建議選用對(duì)稱安裝方案，而同側(cè)安裝方案更適用于液相測量介質(zhì)或含懸浮顆粒或氣泡較多的液體。
三、目前存在的測量缺點(diǎn)：
超聲波流量計(jì)目前存在的缺點(diǎn)首先是可測流體的溫度范圍受超聲波換能器及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。工業(yè)流量計(jì)量介質(zhì)流速一般為每秒幾米，超聲波在氣相介質(zhì)中的傳播速度一般情況小于1600M/S，因此工藝介質(zhì)流速與超聲波在工藝介質(zhì)傳播速度之比大于10-3，在理論推導(dǎo)計(jì)算時(shí)忽略此部分存在計(jì)量誤差增大。一般計(jì)量精度要求達(dá)到1%[2]，因此需要在處理計(jì)算時(shí)增加誤差補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)削減誤差，這也正是超聲波流量計(jì)只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前提下才能得到實(shí)際應(yīng)用的原因。其次在氣相介質(zhì)測量時(shí)由于噪聲也會(huì)引起超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確精度，測量氣相介質(zhì)時(shí)，超聲波流量計(jì)上下游的阻尼原件（如閥門、彎頭、變徑等）會(huì)產(chǎn)生除了能達(dá)到人耳頻率范圍內(nèi)聲音外還能產(chǎn)生人耳無法聽到高頻超聲波，當(dāng)這種聲波的頻率與氣體超聲波流量計(jì)的工作頻率相近時(shí)氣體超聲波流量計(jì)信噪比降低，從而影響流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度。此外被測介質(zhì)的顆粒大小以及雜質(zhì)含量也對(duì)測量精度產(chǎn)生影響，特別是在天然氣凈
化廠出廠后沒有達(dá)到凈化指標(biāo)，造成管輸過程介質(zhì)微粒體積不均衡，影響超聲波傳播和反射時(shí)間，導(dǎo)致延遲或提前，致使流量計(jì)工作不正常，影響超聲波流量計(jì)計(jì)量精度。
四、結(jié)束語
超聲波流量計(jì)作為近些年應(yīng)用于天然氣管道流量測量或計(jì)量用儀表，其有效地避免了常規(guī)接觸式流量測量儀表一些缺陷，避免的管道內(nèi)工藝介質(zhì)的泄露、腐蝕、有毒有害等因素影響，對(duì)于專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)充分掌握超聲波流量計(jì)的工作特點(diǎn)、工作原理及產(chǎn)生計(jì)量精度偏差原因，才能更好地了解它，使用它，使其更好地服務(wù)于天然氣管輸計(jì)量。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞： 測量原理 流量計(jì) 選型
中圖分類號(hào)： P2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
Abstract：This paper introduces the theory,characteristic,selection principle for commonly used flowmeters among industrial production,illustrates how to choose suitable flowmeters in practice.
Key words：principle of measurement;flow meter;type selection
在工業(yè)生產(chǎn)中，流量的測量是一種常見的測量需求，而流量測量的方法及測量儀表種類繁多，原因就在于至今仍未找到一種能適用于任何流體、任何量程、任何工況的流量儀表。
由于流量測量技術(shù)與流量計(jì)類型繁多，測量對(duì)象復(fù)雜多樣，決定了流量計(jì)在應(yīng)用技術(shù)上的復(fù)雜性，因此，流量計(jì)選型具有很強(qiáng)的技術(shù)性和實(shí)用性，首先必須了解清楚被測量對(duì)象的工況條件、物理化學(xué)性質(zhì)、測量范圍等；其次要掌握各種流量計(jì)的工作原理，以及它們的適用場合，使用條件和所具有的特性品質(zhì)等；最后還要掌握各個(gè)品牌廠家的產(chǎn)品信息。
1常用的流量計(jì)
流量測量技術(shù)按測量原理分有力學(xué)原理、熱學(xué)原理、聲學(xué)原理、電學(xué)原理、光學(xué)原理、原子物理學(xué)原理等。本文介紹并比較3種目前最廣泛使用的體積流量計(jì)：差壓式流量計(jì)、電磁式流量計(jì)、超聲波流量計(jì)。
1.1差壓式流量計(jì)
充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，如圖4.1所示，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關(guān)，例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)(密度、粘度)不同時(shí)，在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。
圖4.1
流量方程：
（4.1）
（4.2）
式中 --瞬時(shí)質(zhì)量流量，kg/s;
--瞬時(shí)體積流量，/s;
C--流出系數(shù)；
ε--可膨脹性系數(shù)；
β--直徑比，β=d/D;
d--工作條件下節(jié)流件的孔徑，m； D--工作條件下上游管道內(nèi)徑，m；
P--差壓，Pa；
--上游流體密度，kg/m3。
由上式可見，流量為C、ε、d、ρ、P、β(D)6個(gè)參數(shù)的函數(shù)，而在介質(zhì)一定的情況下C、ε、d、ρ、β(D)為常量，故只需測量高壓端與低壓端差壓P即可計(jì)算出流量。
差壓式流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：（1）無需實(shí)流校準(zhǔn)，即可投用；（2）結(jié)構(gòu)易于復(fù)制，簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠、價(jià)格低廉；（3）應(yīng)用范圍廣，包括全部單相流體（液、氣、蒸汽）、部分混相流，具有多種管徑、工作狀態(tài)(溫度、壓力)的產(chǎn)品；（4）檢測件和差壓顯示儀表可分開不同廠家生產(chǎn)，品牌選擇廣泛。
差壓式流量計(jì)的缺點(diǎn)：（1）測量精度普遍偏低；（2）范圍度窄，一般僅3：1～4：1；（3）現(xiàn)場安裝條件要求高；（4）壓損大（指孔板、噴嘴等）。
1.2 電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測量的流量計(jì)。
圖4.2
當(dāng)導(dǎo)體在磁場中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢的大小與導(dǎo)體在磁場中的有效長度及導(dǎo)體在磁場中作垂直于磁場方向運(yùn)動(dòng)的速度成正比。同理，導(dǎo)電流體在磁場中作垂直方向流動(dòng)而切割磁感應(yīng)力線時(shí)，也會(huì)在管道兩邊的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電勢。感應(yīng)電勢的方向由右手定則判定，感應(yīng)電勢的大小由下式確定：
（4.3）
式中K---儀表常數(shù)；
E---感應(yīng)電勢，V；
B---磁感應(yīng)強(qiáng)度，T
D---管道內(nèi)徑，m
---液體的平均流速，m/s
而體積流量等于流體的流速與管道截面積的乘積：
（4.4）
由（4.3）、（4.4）可得 （4.5）
由4.5可見在管道上安裝好電磁流量計(jì)后通過感應(yīng)電勢即可求得通過管道的瞬時(shí)體積流量。
電磁流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)：(1)由于測量通道是段光滑直管，不會(huì)阻塞，可用來測量工業(yè)導(dǎo)電液體或漿液，特別適用于固體顆粒的液固二相流體，如紙漿、污水、泥漿等；(2)無壓損，節(jié)能效果好；(3) 不受流體的溫度、壓力、密度和粘度的影響；(4)流量范圍大，口徑范圍寬；(5)適用于腐蝕性流體的測量。
電磁流量計(jì)缺點(diǎn)：(1)不適用測量由釋放的石油制品流體；(2)不適用氣體、蒸汽及含有較大氣泡的液體；(3)不適用高溫場合。
1.3超聲波流量計(jì)
超聲波流量計(jì)根絕測量原理主要可分為時(shí)差式超聲波流量計(jì)和多普勒超聲波流量計(jì)。
1.3.1時(shí)差式超聲波流量計(jì)
時(shí)差法超聲波流量計(jì)是利用聲波在流體中順流、逆流相同距離時(shí)存在時(shí)間差，并根據(jù)時(shí)間差得出流體的流速，進(jìn)而得出流體的流量。
圖4.3
如圖所示，在管道內(nèi)徑為D的管子兩側(cè)夾裝A、B兩個(gè)換能器，流體速為，設(shè)超聲波在流體中的流速為C，超聲波順流時(shí)從A到B的時(shí)間為，超聲波逆流時(shí)從B到A的時(shí)間為，超聲波在管外、管壁中及延遲時(shí)間總和為，則有：
（4.6）
（4.7）
（4.8）
因，故可以簡化為 （4.9）
（4.10）
而體積流量等于流體的流速與管道截面積的乘積：
（4.11）
（4.12）
由式可見管道安裝換能器后只需測出超聲波在A、B換能器之間傳播的時(shí)間差即可求得通過管道的瞬時(shí)體積流量。
時(shí)差式超聲波流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：安裝方便、不影響流體流動(dòng)、測量范圍寬、精度高，特別適用臨時(shí)測量、大口徑特殊介質(zhì)流量測量。
時(shí)差式超聲波流量計(jì)的缺點(diǎn)：適用測量潔凈無雜質(zhì)流體流量測量。
1.3.2多普勒超聲波流量計(jì)
多普勒超聲波測量原理，是依據(jù)聲波中的多普勒效應(yīng)，檢測其多普勒頻率差。超聲波發(fā)生器為一固定聲源，隨流體以同速度運(yùn)動(dòng)的固體顆粒與聲源有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，該固體顆粒3可把入射的超聲波反射回接收器。入射聲波與反射聲波之間的頻率差就是由于流體中固體顆粒運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的聲波多普勒頻移。由于這個(gè)頻率差正比于流體流速，所以通過測量頻率差就可以求得流速，進(jìn)而可以得到流體流量。如圖所示：
圖4.4
換能器發(fā)射超聲波與沿流速軸線方向夾角，固定聲源頻率為，超聲波在流體中傳播速度為C，流體中顆粒流速同流體流速為。當(dāng)換能器B發(fā)射固定頻率時(shí)，顆粒收到的聲波頻率（4.13）
當(dāng)該顆粒將的聲波反射回去，換能器A接受到的聲波頻率：
（4.14）
故多普勒頻率（4.15）
若C，則，從而 （4.16）
而體積流量等于流體的流速與管道截面積的乘積：
（4.17）
（4.18）
可見，多普勒頻移法只需測出固定頻率聲波在流體中的頻移即可求得管道的瞬時(shí)體積流量。
多普勒超聲波流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)：安裝方便、無壓損、可測含固體顆?；驓馀莸牧黧w。
多普勒超聲波流量計(jì)缺點(diǎn)：不能測潔凈液體流量、測量精度不高。
2 流量計(jì)選型原則
流量計(jì)的選型對(duì)能否準(zhǔn)確測量被測流體的流量起著很重要的作用。因現(xiàn)場工況復(fù)雜，介質(zhì)種類繁多，沒有一種流量計(jì)能完全適用不同介質(zhì)各種工況的流量測量。在選擇流量計(jì)時(shí)需了解流量計(jì)的性能以及現(xiàn)場工況的各個(gè)參數(shù)，并綜合考慮安裝環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)因素等才能選好適用且滿足要求的流量計(jì)。
1）準(zhǔn)確度、重復(fù)性、線性度、范圍度、流量范圍、信號(hào)輸出特、響應(yīng)時(shí)間、壓力損失等儀表性能。
2）流體溫度、壓力、密度 粘度、化學(xué)腐蝕、磨蝕性、電導(dǎo)率、聲速等流體參數(shù)。
3）管道布置方向、流動(dòng)方向、檢測件上下游側(cè)直管段長度、管道口徑、電源等安裝情況。
4）環(huán)境溫度、濕度、電磁干擾、安全性、防爆、管道振動(dòng)等環(huán)境因素。
5）儀表購置費(fèi)、安裝費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)、維修費(fèi)儀表使用壽命、備品備件等費(fèi)用情況。
3 結(jié)束語
由上可知，流量計(jì)已是發(fā)展成熟并廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場生產(chǎn)。同時(shí)流量計(jì)種類繁多，沒有一種流量計(jì)能適用任何場合，沒有一種流量計(jì)能準(zhǔn)確測量任何介質(zhì)的流量。故需對(duì)各種流量計(jì)的性能相當(dāng)熟悉，并在了解被測對(duì)象的情況下，綜合考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等因素，才能選擇出最適合的流量計(jì)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 祥.流量儀表原理和應(yīng)用[M].南京:華東化工學(xué)院出版社,1992.
關(guān)鍵詞 蝸殼差壓;超聲波流量計(jì);系統(tǒng)標(biāo)定;流量
中圖分類號(hào)[TM622] 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708(2010)24-0167-02
0 引言
十三陵蓄能電廠#3機(jī)大修要對(duì)#2水道進(jìn)行排空檢查。為防止排水速度過快導(dǎo)致高壓鋼管受損,要求實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)組的排水流量。另外,在機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測和水輪機(jī)效率試驗(yàn)中,水輪機(jī)流量是必不可少的數(shù)據(jù)之一。
1 蝸殼差壓法監(jiān)測機(jī)組排水流量的可行性分析
1.1 理論上流量與蝸殼差壓之間的關(guān)系
我們考慮用蝸殼差壓法監(jiān)測機(jī)組排水流量,現(xiàn)在的條件是:蝸殼差壓變送器輸出的4~20mA的模擬量送到監(jiān)控,顯示一個(gè)差壓值。我們之所以選擇蝸殼差壓法,是因?yàn)樗脑肀容^簡單,精度能滿足要求,常為水電站采用。其原理是具有一定流速的水流流經(jīng)水輪機(jī)蝸殼時(shí),由于蝸殼中心線彎曲,水流在彎曲流道上產(chǎn)生離心力,使得蝸殼內(nèi)、外緣兩點(diǎn)間產(chǎn)生壓力差,根據(jù)伯努利方程:
由連續(xù)性方程:
S1v1=S2v'2
p'1p'2――流體在兩個(gè)截面的靜壓力;
v1v'2――流體在兩個(gè)截面的平均流速;
――流體(不可壓縮)密度;
g――重力加速度;
S1S2――兩個(gè)截面的截面積。
可以推導(dǎo)出通過水輪機(jī)的流量與蝸殼差壓之間的關(guān)系:
Q=C×D0.5 其中D-p'1-p'2 式(1)
1.2 通過水輪機(jī)效率試驗(yàn)驗(yàn)證這種關(guān)系
為了驗(yàn)證測壓孔安裝準(zhǔn)確,實(shí)踐中蝸殼差壓可以反映水輪機(jī)相對(duì)流量,我們作了水輪機(jī)工況實(shí)驗(yàn)。根據(jù)水力發(fā)電的基本方程:
P=9.81HQ;
P――水流的理論出力;
H――水輪機(jī)的平均水頭;
Q――水輪機(jī)流量。
可以看出,如果蝸殼差壓可以反映水輪機(jī)相對(duì)流量,那么在短時(shí)間內(nèi),即水頭變化很小的情況下,差壓變送器輸出電流就應(yīng)該和有功功率成線性關(guān)系。
因此,用SFC將蝸殼差壓變送器由線性輸出改為開方輸出,回路中串接電流表,監(jiān)視變送器4~20mA電流輸出。
將數(shù)據(jù)生成關(guān)系曲線便可以看出二者成線性關(guān)系,即蝸殼差壓可以反映水輪機(jī)相對(duì)流量。
2 流量系數(shù)C的標(biāo)定
然而這個(gè)流量究竟是多少呢?由于水流流態(tài)復(fù)雜,且產(chǎn)生差壓的部件制作工藝及安裝條件的差異難于采用理論計(jì)算的方法確定差壓與流量的關(guān)系,但裝置選定后,可采用公認(rèn)的測量技術(shù)對(duì)該差壓測流系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,即計(jì)算出式(1)中的流量系數(shù)C,從而保證流量結(jié)果的精確度。
2.1 標(biāo)定工具選擇
十三陵蓄能電廠采用的這種公認(rèn)的測量技術(shù)是超聲波頻差法測量流量。它是通過測量順流和逆流時(shí)超聲波的重復(fù)頻率差來測量流量的,與聲速無關(guān),因而可以排除流體各物理參數(shù)對(duì)測量結(jié)果的影響。
我們采用的設(shè)備是美國ORE公司生產(chǎn)的7500型超聲波流量計(jì),配有7601型超聲波換能器和7520型終端。流量通過測量壓力鋼管上多對(duì)聲波換能器之間聲脈沖傳播時(shí)間差而確定。十六只7610型聲波換能器在壓力鋼管四個(gè)不同高度的弦上構(gòu)成八組水平聲道。換能器對(duì)構(gòu)成兩個(gè)相交的平面。每個(gè)平面與流動(dòng)方向形成65°的標(biāo)稱角。所有換能器必須用精密經(jīng)緯儀精確的確定它們?cè)趬毫︿摴苌系奈恢?。換能器布置圖略。
然后將聲道長度、角度和壓力鋼管平均半徑值輸入到流量計(jì)。已知聲道長度、夾角以及聲波沿聲道的傳播時(shí)間差,則可以計(jì)算各個(gè)點(diǎn)的速度,采用十字交叉聲道時(shí),可以確定一個(gè)趨于真值的平均速度矢量。利用這種十字交叉平面布置,當(dāng)平均流線與鋼管中心線不平行時(shí),測得的流量值比單個(gè)測量平面布置得到的流量值準(zhǔn)確。對(duì)每個(gè)聲道測得的流速沿壓力鋼管的截面積積分,便得到流量。
2.2 標(biāo)定過程
下面我們通過#4機(jī)組性能試驗(yàn)說明一下蝸殼差壓變送器的標(biāo)定過程。
首先,將蝸殼差壓變送器測得的差壓值和超聲波流量計(jì)測得的水輪機(jī)流量轉(zhuǎn)換成4~20mA的電流輸出,接入錄波儀,選擇發(fā)電工況開機(jī),采集的數(shù)據(jù)。將采集到的離散數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī),形成趨勢線,再用乘冪法擬合得到關(guān)系式:水輪機(jī)流量=5.1436×蝸殼差壓值0.4897。
由上可以看出對(duì)照式一的系數(shù)5.1436偏大。所以,我們又將蝸殼差壓值開方處理后輸入計(jì)算機(jī),得到蝸殼差壓和流量之間的關(guān)系曲線。二者成線性關(guān)系,其關(guān)系式:水輪機(jī)流量=4.8261×蝸殼差壓值0.5+0.7917對(duì)比式一Q=C×D0.5,我們可以得出流量系數(shù)C≈4.8261(該曲線未過(0,0)點(diǎn)屬于隨機(jī)誤差,可以忽略)。
利用得到的流量系數(shù),在監(jiān)控DCS上進(jìn)行組態(tài),我們就可以在監(jiān)控畫面上實(shí)時(shí)監(jiān)視到機(jī)組流量了。
3 應(yīng)用效果
實(shí)踐過程中這一技術(shù)在十三陵蓄能電廠#2水道排空作業(yè)中起到關(guān)鍵作用,運(yùn)行人員在中控室就可以實(shí)時(shí)監(jiān)控排水流量。機(jī)組大修后這個(gè)流量信號(hào)直接接到狀態(tài)監(jiān)測裝置上,為其提供了必不可少的數(shù)據(jù)。實(shí)踐證明這個(gè)方法行之有效,其它機(jī)組可以采用同樣的方法測量水輪機(jī)流量。在推廣過程中,我們發(fā)現(xiàn)了#3機(jī)蝸殼差壓測壓孔取錯(cuò)了,并利用大修機(jī)會(huì)及時(shí)作了糾正。
4 結(jié)論
1)蝸殼差壓測流量適用性強(qiáng)。由于超聲波流量計(jì)換能器要求安裝精度高,與之對(duì)應(yīng)的工作環(huán)境又十分惡劣,加之多次檢修球閥需要拆裝換能器,導(dǎo)致中心偏離產(chǎn)生噪聲干擾,所以超聲波流量計(jì)試用于新裝機(jī)組的高精度標(biāo)定,不適合日常計(jì)量使用。相反,差壓變送器一經(jīng)標(biāo)定,便可以部分的代替超聲波流量計(jì)的功能。其數(shù)據(jù)可以直接應(yīng)用于水輪機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測,為效率試驗(yàn)提供可靠數(shù)據(jù)。
2)經(jīng)濟(jì)性好。水輪機(jī)組安裝完畢后,蝸殼差壓變送器測壓孔通常已經(jīng)預(yù)留好了,無須安裝新設(shè)備,日常維護(hù)量幾乎等于零。
3)可以作超聲波流量計(jì)的比對(duì)依據(jù),由于蝸殼差壓測流量的原理獨(dú)特,可以作為檢修后的超聲波流量計(jì)的校驗(yàn)依據(jù)。
參考文獻(xiàn)
[1]李軍,賀慶之.監(jiān)測技術(shù)及儀表.
關(guān)鍵詞：電磁流量計(jì) 監(jiān)控系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：X924文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
1流量計(jì)的選型
流量計(jì)計(jì)量的準(zhǔn)確性，對(duì)企業(yè)的成本核算、能耗等重要指標(biāo)的計(jì)算會(huì)產(chǎn)生較大影響，故選擇運(yùn)行穩(wěn)定、質(zhì)量保證、計(jì)量準(zhǔn)確的流量計(jì)極其重要。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，流量計(jì)品種越來越多，性能各異，技術(shù)參數(shù)及使用條件也各不相同，所以選型時(shí)應(yīng)先了解流量計(jì)的性能特點(diǎn)并結(jié)合本單位的使用工況。
1.1幾種流量計(jì)特點(diǎn)比較：
1、葉輪式流量計(jì)：葉輪式流量計(jì)的工作原理是將葉輪置于被測流體中，受流動(dòng)流體的沖擊而旋轉(zhuǎn)，以葉輪旋轉(zhuǎn)的快慢來反映流量的大小。葉輪式流量計(jì)主要有水表和渦輪流量計(jì)，輸出方式有機(jī)械傳動(dòng)或電脈沖兩種。機(jī)械式傳動(dòng)輸出的水表準(zhǔn)確度較低，誤差約±2％；電脈沖信號(hào)輸出的渦輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度較高，一般誤差為±0．2％--0．5％。
2、電磁流量計(jì)：電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)電液體在磁場中切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，而感應(yīng)電動(dòng)勢又和磁感應(yīng)強(qiáng)度、流量大小成正比，通過測電動(dòng)勢來反映管道流量的原理而制成的。主要有管道式和插入式兩種。管道式精度等級(jí)為±1.5%--±2.5%，高精度的達(dá)到±0.5%--±1.0%；插入式的精度為±1.5%--±2.5%。由于插入式結(jié)構(gòu)上的缺陷和安裝時(shí)的誤差就會(huì)影響計(jì)量精度，所以選用管道式更好些。
3、超聲波流量計(jì)：超聲波流量計(jì)是以超聲波在流動(dòng)介質(zhì)中傳播的速度等于被測介質(zhì)的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設(shè)計(jì)的。分多普勒超聲波流量計(jì)和時(shí)差式超聲波流量計(jì)，目前多采用了時(shí)差式超聲波流量計(jì)。根據(jù)使用場合不同，又可以分為固定式超聲流量計(jì)和便攜式超聲流量計(jì)。固定式超聲流量計(jì)又分為外夾式、插入式、管段式三種。固定式超聲波流量計(jì)因某些管道材質(zhì)疏松、壁厚不一、導(dǎo)聲不良或銹蝕嚴(yán)重，襯里和管壁有間隙等原因、造成超聲波信號(hào)衰減嚴(yán)重。
1.2 流量計(jì)選型的基本要求：
1、流量計(jì)精度要高、運(yùn)行要穩(wěn)定。
2、過水壓力損失小。
3、如果用戶用水量變化較大或用水分布很不均衡，則要求流量計(jì)量程比要大些。
4、靈敏度要高，滿足低流速計(jì)量的準(zhǔn)確。
5、流量計(jì)對(duì)現(xiàn)場工況不要太敏感。
6、根據(jù)需要選擇可以正反方向測流量。
7、運(yùn)行可靠、經(jīng)久耐用、維護(hù)方便。
幾種可以進(jìn)行比較的流量計(jì)的性能特點(diǎn)，見表1。
根據(jù)以上幾種流量計(jì)特點(diǎn)、流量計(jì)選型的基本要求和國內(nèi)外選用流量計(jì)的趨勢，選用智能化、無壓損的電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)較合理。而從成熟的電路技術(shù)、測量的穩(wěn)定性、靈敏性和精確度、技術(shù)特點(diǎn)、安裝維護(hù)要求、安裝點(diǎn)使用工況、易于遠(yuǎn)程監(jiān)控等方面比較，選擇電磁流量計(jì)比超聲波流量計(jì)更適合。事實(shí)上，公司計(jì)量科多年來堅(jiān)持定期對(duì)在線電磁流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場比對(duì)檢測，相對(duì)誤差都滿足要求。
2電磁流量計(jì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理
2.1遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成
電磁流量計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控因?yàn)槭褂矛F(xiàn)場地點(diǎn)與北海自來水公司調(diào)度中心管理系統(tǒng)傳輸方式的不同而不同。其中禾塘、龍?zhí)端畯S電磁流量計(jì)輸出數(shù)據(jù)經(jīng)總線輸入禾塘、龍?zhí)端畯S調(diào)度主機(jī)，通過adsl vpn或無線專網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦菊{(diào)度中心系統(tǒng)；合浦工業(yè)園電磁流量計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控是由現(xiàn)場遠(yuǎn)傳終端設(shè)備通過gprs將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦菊{(diào)度中心系統(tǒng)。
2.2電磁流量計(jì)現(xiàn)場遠(yuǎn)程監(jiān)控終端系統(tǒng)（以合浦工業(yè)園電磁流量計(jì)現(xiàn)場遠(yuǎn)傳終端為例）
合浦工業(yè)園電磁流量計(jì)現(xiàn)場遠(yuǎn)傳終端設(shè)備由以下幾部份組成：
1．電磁流量計(jì)：包括傳ifs4000f傳感器和ifc300w信號(hào)轉(zhuǎn)換器。
2．plc：選用西門子s7-200/224，含ai模塊及數(shù)據(jù)采集處理軟件等。
3．dtu設(shè)備：主動(dòng)撥上gprs網(wǎng)絡(luò)，透明傳輸協(xié)議。
4．直流穩(wěn)壓電源：普通開關(guān)電源，為plc、dtu和一次儀表提供24v直流電源。
5．不間斷電源：為電磁流量計(jì)交流用電停電、斷電時(shí)提供電源。
6．天饋系統(tǒng)：dtu配套普通軟質(zhì)手機(jī)天線，可直接安裝在控制箱頂。
7．機(jī)箱。
8．電源避雷器：選用進(jìn)口避雷器，具備自修復(fù)功能。
基本的工作原理：電磁流量計(jì)輸出數(shù)據(jù)傳輸?shù)浆F(xiàn)場終端plc，在dtu上主動(dòng)撥上gprs網(wǎng)絡(luò)，與數(shù)據(jù)中心(dsc)實(shí)現(xiàn)tcp/ip協(xié)議進(jìn)行雙向通信，由dtu軟件和用戶設(shè)備通過rs-232/485實(shí)現(xiàn)透明可靠的數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖焙Ｗ詠硭菊{(diào)度中心管理系統(tǒng)實(shí)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。
合浦工業(yè)園電磁流量計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)圖如下圖：
3電磁流量計(jì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控效果
北海自來水公司自從08年起對(duì)5個(gè)電磁流量計(jì)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效地對(duì)公司供水情況和管網(wǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)了解，及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場計(jì)量設(shè)備和運(yùn)行情況，運(yùn)行四年多來，效果令人滿意，達(dá)到了遠(yuǎn)程監(jiān)控的預(yù)期效果。
3.1 對(duì)供水、用水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控
通過對(duì)電磁流量讀報(bào)實(shí)時(shí)監(jiān)控，能及時(shí)了解生產(chǎn)水的供水規(guī)律和合浦工業(yè)園的用水規(guī)律，對(duì)供水和用水情況進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，可進(jìn)一步了解整個(gè)管網(wǎng)運(yùn)行情況，科學(xué)地進(jìn)行供水調(diào)度。從圖3中可以查詢各測壓點(diǎn)水壓、各流量計(jì)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)如瞬時(shí)流量、累計(jì)流量等。
3.2提供異常水量水費(fèi)的結(jié)算依據(jù)
根據(jù)電磁流量計(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，利用系統(tǒng)可以對(duì)供水和用水的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行多時(shí)段、多參數(shù)查詢，從中可以計(jì)算某時(shí)段的水量，較準(zhǔn)確處理異常用水計(jì)量糾紛。
3.3計(jì)量故障的及時(shí)報(bào)警
停電、斷電或沒有傳輸數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生報(bào)警顯示等，通過報(bào)警能及時(shí)采取措施，減少損失，降低漏失率，提高水司的效益。
4電磁流量計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中存在問題
4.1 現(xiàn)場遠(yuǎn)傳終端電源供電問題
由于合浦工業(yè)園結(jié)算電磁流量計(jì)使用的電源從園區(qū)中的中糧公司接線，用電權(quán)限一直處于被動(dòng)，曾經(jīng)出現(xiàn)多次人為或意外的斷電現(xiàn)象，隨后安裝了不間斷電源，短期的斷電（約6小時(shí)）可由不間斷電源向電磁流量計(jì)供電，并由終端設(shè)備向公司調(diào)度中心發(fā)出斷電報(bào)告，但長時(shí)間的停電還是會(huì)產(chǎn)生不計(jì)量水量的，將造成供水企業(yè)與用水戶之間的水量核算糾紛。經(jīng)過多方協(xié)調(diào)，現(xiàn)在人為斷電情況已很少發(fā)生。
4.2 電磁流量計(jì)準(zhǔn)確性
公司出廠水流量計(jì)使用多年來比較滿意.但作為貿(mào)易結(jié)算的合浦工業(yè)園dn600電磁流量計(jì)選擇口徑時(shí)有點(diǎn)不匹配,因?yàn)楹掀止I(yè)園目前只有中糧集團(tuán)這個(gè)用水大戶,其它用戶用水較少。在2007年11月至2009年5月，每天用水分布很不均衡,瞬時(shí)流量在26-800m3/h以內(nèi)波動(dòng)。在170-300m3/h流量的低流速時(shí)用便攜式超聲波流量計(jì)比對(duì)檢測相對(duì)誤差為2.8%，在300-600m3/h流量的流速時(shí)比對(duì)檢測相對(duì)誤差為1.6%.所以低流速時(shí)相對(duì)誤差偏大。隨著合浦工業(yè)園用戶和水量的增加，電磁流量計(jì)準(zhǔn)確性是能夠保證的。
4.3 防雷問題
突出問題是合浦工業(yè)園電磁流量計(jì)計(jì)量房選址空曠，故在2008年4月份信號(hào)轉(zhuǎn)換器受到雷擊,更換信號(hào)轉(zhuǎn)換器后加強(qiáng)了雙重防雷措施，經(jīng)過調(diào)試電磁流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)傳輸很正常。但北海是南方沿海城市，是臺(tái)風(fēng)、雷擊重災(zāi)區(qū)，加上雷電強(qiáng)度的不可預(yù)知，防汛防雷工作要常抓不懈。
4.4 防鼠問題
南方沿海城市鼠害是很嚴(yán)重的，所以要加強(qiáng)計(jì)量井內(nèi)電纜和計(jì)量間內(nèi)信號(hào)電纜的防鼠工作，避免老鼠咬斷電纜引起不計(jì)量或數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸。
4.5 流量計(jì)的周期檢定
由于電磁流量計(jì)不能拆出檢定，所以周檢比較麻煩，只能作現(xiàn)場檢定，費(fèi)用較高。合浦工業(yè)園電磁流量計(jì)從正常使用至今，在08年12月、09年10月分別請(qǐng)廣西計(jì)量檢測研究院進(jìn)行了兩次現(xiàn)場檢定，相對(duì)誤差均滿足計(jì)量精度要求，擁有合格檢定證書。
4.6 長期可靠的維護(hù)費(fèi)用
例如合浦工業(yè)園電磁流量計(jì)現(xiàn)場遠(yuǎn)傳終端采用了流量計(jì)、遠(yuǎn)傳設(shè)備、交流供電、不間斷電源供電和gprs的方式由公司調(diào)度中心調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控，需要電源供電、通信費(fèi)用、設(shè)備維護(hù)費(fèi)、車輛交通和人員的維護(hù)費(fèi)等，要搞好這些管理工作，才能保證更好地實(shí)施電磁流量計(jì)遠(yuǎn)傳監(jiān)控管理，以較低的投入使公司獲得較大的可持續(xù)的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：淺析 生產(chǎn)用水 計(jì)量管理
【分類號(hào)】F273
一 、前言
水是人類寶貴的資源。當(dāng)今，水資源的缺乏已經(jīng)是一個(gè)日益嚴(yán)重的問題。如何有效利用現(xiàn)有的水資源被世界各地所普遍關(guān)注。“合理用水，節(jié)約用水”已是一個(gè)全名關(guān)注的焦點(diǎn)，其中計(jì)量是企業(yè)的核算之魂，水的計(jì)量問題是關(guān)鍵，如何提高水的計(jì)量精度，需要加強(qiáng)設(shè)備的管理。在石化企業(yè)生產(chǎn)過程中需要大量的新水、循環(huán)水、軟化水等，每處用水都需要配備或安裝計(jì)量儀表。無論選用哪種計(jì)量儀表都會(huì)有計(jì)量誤差，如何減小計(jì)量誤差提高供用水計(jì)量精度是我們企業(yè)計(jì)量人員必須考慮的大問題。
二、近些年我廠生產(chǎn)使用新水的現(xiàn)狀
近些年來我廠新水的不明用量居高不下，裝置新水單耗超標(biāo)，生產(chǎn)成本較高，經(jīng)濟(jì)效益提高緩慢。生產(chǎn)用水計(jì)量表管理有以下幾點(diǎn)：
2.1用水計(jì)量表計(jì)選擇的不合適。
2.2計(jì)量表計(jì)的安裝不符合計(jì)量表的要求。
2.3計(jì)量儀表的維護(hù)不到位。
2.4未與便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)。
2.5計(jì)量表未按時(shí)校驗(yàn)。
三、采用多種措施進(jìn)行計(jì)量管理
3.1根據(jù)不同的供用水情況選擇合適的計(jì)量儀表。計(jì)量儀表選用要根據(jù)儀表使用特性綜合分析供用水部位各方面情況，盡量克服因工藝原因造成的計(jì)量誤差加大問題。
3.1.1、對(duì)于供用水計(jì)量分廠級(jí)、車間（裝置）級(jí)兩種，廠級(jí)裝表一般起計(jì)量監(jiān)督作用，此表選用極為關(guān)鍵。掌握以下原則：供水流量及管道口徑較小時(shí)可選用機(jī)械式水表，如果水中贓物較多、精度要求較高可選用電子式流量計(jì)；對(duì)于供水流量及管道口徑較大時(shí)，像DN200mm以上的管道在設(shè)計(jì)安裝計(jì)量儀表時(shí)最好選用滿管式超聲波流量計(jì)。
3.1.2、對(duì)于小流量供用水系統(tǒng)的計(jì)量問題，如：變電所、周圍的小化工廠、物資庫等，消防和生活用水都來自大企業(yè)的供用水系統(tǒng)，往往是一根管線DN80或DN100雙重功能，常規(guī)計(jì)量儀表也是按此口徑設(shè)計(jì)的，平時(shí)用水計(jì)量儀表根本沒有顯示，長久下來對(duì)供水企業(yè)也是一個(gè)不小的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)口徑大用量小的用戶可以采用一種旋翼復(fù)式母子水表，它是由一個(gè)大流量水表、一個(gè)小流量水表和一個(gè)轉(zhuǎn)換裝置組成的一種在線水。適合非連續(xù)性大流量供用水計(jì)量使用。
3.2抓好計(jì)量儀表安裝。計(jì)量儀表安裝對(duì)計(jì)量精度也有一定影響，我們要嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行施工重點(diǎn)解決好以下問題：
3.2.1 在管道鋪設(shè)和維修時(shí)要認(rèn)真進(jìn)行清掃和沖洗，杜絕外界雜物（如碎石、塑料編織帶等）進(jìn)入管道內(nèi)堵塞或損壞計(jì)量儀表。
3.2.2 計(jì)量儀表前后應(yīng)留有一定的直線管段，保證前10D后5D。
3.2.3 計(jì)量儀表安裝處應(yīng)保證水流充滿管道。
3.2.4 在地井里安裝的計(jì)量儀表要做好防水防潮處理；露天裝放的計(jì)量儀表要做好防冬保溫工作。
3.3抓好計(jì)量儀表級(jí)的維護(hù)。應(yīng)好以下工作：
3.3.1 配備合理、技術(shù)精湛的儀表維護(hù)人員，按期巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。
3.3.2 定期清理計(jì)量儀表腔體，保證無雜物或運(yùn)轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。
3.3.3 定期周檢計(jì)量儀表，視供用水部位確定檢定周期。
3.3.4 有條件的企業(yè)每半年組織對(duì)大口徑供用水計(jì)量儀表進(jìn)行現(xiàn)場檢測。
3.4周期性的使用便攜式超聲波流量計(jì)比對(duì)現(xiàn)場計(jì)量儀表的誤差。
使用E+H便攜式超聲波流量計(jì)可以比對(duì)現(xiàn)場計(jì)量儀表的誤差，它常用于水處理行業(yè)及石化化工行業(yè)。超聲波流量計(jì)測量的準(zhǔn)確度幾乎不受備測流體得溫度、壓力、密度、電導(dǎo)率等的影響。有很大的動(dòng)機(jī)性，適用于臨時(shí)性測量。
便攜式超聲波流量計(jì)在線檢測時(shí)只要把管道外徑和壁厚正確的輸入，根據(jù)超聲波反饋的長度，把探頭按要求正確安裝（探頭安裝處的管線要光滑，并涂有適量的專用超聲波耦合劑，要保證探頭和管壁之間沒有縫隙）固定后，開始檢測。此時(shí)記錄好開始檢測的時(shí)間，把超聲波流量計(jì)中顯示的瞬時(shí)數(shù)和累計(jì)數(shù)分別做好記錄。同時(shí)也做好原在線計(jì)量儀表的數(shù)據(jù)。檢測至1小時(shí)、2小時(shí)、3小時(shí)、5小時(shí)等均可。檢測時(shí)間到后，再次分別把兩塊儀表的檢測數(shù)據(jù)記錄做好，開始比對(duì)兩塊儀表的誤差，核算其每小時(shí)、每天、每月裝置單耗的實(shí)際流量。
3.5計(jì)量儀表要實(shí)施周期檢定
《計(jì)量法》規(guī)定，對(duì)在用計(jì)量器具必須實(shí)行周期檢定。對(duì)水表、電表、能源表等特殊計(jì)量器具實(shí)行使用前的首次計(jì)量檢定，到期輪換。為保證使用中的計(jì)量儀表性能和量值準(zhǔn)確的主要措施。因?yàn)槿魏我环N計(jì)量器具在使用一定時(shí)間后由于磨損、老化加之使用環(huán)境的溫度、濕度等客觀條件的變化，都會(huì)造成其量值的變化，出現(xiàn)量值的失準(zhǔn)。國家對(duì)不同計(jì)量儀表都規(guī)定了嚴(yán)格的使用周期，通過周期檢定來修正使用計(jì)量器具出現(xiàn)的誤差，從而保證量值的準(zhǔn)確。因此對(duì)在用計(jì)量儀表必須實(shí)施周期檢定。
四、實(shí)施效果
在沒有對(duì)生產(chǎn)用新水的計(jì)量管理進(jìn)行以上措施時(shí)之前，新水的不明用量2011年最高達(dá)到268313萬噸/年。成立攻關(guān)小組后按以上措施進(jìn)行全范圍的攻關(guān)后，新水不明用量有明細(xì)的、較大幅度的下降。
五 結(jié)束語
從新水計(jì)量儀表的選型、安裝、維護(hù)、比對(duì)、周期檢定來提高新水供用水的精度，每一個(gè)環(huán)節(jié)按要求、按標(biāo)準(zhǔn)，以此來提供供用水的精度。提高供用水計(jì)量精度是企業(yè)計(jì)量管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容，我們要引起重視做好工作，可以使用以上幾個(gè)措施進(jìn)行檢測。為企業(yè)的節(jié)能降耗提供保證，使企業(yè)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
