超聲波流量計是一種利用超聲波技術(shù)來測量流體流速和流量的儀器,通過向流體中發(fā)送超聲波脈沖,然后接收并分析超聲波信號的回波來確定流速和流量。中水是指通過污水處理系統(tǒng)處理后,除去了污染物和雜質(zhì)的水;中水流量是指在水資源管理和環(huán)境保護中,處理后的污水或廢水再利用的流量。本文對超聲波流量計在測量中水流量中的應(yīng)用進(jìn)行分析,探討其在不同環(huán)境和條件下的性能表現(xiàn),為其應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。
1、超聲波流量計安裝與設(shè)置
1.1 選擇安裝位置
在選擇超聲波流量計安裝位置時,需充分考慮中水的流體特性和流動條件,確保安裝位置處于流體流動的核心區(qū)域,避免流動邊界或渦流等對流量計測量造成干擾,選擇流速穩(wěn)定、流態(tài)良好的流道段作為安裝位置,保證流量計能夠在穩(wěn)定的流動條件下進(jìn)行準(zhǔn)確測量。還要考慮流體的溫度、壓力、濁度等因素對流量計的影響,選擇能夠滿足流量計要求的流體環(huán)境。
在確定超聲波流量計安裝位置時,應(yīng)避免各種可能的干擾因素和阻力源,確保超聲波流量計能夠正常工作并獲取準(zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)。例如,要遠(yuǎn)離管道的彎曲、分岔、閥門等區(qū)域,避免因管道結(jié)構(gòu)不規(guī)則或有阻力源造成流動不穩(wěn)定和測量誤差,兼顧安裝位置的通暢度和可操作性,確保流量計的安裝和維護便捷,并盡量減少對管道系統(tǒng)的影響和干擾。
1.2 安裝傳感器
在安裝超聲波流量計傳感器時,需考慮傳感器的安裝方向和角度,通常應(yīng)垂直于流體流向,并與管道軸線保持一定夾角,確保傳感器能夠充分感知流體流動,減小對流速測量的影響,還需正確固定和密封傳感器,確保其穩(wěn)固可靠地安裝在管道上,并能夠正常工作。
選擇適合管道直徑和材料的安裝支架或固定裝置,將超聲波流量計傳感器牢固地安裝在管道上,避免因振動或外力影響而導(dǎo)致傳感器位置變動,使用耐高壓、耐腐蝕的密封材料對傳感器進(jìn)行密封,防止流體泄漏或外部介質(zhì)的進(jìn)入,保證傳感器處于正常工作環(huán)境,注意傳感器與管道之間的間隙和對中情況,確保傳感器與管道之間接觸緊密,避免因安裝不當(dāng)影響測量準(zhǔn)確性。
1.3 設(shè)置參數(shù)
超聲波流量計通常具有多種測量模式,包括單向測量、雙向測量、熱插拔測量等,超聲波流量計雙向中水流量測量情況見表1。以雙向測量模式為例,設(shè)置參數(shù)時,需根據(jù)實際測量需求選擇合適的測量模式,對于中水流量測量,一般采用雙向測量模式,既可以測量正向流量,又可以測量反向流量,確保對流量變化的全面監(jiān)測,并根據(jù)具體情況設(shè)置測量周期和采樣頻率,滿足流量變化的實時監(jiān)測需求。
表1 超聲波流量計雙向中水流量測量情況
在設(shè)置超聲波流量計參數(shù)時,應(yīng)根據(jù)傳感器型號和安裝環(huán)境調(diào)整傳感器參數(shù)和信號處理方式,優(yōu)化流量計的測量性能,包括設(shè)置傳感器的頻率范圍、發(fā)射和接收角度、傳感器間距等參數(shù),以及選擇合適的信號處理方式和濾波算法,提高流量計的信號穩(wěn)定性和抗干擾能力,還需要根據(jù)流體介質(zhì)的特性和管道情況設(shè)置補償參數(shù),如溫度補償、壓力補償?shù)龋_保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
2、測量操作
2.1 啟動超聲波流量計
以壁掛式超聲波流量計為例,其W字安裝法如圖1所示,啟動超聲波流量計之前,需要進(jìn)行系統(tǒng)檢查和準(zhǔn)備工作。檢查超聲波傳感器的安裝位置和連接情況,確認(rèn)傳感器與管道之間的密封性良好,無雜物干擾;檢查設(shè)備的供電情況,判斷數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和監(jiān)測軟件的運行狀態(tài),對設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱和校準(zhǔn),提高測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

圖1 壁掛式超聲波流量計W字安裝法
在完成系統(tǒng)檢查和準(zhǔn)備后,啟動流量計的供電系統(tǒng),確保設(shè)備處于工作狀態(tài),通過監(jiān)測軟件或控制面板設(shè)置測量參數(shù),包括流速范圍、采樣頻率等;還要啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),開始采集流量數(shù)據(jù)。在采集過程中,實時監(jiān)測流量數(shù)據(jù)的變化,并進(jìn)行記錄和分析,根據(jù)需要隨時調(diào)整測量參數(shù)和監(jiān)控設(shè)備狀態(tài),確保測量的準(zhǔn)確性和可靠性。
2.2 觀察顯示
常見的觀察方式是通過超聲波流量計系統(tǒng)提供的監(jiān)測界面或監(jiān)測軟件來實時顯示流量數(shù)據(jù),測量過程中,超聲波流量計會不斷采集流速數(shù)據(jù),并將其以圖表或曲線的形式顯示在監(jiān)測界面上,可以清晰地反映流量隨時間的變化趨勢,超聲波流量計中水流量實時監(jiān)測情況見表2。通過監(jiān)測界面,操作人員可以隨時觀察到當(dāng)前的流量數(shù)值,以及流量的波動情況,及時發(fā)現(xiàn)異常情況并處理。例如,當(dāng)發(fā)現(xiàn)流量突然增大或減小時,可能意味著管道堵塞或流速異常,需要及時采取措施進(jìn)行調(diào)整或維修。
表2 超聲波流量計中水流量實時監(jiān)測情況

超聲波流量計系統(tǒng)通常配備報警功能,可以根據(jù)預(yù)設(shè)的報警條件,在出現(xiàn)異常情況時及時發(fā)出警報提示。這些報警條件可以根據(jù)實際需求進(jìn)行設(shè)置,例如,流量超出正常范圍、傳感器失效、供電中斷等。當(dāng)超聲波流量計系統(tǒng)檢測到滿足報警條件的情況發(fā)生時,會自動觸發(fā)報警裝置,發(fā)出聲音或光閃爍等提示,提醒操作人員注意并及時處理。
2.3 記錄數(shù)據(jù)
超聲波流量計可以通過內(nèi)置的數(shù)據(jù)記錄功能,實現(xiàn)對中水流量的實時數(shù)據(jù)記錄。在測量過程中,流量計系統(tǒng)會持續(xù)采集水流的流速數(shù)據(jù),并將這些數(shù)據(jù)記錄在內(nèi)部存儲器中或通過連接的數(shù)據(jù)采集器傳輸?shù)酵獠看鎯υO(shè)備中,數(shù)據(jù)記錄頻率可根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)置,選擇按秒、按分鐘或按小時等不同時間間隔進(jìn)行記錄。
超聲波流量計的數(shù)據(jù)記錄功能允許實時捕獲中水流量的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)通常以流速的形式被記錄,并可通過一定的時間間隔進(jìn)行采樣,為計算特定時間段內(nèi)的總流量,利用下式計算:Q=ViA△ti,式中,Q為總流量,表示在特定時間段內(nèi)通過管道的水的總體積;Vi為在每個采樣時間間隔Δti內(nèi)測得的平均流速;A為管道的橫截面積,這通常是已知的固定值,取決于管道的直徑;Δti為每個采樣時間間隔的長度,可以是秒、分或時等。超聲波流量計還可以通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能,將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)測中心或云端服務(wù)器中,實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)記錄和管理,利用互聯(lián)網(wǎng)或無線通信技術(shù),流量計系統(tǒng)可以將實時測量數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器中,并進(jìn)行實時監(jiān)測和記錄。
2.4 定期維護
定期清潔超聲波流量計傳感器表面,去除附著的污物和沉積物,確保傳感器能夠正常發(fā)射和接收超聲波信號。定期校準(zhǔn)流量計,消除由于長時間使用而導(dǎo)致的測量誤差,校準(zhǔn)過程中需使用標(biāo)準(zhǔn)流量源進(jìn)行比對,調(diào)整流量計的參數(shù),確保其輸出值與實際流量值一致,超聲波流量計維護校準(zhǔn)記錄見表3。
表3 超聲波流量計維護校準(zhǔn)記錄

除清潔和校準(zhǔn)傳感器外,還需要檢查電源供應(yīng)是否正常,確保設(shè)備能夠正常工作;檢查信號處理模塊和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運行狀態(tài),確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性;檢查連接線路和接口是否松動或損壞,若有則及時進(jìn)行修復(fù)或更換。
2.5 校準(zhǔn)與驗證
選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)流量源作為校準(zhǔn)參照,通常采用標(biāo)準(zhǔn)流量計或標(biāo)定管進(jìn)行比對,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)流量源的流量值和超聲波流量計的輸出值進(jìn)行對比,調(diào)整流量計的參數(shù)使其輸出值與標(biāo)準(zhǔn)流量值一致,包括調(diào)整超聲波傳感器的位置、角度、靈敏度等參數(shù),以及校準(zhǔn)流量計的電子設(shè)備和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。還需驗證超聲波流量計在實際使用環(huán)境中的測量性能,包括對超聲波流量計進(jìn)行實際流量測量,并與其他獨立測量方法進(jìn)行比較。例如,在流量計周圍安裝標(biāo)準(zhǔn)流量計或標(biāo)定管,記錄兩者的測量值,進(jìn)行比對分析,還可以利用其他測量設(shè)備對中水流量進(jìn)行獨立測量,并與超聲波流量計的測量結(jié)果進(jìn)行對比驗證。
3、結(jié)束語
通過本研究對超聲波流量計在測量中水流量中的應(yīng)用進(jìn)行深入分析,可以更好地理解其工作原理和特性,為解決水資源管理中的實際問題提供有效的技術(shù)支持。
作者:金川集團工程建設(shè)有限公司 韓桂蘭、魏毓志
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