超声波流量计在供水企业计量中的应用

李毓斌

摘 要：超声波流量计以其计量方便、经济、准确等优点，在给排水、石油、化工、冶金、以及电力等领域中得到了广泛应用。对超声波流量计在供水企业计量中的应用展开了研究，阐述了时差式超声波流量计的原理，并对其在供水企业应用中存在的问题进行了分析。

关键词：超声波流量计；供水企业；水资源；流速

中图分类号：TH814 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.139

随着我国社会经济的快速发展，我国的水资源日趋紧张，供水企业如何确保用水计量工作的准确性和水资源的有效利用越来越受人们的重视。超声波流量计采用先进的多脉冲技术、信号数字化处理技术和纠错技术，使流量计计量更加精确、经济和方便，其监督测量数据更加准确、可靠，为供水企业生产、计量的准确性提供了保证。基于此，笔者进行了相关介绍。

1 时差式超声波流量计的测量原理

时差式超声波流量计采用了先进的数字处理技术和声波时差探测法，用于测量流体流速对双向声波信号的影响，其传感器探头（T1和T2）以一定的间距安装在管壁外侧，交替发射和接收超声波。当超声波在静止的流体中传播时，从T1到T2的声波信号传送时间与从T2到T1的传送时间相同。当流体流动时，上游传感器T1向下游传感器T2发射一个信号，同时，下游也向上游发射信号。由于流体流速对超声波信号的作用，加快从上游到下游方向的信号传播速度，同时，减慢从下游到上游方向的信号传播速度，两个信号之间便产生了时间差，由此可求得流体流速，再与圆管的流通截面积相乘计算出流量。流体流速的基本计算公式如下：

式（1）中：Vf为流速；K为标定系数；dt为上下游传感器测量时间差；TL为测量出的声波平均穿过流体时间。

测量原理如图1所示。

2 供水管道A超声波流量计无信号的原因

影响时差式超声波流量计计量的因素很多，比如传感器探头的安装方式、上下游直管段的长度、工艺管道参数等。为了确定供水管道A时差式超声波流量计出现信号中断的原因，分别从以下2方面进行了检测分析。

2.1 换能器探头安装方式的检测

目前，传感器探头的安装方式主要有V法和Z法两种，如图2和图3所示。其中，V法安装的超声波信号行程会增加1倍，适用于小管径、管道条件好的流量测量；Z法安装超声波信号衰弱较小，适用于大管径，一般而言，D>300 mm的管道易采用Z法安装。

根据传感器探头的安装方式，某供水管管径为DN600，因此，传感器探头采用Z法，安装完成出现了信号中断的现象；采用V法安装方式进行试验发现，无论采用哪一种安装方式，均会出现信号中断的现象。所以，排除了安装方式原的因。

2.2 上下游直管段长度检测

对超声波流量计安装在直管段上下游的长度有明确的要求：上游直管长度在10D以上，下游在5D以上，同时，尽量远离泵和阀门，避免有扰动因素产生。根据时差式超声波流量计计算管道内流体流速的公式，标定系数K是雷诺数的函数，当直管道不满足长度要求要求时，流体从稳定层流过渡成紊流状态，流速分布不均匀，标定系数K将产生较大的变化，引起测量准确度下降。如果在靠近三通、阀门的区域（即不满足直管段长度）安装传感器探头，流体易从层流转成紊流、涡流状态，紊流、涡流的产生使流体中有一定的气体存在。由于气体会受到一定的声阻抗，使声束分散，尤其是当含气量大时，将大大减小超声波信号的强度，造成信号中断。

根据上述分析及现场勘测发现，该供水管道A时差式超声波流量计安装位置、下游长度不满足要求，在探头安装位置下游附近管道管径由DN600变为DN800，且接有1根DN200的支管。因此，在供水高峰期时，此段因受到三通、阀门的影响，水流易产生紊流、涡流，进而产生气泡，大大减小了声波信号的强度，导致时差式超声波流量计出现信号中断的现象。将传感器探头向一侧移动7 m后，其位置满足了上下游直管段长度的要求，利用便携式超声波流量计在此位置进行水流计量检验，其结果信号良好。由此可见，之前传感器探头安装直管段长度不满足要求造成了信号中断。

通过上述分析得出，供水管道A超声波流量计在供水期间出现信号中断是因传感器探头安装位置不满足直管段长度要求而造成的。

3 超声波流量计的改造

根据上述故障分析，结合超声波流量计拆除、安装方便的特点，此次改造不需要改动管路，仅改变传感器探头安装位置即可。

根據传感器探头安装位置直管段长度的要求，该供水管道A计量井向一侧移出7 m，沿用原超声波流量计，重新安装，安装方式采用Z法。计量井设计要求防水，设置了日常巡检站台，底部设计了水槽，且有爬梯至底部。

由于供水管道A埋设在地下，其外管壁涂有防锈漆，会出现较小的腐蚀坑。在安装前，先对管道表面进行清污处理。具体处理措施如下：①探头平行安装于地面，即水平安装，分别位于管道水平两侧；②去除管道表面的防护层，清除管道表面的铁锈、污垢等；③打磨安装位置，打磨面积为探头面积的3倍；④将耦合剂涂满探头的整个发射表面，不能有气泡存在；⑤在打磨管道表面涂上硅脂；⑥将探头牢牢地贴紧在管壁上，用钢带固定探头（探头发射方向相对）。

4 结束语

综上所述，在供水企业中，时差式超声波流量计具有卓越的性能和广泛的适用性，且计量结果精确、可靠。但在供水企业超声波流量计的应用中，对超声波流量计的安装要求十分严格。因此，在超声波流量计的安装过程中，相关安装人员要严格按照规范标准操作，还要加强其维护和管理工作，从而确保计量结果的准确性，促进供水企业的健康发展。

参考文献

[1]肖国灿.超声波流量计在热水交接计量的应用[J].工业计量，2015（S1）.

[2]赵育.超声波流量计在水库供水中的应用与维护[J].吉林水利，2016（01）.

〔编辑：张思楠〕