数字式超声波流量计在水库供水计量中的应用

窝水库位于辽宁省辽阳境内太子河干流上，坝址以上流域面积6175km2，年径流量24.5亿m3。是一座以防洪为主，兼顾农业灌溉、工业供水、并结合供水进行发电的综合利用的大（Ⅱ）型水利枢纽工程。有效灌溉面积8.13亿m3，多年平均农业供水量6.5亿m3/年，工业供水量0.5亿m3/年。2007年，水库为了进一步推动标准化管理，加强供水计量管理，合理利用水资源、有效节约能源，引进了一种先进的数字式超声波流量计（UDF-360），这是水库第1次将数字式超声波流量计用于水库工业供水计量管理，并且收到了很好的效果。

1 UDF-360数字式超声波流量计的特点

UDF-360数字式超声波流量计是基于微处理器技术，自身完备的流量测量仪表，与其它常规类型流量计或其它超声波流量计相比，具有高精度、高可靠性、高性能、低价格的显著特点外，还具有中英文双语窗口化操作，正向、负向净累积器，RS-232接口、完善的通讯联网协议，内置流量日月年累计器，内置上电断电记录器，内置数据记录等优点。

2 UDF-360数字式超声波流量计工作原理

图1

当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下面表达式：

其中

θ为声束与液体流动方向的夹角
M为声束在液体的直线传播次数
D为管道内径
Tup为声束在正方向上的传播时间
Tdown为声束在逆方向上的传播时间

△T=Tup-Tdown

3 UDF-360数字式超声波流量计安装实施方法

3.1 选择测量点

超声波流量计的安装，只要选择一个合适的测量点，把测量点处的管道参数输入到流量计中，然后把探头捆绑在管道上即可。为了保证测量精度，选择测量点时要求选择流体流场布均匀的部分，一般应遵循下列原则：要选择充满流体的管段，如管路的垂直部分（流体最好向上流动）或充满流体的水平管段。测量点要选择距上游10倍直径，下游5倍直径以内均匀直管段，没有任何阀门、弯头、变径等干扰流场装置。要保证测量点处的温度在可工作范围以内。充分考虑管内壁结垢状况，尽量选择无结垢的管段进行测量。实在不能满足时，需把结垢考虑为衬里以求较好的测量精度。选择管材均匀密致，易于超声波传输的管段。测量点的选择见图2。

图2 探头安装点[page]

3.2 探头接线、安装

探头连线采用高频双绞线，采用高频双绞线的好处是信号损耗小，抗干扰性好，抗干扰性能大大提高。如果使用单屏蔽的常规高频电缆，会使机器性能下降，外界干扰信号大的时候，不能正常测量。

在安装探头之前，选择出管材致密部分进行探头安装，须把管外欲安装探头的区域清理干净，除去一切锈迹油漆，最好用角磨机打光，露出本色，再用干净抹布蘸丙酮或酒精擦去油污和灰尘，然后在探头的中心部分和管壁涂上足够的耦合剂，然后把探头紧贴在管壁上捆绑好。（如果没有清理干净则采集不到信号，两个探头要安装在管道管轴的水平方向上）

探头安装方式常采用两种方法。这两种方式分别是V法、Z法。下面分别说明。一般地在小管径时（DN15~200mm）可先选用V法；V法测不到信号或信号质量差时则选用Z法，管径在DN200mm以上或测量铸铁管时优先选用Z法。

3.2.1 V法（常用的方法）

V法一般情况下是标准的安装方法，使用方便，测量准确。可测管径范围为15mm至大约400mm；安装探头时，注意两探头水平对齐，其中心线与管道轴线水平。（见图3）

图3 V法安装图

3.2.2 Z法（最常用的方法）

当管道很粗或由于液体中存在悬浮物、管内壁结垢太厚或衬里太厚，造成V法安装信号弱，机器不能正常工作时，要选用Z法安装。原因是，使用Z法时，超声波在管道中直接传输，没有折射（称为单声程），信号衰耗小。

Z法可测管径范围为100mm至6000mm。实际安装流量计时，200mm以上的管道都选用了Z法（这样测得的信号最大）。（见图4）

图4 Z法安装图

4 安装及运行过程中需要注意的问题

为了精确的测量水量，安装前用便携式流量计对所选择的测量点进行测量，通过测量的数据，以进一步判断测量点选择的是否合适，并注意远离大功率的机电设备。安装好以后，还应不定期到安装现场进行巡视检查：主要看探头是否松动移位；同时看安装现场的变化情况，有无增加大功率的机电设备造成磁场干扰。

5 结语

由于窝水库是首次将数字式超声波流量计应用于工业供水计量，填补了窝水库供水无计量设施的空白，为水库供水管理提供了准确详实的依据，给水库带来了一定的经济效益。(end)