[導(dǎo)讀] 本文論述了UDF-360數(shù)字式超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)及工作原理，在水庫供水計(jì)量中的應(yīng)用。
窩水庫位于遼寧省遼陽境內(nèi)太子河干流上，壩址以上流域面積6175km2，年徑流量24.5億m3。是一座以防洪為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)供水、并結(jié)合供水進(jìn)行發(fā)電的綜合利用的大（Ⅱ）型水利樞紐工程。有效灌溉面積8.13億m3，多年平均農(nóng)業(yè)供水量6.5億m3/年，工業(yè)供水量0.5億m3/年。2007年，水庫為了進(jìn)一步推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化管理，加強(qiáng)供水計(jì)量管理，合理利用水資源、有效節(jié)約能源，引進(jìn)了一種先進(jìn)的數(shù)字式超聲波流量計(jì)（UDF-360），這是水庫第1次將數(shù)字式超聲波流量計(jì)用于水庫工業(yè)供水計(jì)量管理，并且收到了很好的效果。
1 UDF-360數(shù)字式超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)
UDF-360數(shù)字式超聲波流量計(jì)是基于微處理器技術(shù)，自身完備的流量測(cè)量儀表，與其它常規(guī)類型流量計(jì)或其它超聲波流量計(jì)相比，具有高精度、高可靠性、高性能、低價(jià)格的顯著特點(diǎn)外，還具有中英文雙語窗口化操作，正向、負(fù)向凈累積器，RS-232接口、完善的通訊聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，內(nèi)置流量日月年累計(jì)器，內(nèi)置上電斷電記錄器，內(nèi)置數(shù)據(jù)記錄等優(yōu)點(diǎn)。
2 UDF-360數(shù)字式超聲波流量計(jì)工作原理
當(dāng)超聲波束在液體中傳播時(shí)，液體的流動(dòng)將使傳播時(shí)間產(chǎn)生微小變化，其傳播時(shí)間的變化正比于液體的流速，其關(guān)系符合下面表達(dá)式：
其中
θ為聲束與液體流動(dòng)方向的夾角
M為聲束在液體的直線傳播次數(shù)
D為管道內(nèi)徑
Tup為聲束在正方向上的傳播時(shí)間
Tdown為聲束在逆方向上的傳播時(shí)間
圖1
3 UDF-360數(shù)字式超聲波流量計(jì)安裝實(shí)施方法
3.1 選擇測(cè)量點(diǎn)
超聲波流量計(jì)的安裝，只要選擇一個(gè)合適的測(cè)量點(diǎn)，把測(cè)量點(diǎn)處的管道參數(shù)輸入到流量計(jì)中，然后把探頭捆綁在管道上即可。為了保證測(cè)量精度，選擇測(cè)量點(diǎn)時(shí)要求選擇流體流場(chǎng)布均勻的部分，一般應(yīng)遵循下列原則：要選擇充滿流體的管段，如管路的垂直部分（流體最好向上流動(dòng)）或充滿流體的水平管段。測(cè)量點(diǎn)要選擇距上游10倍直徑，下游5倍直徑以內(nèi)均勻直管段，沒有任何閥門、彎頭、變徑等干擾流場(chǎng)裝置。要保證測(cè)量點(diǎn)處的溫度在可工作范圍以內(nèi)。充分考慮管內(nèi)壁結(jié)垢狀況，盡量選擇無結(jié)垢的管段進(jìn)行測(cè)量。實(shí)在不能滿足時(shí)，需把結(jié)垢考慮為襯里以求較好的測(cè)量精度。選擇管材均勻密致，易于超聲波傳輸?shù)墓芏巍y(cè)量點(diǎn)的選擇見圖2。
圖2 探頭安裝點(diǎn)
3.2 探頭接線、安裝
探頭連線采用高頻雙絞線，采用高頻雙絞線的好處是信號(hào)損耗小，抗干擾性好，抗干擾性能大大提高。如果使用單屏蔽的常規(guī)高頻電纜，會(huì)使機(jī)器性能下降，外界干擾信號(hào)大的時(shí)候，不能正常測(cè)量。
在安裝探頭之前，選擇出管材致密部分進(jìn)行探頭安裝，須把管外欲安裝探頭的區(qū)域清理干凈，除去一切銹跡油漆，最好用角磨機(jī)打光，露出本色，再用干凈抹布蘸丙酮或酒精擦去油污和灰塵，然后在探頭的中心部分和管壁涂上足夠的耦合劑，然后把探頭緊貼在管壁上捆綁好。（如果沒有清理干凈則采集不到信號(hào)，兩個(gè)探頭要安裝在管道管軸的水平方向上）
探頭安裝方式常采用兩種方法。這兩種方式分別是V法、Z法。下面分別說明。一般地在小管徑時(shí)（DN15~200mm）可先選用V法；V法測(cè)不到信號(hào)或信號(hào)質(zhì)量差時(shí)則選用Z法，管徑在DN200mm以上或測(cè)量鑄鐵管時(shí)優(yōu)先選用Z法。
3.2.1 V法（常用的方法）
V法一般情況下是標(biāo)準(zhǔn)的安裝方法，使用方便，測(cè)量準(zhǔn)確。可測(cè)管徑范圍為15mm至大約400mm；安裝探頭時(shí)，注意兩探頭水平對(duì)齊，其中心線與管道軸線水平。（見圖3）
圖3 V法安裝圖
3.2.2 Z法（最常用的方法）
當(dāng)管道很粗或由于液體中存在懸浮物、管內(nèi)壁結(jié)垢太厚或襯里太厚，造成V法安裝信號(hào)弱，機(jī)器不能正常工作時(shí)，要選用Z法安裝。原因是，使用Z法時(shí)，超聲波在管道中直接傳輸，沒有折射（稱為單聲程），信號(hào)衰耗小。
Z法可測(cè)管徑范圍為100mm至6000mm。實(shí)際安裝流量計(jì)時(shí)，200mm以上的管道都選用了Z法（這樣測(cè)得的信號(hào)最大）。（見圖4）
圖4 Z法安裝圖
4 安裝及運(yùn)行過程中需要注意的問題
為了精確的測(cè)量水量，安裝前用便攜式流量計(jì)對(duì)所選擇的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，通過測(cè)量的數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步判斷測(cè)量點(diǎn)選擇的是否合適，并注意遠(yuǎn)離大功率的機(jī)電設(shè)備。安裝好以后，還應(yīng)不定期到安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡視檢查：主要看探頭是否松動(dòng)移位；同時(shí)看安裝現(xiàn)場(chǎng)的變化情況，有無增加大功率的機(jī)電設(shè)備造成磁場(chǎng)干擾。
5 結(jié)語
由于窩水庫是首次將數(shù)字式超聲波流量計(jì)應(yīng)用于工業(yè)供水計(jì)量，填補(bǔ)了窩水庫供水無計(jì)量設(shè)施的空白，為水庫供水管理提供了準(zhǔn)確詳實(shí)的依據(jù)，給水庫帶來了一定的經(jīng)濟(jì)效益。