时差式外夹式超声波流量计在污水流量测量中的案例分析

外夹式超声波流量计是属于时差式超声波流量计，本文就此型号的超声波流量计在生产中的应用情况作简单分析：

一、时差式超声波流量计用于地面水厂污水计量的可行性分析

1.污水水质:杂质含量小于10g/L，粒径小于1mm的均匀流体。满足时差式超声波流量计的计量要求，准确度≤1%。

2.直管段:上游10D、下游5D(D:流量计的公称口径)。

3.管道材料:钢、不锈钢、铸铁、水泥管、铜、PVC、铝、玻璃钢、硬质金属塑料等。

4.介质温度:介质温度≤110℃。

5.流速范围:(-30～30)m/s。

通过以上几个方面的分析，地面水厂的污水计量可以采用时差式超声波流量计。

二、时差式超声波流量计的工作原理及特点

1.原理:时差式超声波流量计在仪表的内壁或管道的外壁有两个双向对发的振子和接收器。两个振子分别沿逆流和顺流方向发射超声波信号，通过检测双向传输时间差而求得流体流速，进而求出流量。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，其关系符合下面的表达式:

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

ΔT=Tup-Tdown

图1时差式超声波流量计的工作原理图

2.外夹式超声波流量计的特点

(1)高准确度:时差式超声波流量计具有40ps(40×10-12s)的时间分辨率。

举例说明:超声波两个探头距离为0.5m，超声波在50℃水中的传播速度为1500m/s，那么两个探头之间的传播时间为(0.5m)/(1500m/s)=1/3000s。两个探头间的时间分辨数为(1/3000s)/(40×10-12s)=1/12×108次。

(2)高可靠性:超声波流量计具有结构简单，无任何运动部件、无磨损、无阻塞、无压损；实现大范围的动态测量；解决了流量仪表的量程比问题；寿命长，具有长达20年时间的稳定性。

(3)方便安装、维护、检定:外贴式探头超声波流量计设计使其安装、拆卸、检定等对生产工艺无任何影响。

(4)报警、记忆、通讯功能:超声波流量计可人为任意设定流量段，实现报警功能；流量记忆时间长达5年；超声波流量计具有有线通讯功能和无线GSM通讯功能。

三、试验技术指标

1.超声波流量计的测量准确度为1%、重复性误差≤0.2%。试验时以MS900型电磁流量计为基准、误差1%，重复性为0.2%，两种仪表对比示值偏差在±3%范围内。

2.采用外贴式探头超声波流量计对下游电磁流量计无任何影响。

四、超声波流量计试验安装

1.将外夹式超声波流量计安装在注水泵进口、电磁流量计前端，保证超声波流量计管段前10D、后5D(D:流量计的公称口径)，保证安装位置为充满流体的管段。

2.探头采用Z法安装。在安装探头前，选择管材致密部分进行探头安装，需把管外欲安装区域的油漆、锈迹清理干净，然后在探头的中心部分和管壁涂上足够的耦合剂，保证探头与管壁之间无气泡及沙砾。然后把探头紧贴在管壁上捆绑好。

3.探头的安装距离以两探头最内距离边缘为准，在输入了所需的参数后，查看流量计显示窗口所显示的数字。使探头的间距符合显示窗口的数据。

4.把测量点处的管道参数输入到流量计中。

5.流量计投运24小时后进行数据采集，每8小时一次，包括瞬时流量与累计流量，同时采集电磁流量计数据对比。

五、试验效果分析

从表1中可以看出，在录取的20组数据中，只有1组数据“两表对比示值偏差”是 1.05%，其他19组数据对比示值偏差均在1%以内，而且两表示值偏差均为正值，符合不大于1%的误差要求。

六、结论

1.试验前对比的电磁流量计2003年8月在计量检定站检定合格，因此以电磁流量计为基准是可信的。

2.两流量计相对比的示值误差都小于2%，且均为正值，说明超声波流量计的线性度是很好的。

3.安装、维护、检定不受工艺限制。

4.外夹式超声波流量计适合地面水厂污水计量要求。

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