1 外夾式超聲波流量計
1.1 選型
對于管道流量的測量，通常使用超聲波流量計和電磁流量計。在選型時，技術和經(jīng)濟是需要同時考慮的兩大因素。一般而言，口徑小于 DN800 的采用電磁流量計，口徑大于 DN800 的采用超聲波流量計。該廠出水管徑 DN1800，屬于大口徑，因此確定采用外夾式超聲波流量計。
1.2 優(yōu)勢
使用方便，只需將探頭按規(guī)定方式夾在管道上就可以測量，無需破管，而且測量精度比較準確。
1.3 原理
測量系統(tǒng)基于時差法原理進行測量。超聲波信號在兩個探頭間進行雙向傳播。探頭既是聲波信號發(fā)生器，也是聲波信號接收器。順流方向上聲波的傳播速度高于逆流方向上聲波的傳播速度。因此，會產(chǎn)生聲波信號運行時間差，該時間差與流體的流速成比例。基于聲波信號運行時間差和管道橫截面積，測量系統(tǒng)計算出流量。
1.4 設置
該廠選用德國某品牌超聲波流量計，在安裝前需要在二次表中進行參數(shù)設置，務必根據(jù)現(xiàn)場實際操作，從而保證流量的準確。主要設置分為三大部分。
1.4.1 管道參數(shù)：包括材質(zhì)(現(xiàn)場為碳鋼)、直徑（這里指外徑D1820，可實際用直尺測量管道外周長，現(xiàn)場取計量部門實測值1824mm）、壁厚 （理論值 14mm，現(xiàn)場取計量部門實測值13.6mm）。
1.4.2 流體參數(shù)：包括介質(zhì)（水）、水溫（采用安裝設置時溫度，考慮到當?shù)啬晡鬯疁刈兓? 月至 9 月可設置為 25℃，10月至次年 4 月設置為 14℃）、探頭距離或線長（系統(tǒng)自動計算數(shù)據(jù)）。
1.4.3 探頭參數(shù)：包括安裝方式（現(xiàn)場為外夾式）、型號（現(xiàn)場為 W-CL-1F-L-B）、電纜長度（現(xiàn)場為 LEN.15m/45feet）。
1.5 安裝
外夾式超聲波流量計對安裝人員要求比較高，安裝的好壞直接影響測量精度，長時間運行后，耦合劑失效，或探頭位置改變都會影響測量，需定期維護。
1.5.1 安裝條件：
a.要有足夠長的直管段，安裝點上游直管段必須要大于 10D(即 18 米)，下游要大于 5D（即 9 米）。該段管道上游距離為 20米，下游距離為 11 米，滿足要求。
b.流體應充滿管道。該段管道一端連接二沉池集配水井，另一端連接紫外**渠，該段管道相當于處在兩個開口容器之間的 U 形管底部部位，從而滿足滿流條件。
c.管道周圍要有足夠的空間便于現(xiàn)場人員操作。現(xiàn)場建有地下流量計井長 6 米，寬 4 米。
d. 所選管段應避開電磁干擾這兩種對測量精度影響較大的情況。周圍是空地，沒有大功率的變頻設備，二次表與探頭之間穿鋼管屏蔽。
1.5.2 安裝步驟：
a.根據(jù)參數(shù)設置時二次表中系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)，即探頭距離或線長進行定位。實際操作時取探頭距離較為簡單。探頭距離取探頭支架兩個銷子之間的距離較為合適，是保證流量數(shù)據(jù)準確的重要因素。因為是水平管道，要選擇管道軸面的水平方向，避開頂部和底部，從而消除氣泡和沉淀的影響。為了取得*好的信號，該廠采用 Z 法安裝，超聲波在管道中直接傳輸，沒有反射，因而信號衰減小。具體方法是，先確定一個點，按安裝距離在水平位置量出另一個點，然后測出此點在管道另一側的對稱點，安裝鋼帶。如圖 1 所示。
Z 法安裝
b.確定探頭位置之后，把兩個安裝點±100mm 范圍內(nèi)的區(qū)域清理干凈，除去一切銹跡油漆，使用砂紙將管道打磨至光亮平滑無蝕坑，再用干凈抹布蘸酒精擦去油污和灰塵，然后在探頭的中心部分和管壁上均勻涂上足夠的耦合劑，務必使整個探頭面厚薄一致。將探頭貼于管外壁，稍用力，檢查探頭面，酌情添補耦合劑，再次貼于管外壁，保證在探頭和管壁之間沒有空氣泡及沙礫，然后把探頭緊貼在管壁上固定好。
1.5.3 安裝注意事項：
a.進口耦合劑價格較貴，該廠嘗試使用上等黃油代替，也取得了良好的效果。耦合劑的均勻涂抹及定期檢查更換是流量準確的重要保證，否則會造成信號逐漸衰減直至不能測量。
b.季節(jié)變化時，鋼帶再緊，在大管徑上使用，也會產(chǎn)生松動，從而造成測量誤差增大，因此應定期緊固，一年一次即可。
c.安裝完畢需要現(xiàn)場調(diào)試。具體方法是：一人在井下緩慢微調(diào)探頭位置，一人在井上觀察二次表信號強度，從而確定信號強度*大的探頭位置。信號強度越大，變化范圍越小，數(shù)字穩(wěn)定時間越長，流量就越準確。理論上信號強度在 30dB 以上即可正常測量流量，但實際使用過程中，只有信號強度達到 45dB，瞬時流量數(shù)據(jù)才能穩(wěn)定，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)突變現(xiàn)象。
d.探頭安裝時要注意方向。該廠流量計一度頻頻歸零，起先找了很多原因，如給流量計井做防水，更換耦合劑等，但是效果并沒有大的改善。結果是雖然頻頻更換耦合劑，但二次表中信號強度*好僅能達到 44dB，且信號強度不穩(wěn)定，浮動較大，導致流量不夠準確。有時甚至涂抹一次耦合劑只能正常顯示數(shù)據(jù)**時間。后來發(fā)現(xiàn)一個探頭在兩根鋼帶內(nèi)側，另一個探頭在兩根鋼帶外側，而兩個探頭應該同在兩根鋼帶內(nèi)側，如圖 2 所示。錯誤安裝方式的結果是聲波信號接收效果不好。將安裝方式更改之后，信號強度*好能達到 70dB，并穩(wěn)定在 60-70dB 之間，從而保證了流量數(shù)據(jù)的準確性。
探頭安裝方式
e.該廠流量計井后是紫外**渠，暴雨情況下瞬時流量激增達到 10000m 3 /h 以上，紫外**渠出水堰板打開不足，導致出水不暢，流量計量管道出現(xiàn)回水沖擊，流量出現(xiàn)歸零現(xiàn)象，可在設置中選擇雙向計數(shù)選項。但*終需解決出水問題。
2 超聲波明渠流量計
2.1 選型
該廠改造后出水經(jīng)二氧化氯**后直接排放，為節(jié)省占地，出水明渠與接觸**池合建，位于接觸池末端。**池出水經(jīng)堰板跌水后通過 2.3 米的孔洞 180°轉彎流入出水計量明渠。如圖 3 所示。采用巴式計量槽+超聲波液位計測定流量。
巴式計量槽示意圖
2.2 優(yōu)勢
超聲波探頭不與水體接觸，免受腐蝕和粘污。巴式計量槽精度高，水頭損失小，不易沉積雜物。
2.3 原理
超聲波液位計與巴式計量槽配合使用，超聲波探頭固定安裝在巴式計量槽水位觀測點位置的水面上方。巴式計量槽把明渠內(nèi)流量的大小轉成液位的高低。流量計通過測量槽內(nèi)的水位，再按相應的水位流量關系反算出流量。
2.4 安裝注意事項
2.4.1 巴式計量槽安裝位置應根據(jù)現(xiàn)場條件實際選取。雖然計量槽的上下游直線段均符合設計手冊的規(guī)定，但工程完工后，計量槽上游液位波動非常大，下游在水量大時會出現(xiàn)壅水現(xiàn)象。當上游水位波動劇烈時，流量數(shù)值也隨之波動，造成測量不準。經(jīng)現(xiàn)場核算后，通過減小**池出水渠至計量槽渠的過洞流速（流速由 2.55m/s 降為 1.33m/s）、加長巴式計量槽上游直線段長度（上游長度由 6.28m 增為 7.8m）、降低巴式計量槽后堰板高度(堰板高度降低 0.4m,實現(xiàn)自由出流)的辦法進行重新施工，實現(xiàn)了出水流量的準確計量。 [3]
2.4.2 超聲波探頭應安裝在量程范圍內(nèi)離巴式計量槽水面較高的位置。該廠雨季瞬時流量可能達到 10000m 3 /h,水量增大，超過*大設計流量 8125 m 3 /h，流量計出現(xiàn)失波報警，從而導致計量不準。這是因為水位升高或有水花，導致聲波進入盲區(qū)。將探頭垂直提高 0.6 米后，保證了計量準確。
2.4.3 超聲波探頭應安裝在巴氏槽測量點的空校值務必測量準確，此值影響流量的準確。
結束語
超聲波流量計因其*的優(yōu)勢有著廣泛的應用，但為了達到準確測量流量的要求，需要技術人員依據(jù)儀表說明書，結合本廠實際情況，不斷總結經(jīng)驗，從而充分發(fā)揮儀表的功能。
