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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