便攜式超聲波流量計的校核與應用
超聲波流量計是一種利用超聲波脈沖來測量流體流量的速度式流量儀表,從20世紀80年代開始進入中國工業生產和計量領域,并涌現出了大量新產品,成為新型流量計的主要品種之一。
便攜式超聲波流量計使用的目的是為了給生產、生活、科研等領域提供更加準確的行業數據,所以對它的準確校核尤為重要。
實驗中使用的是德國nivus公司提供的便攜式超聲波流量計,該流量計特點:便于攜帶、交叉相關數字模式識別、超高精度、絕對的零點穩定、可在滿流和非滿流管渠進行測量,可借助靈活的傳感器安裝系統,進行簡易安裝。可在高污染和含雜質的水體進行測量。簡明的多菜單語言參數設置及編程。獲準德國一級防爆區使用許可[1]。可連接調制解調器和無線電通信設備。在常用的計量設備投入使用之前,要對它進行校核。
本實驗中采用原始的三角堰進行校核,三角堰采用薄壁型直角三角堰,通過超聲波測流對流量進行校核,查驗該設備的精確度,以便投入實際應用時,盡量減小誤差。1三角堰校核流量計的原理(1)首先通過體積法對三角堰進行校核,確保它的準確度。(2)通過流量計實測流量與三角堰量測流量進行比較,校核便攜式超聲波流量計的準確度。2三角堰測流原理和率定2.1原理通過測量堰口上游3~4倍最大水頭處的堰上水頭,根據經驗公式推求出流量。尺寸如圖1所示,為了提供更加穩定的水力條件,在兩個緩流板之間加入礫石,達到緩流目的,每個緩流板分為大小兩種圓孔,錯開排列。直徑分別為1cm、1.2cm。圖1直角三角堰示意圖2.2率定在實驗中,采用體積法來測量堰流的流量。所需實驗裝置,三角堰、量水槽、水泵、水桶、量筒、燒杯、秒表、標尺、記錄用的筆和紙。三角堰基本尺寸為:堰高P=11.55cm,水槽寬B=38.5cm,開口角度90°,水槽高h=40.5cm,開口寬度b=16cm,有效水頭為h1,堰寬B=38.5cm(1)進行零點測量,在零點測量時,必須將水注滿水槽,使水頭從堰口開始流出或流出的水剛剛停止時的水面。防止由于表面張力產生較大的誤差[2]。(2)打開水泵,通過閥門來調節供水水量,通過液位變化記錄不同時刻的有效水頭h1。(3)采用體積法,用秒表記錄節水的初始時間t1和結束時間t2,用水桶在出水口接水,用量筒測量所接水體體積V。通過換算計算出實際流量q和實際高度H=h1+11.55cm。(4)通過經驗公式q=Cd.185.2g.h15/2推求出經驗流量[3]。其中Cd為流量系數,通過查表求得;h1為有效水頭高度。3便攜式超聲波流量計測流3.1超聲流量計安裝(1)首先將傳感器與發射機連接好。將傳感器探頭固定在堰上游3~4倍最大水頭處。(2)接通電源,設置相關參數。(3)傳感器探頭安放要求:探頭要安裝牢固和穩定,流速傳感器探頭的傾斜面要正對介質的來流方向,對于臨時固定的,用管夾將探頭固定于渠底中央,探頭底座不應與渠底有縫隙,保持探頭水平[4]。3.2流量測量通過預置在渠底的傳感器傳輸水流信號,之后經過轉換,在主機中直接顯示出瞬時流量、液位、流速及一段時間總流量。
測流原理:超聲波在流體中傳播時,其流速受流體流速的影響。當聲波在靜止的流體中傳播時,從換能器T1到T2的聲波信號傳送時間與從T2到T1的傳送時間相同;當流體流動時,上游換能器T1向下游換能器T2發射一個信號,同時下游也向上游發射信號,而流體流速作用于聲波信號,將加快從上游到下游方向的信號速度,同時減慢從下游到上游方向的信號速度,兩個信號之間產生了時間差,由此求得液體的流速,再與渠道的流通截面積相乘,計算出流量。3.3試驗數據與分析從表1中可以看出,實際測量流量與超聲波流量計所測流量誤差分布不均,且誤差較大,最大值出現在堰上水頭為5.50cm時,最小誤差出現在堰上水頭為8.20cm時。得出的數據不能采納。由圖2中可以看出代表實測流量紅色方塊所顯示數據大多在最上一層,通過經驗流量計算的用黃色三角代表的流量基本居中,而代表流量計所測流量的綠色線條則在最下。總體趨勢為實測流量大于經驗流量大于流量計流量。通過校核發現流量計所測流量不精準。表1流量水頭對照表實測流量/(m3.s-1)經驗流量/(m3.s-1)流量計流量/(m3.s-1)堰上水頭/cm實測與流量計誤差/%0.0001420.0001470.000152.500.0567160.0002100.0002280.000163.00-0.2396300.0003380.0003320.000253.50-0.2606500.0004130.0003930.000283.75-0.3224000.0004040.0004330.000283.90-0.3063900.0005000.0004660.000474.02-0.0611200.0005000.0004750.000404.05-0.2020400.0005340.0004890.000454.10-0.1568000.0005240.0005190.000454.20-0.1417100.0007280.0005820.000614.40-0.1753800.0007190.0005820.000644.40-0.1100500.0006890.0005790.000604.39-0.2741500.0007870.0006490.000684.60-0.2632400.0008200.0007200.000724.80-0.1216000.0008030.0007770.000694.95-0.1413800.0011900.0009710.000845.42-0.2926300.0012200.0010070.000835.50-0.3197100.0016000.0013530.001156.20-0.2795800.0015500.0014180.001386.32-0.1079100.0031000.0026990.003008.200.025095圖2流量—水頭圖通過檢查發現流量計本身不存在問題,原因可能因為安裝位置不對,參數設置或渠道地面等問題[5]。通過重新調整它的安裝位置,置于3.5倍最大水頭處,將渠底進行整平,保證測量時流量計固定不動,控制流量大小,盡可能創造層流條件,加強緩流板緩流能力(通過放入粒徑適當卵石),通過調整后再次測量所得新數據如表2。由表2中所顯示的數據可以看出,實際測量值與流量計測量值誤差基本保持在5%以內,符合測量精度要求。
表2流量水頭對照表實測流量/(m3.s-1)經驗流量/(m3.s-1)流量計流量/(m3.s-1)堰上水頭/cm實測與流量計誤差/%0.0003812410.0003810.000373.70-0.0294854140.0004012670.0004060.000413.800.0217631580.0004686570.0004860.000474.100.0028662420.0005345780.0005190.000524.20-0.0272693860.0005605190.0005510.000574.300.0169146240.0006122410.0005820.000614.40-0.0199938480.0006170210.0006110.000614.50-0.0113793100.0006759250.0006320.000654.55-0.0383545130.0007444980.0007580.000734.90-0.0194737100.0008124060.0007960.000795.00-0.0275798240.0009306050.0009140.000925.30-0.0113962820.0009785710.0009570.000945.40-0.0394160580.0010061070.0010070.000985.50-0.0259484070.0011215090.0010990.001075.70-0.0459286680.0011753040.0011480.001125.80-0.0470547710.0011900010.0011970.001155.90-0.0336134450.0013113990.0013000.001286.10-0.0239431050.0013792210.0013530.001366.20-0.0139359700.0015360660.0015210.001516.50-0.0234791890.0018021280.0017510.001746.90-0.034474616圖3流量一水頭圖此圖所示曲線較平滑,上下浮動較小。
4在實驗室中應用通過校核后的超聲波流量計在實驗室排水管網模型系統中進行了實際應用,將超聲波流量計安裝在出水管的內壁上,用管夾固定住,之后打開水泵,在模擬系統中有四個可以調節的電磁閥,調整它們的開度,調節不同工況。在每個電磁閥之前還有一個與之串聯的浮子流量計,用來讀取通過該管道的流量。在不同工況下,通過觀察發現,流量計在某一工況下流量基本保持穩定,它的流速剖面是個規則的拋物線。所測流量與排水管網模型系統計算流量見表3。表3流量水頭表液位/m流速/(m.s-1)流量計流量/(m3.s-1)計算流量/(m3.s-1)誤差/%0.0760.84713.60313.4980.0077190.0760.8413.43713.488-0.0038000.0760.8513.49913.4760.0017040.0760.84413.39113.480-0.0066500.0760.85413.54813.4860.0045760.0760.84513.43413.484-0.0037200.0760.85613.58513.4880.0071400.0760.83713.33413.490-0.0117000.0770.84413.65413.4930.011791由表3可以看出計算流量與實際測出的流量誤差基本小于1%,這只能證明在實驗室模擬系統中它具有較高的精確性,但在工程中的實際測流中,由于現場條件比實驗室要復雜很多,所以要具體問題具體分析。實驗室中的試驗只是為了流量計在實際中的應用提供一個參考。5結束語超聲波流量計與目前廣泛使用的其他流量計相比,有很多優點,如系統基本投入較低、雙向測量、大量程比、無壓損、無運動部件和高精度等。
在本實驗中超聲波流量計所測流量與實際流量相差較大,通過調整超聲波流量計傳感器的安裝高度和與堰口的距離,還有體積法測量時計時的精確程度,得出較小的誤差。所以在以后的超聲波流量計校核中要注意傳感器的安裝位置,同時要做到計量的精確。在實驗室中的模擬結果顯示它在管流中測流的可行性,為它在實際應用中的推廣作了理論依據。但實驗室中條件太過理想,與實際情況有差別,在實際應用中還要注意。
更多超聲波流量計相關資料請咨詢江蘇兄弟儀表廠
0517-86807660 葛經理 15161721175 趙經理 15190704923
- 上一篇：河北省農業水資源稅及農業水價綜合改革信息系統架構與功能 2018/5/19
- 下一篇：手持式超聲波流量計在油庫中的安全節能應用 2018/5/16
