超聲波流量計的工作原理在河水計量中的應(yīng)用

摘要：介紹了超聲波流量計的工作原理、系統(tǒng)組成及實際安裝應(yīng)用。

一、概述：

水是鋼鐵生產(chǎn)的基礎(chǔ)，安陽鋼鐵集團公司在生產(chǎn)中需要用大量的河水，為了準確計量進廠河水的流量，我們使用了UF超聲波流量檢測系統(tǒng)，為公司生產(chǎn)用水按量繳費提供了準確的依據(jù)。

二、工作原理：

UF超聲波流量計，利用時差法超聲探測技術(shù)，即通過檢測超聲波在“順流”和“逆流”的傳播時間差，求得流速，再根據(jù)流速和水流斷面求得流量。如左圖所示，在標準的渠道內(nèi)斜向設(shè)置一對超聲波換能器P1和P2，兩換能器之間的距離為L，由其形成的聲路路徑和水流流向間的夾角為ψ。

當P1發(fā)射超聲波P2接收時，超聲波的正向傳播時間為：T1=L（C+VCOSψ）---（1）（C為靜水中的聲速）

當P2發(fā)射超聲波P1接收時，超聲波的逆向傳播時間為：

T2=L（C-VCOSψ）---（1）

正逆向時間差為：T=T1-T2=L（C-VCOSψ）-L（C+VCOSψ）

將（1）（2）兩式中的C用T1、T2替代后得到V=L·T/2TfT2COSψ---（3）

由（3）式可見，只要測出正逆向的傳播時間T1、T2就可以計算出水的流速，進而求得流量。但是根據(jù)（3）式求得的流速是超聲波傳播路徑上的線平均流速，由于在一個渠道的水流斷面上，各處的流速并不相同，因此僅用一個聲路計算流量將會產(chǎn)生很大的誤差。為提高測量精度，我們在明渠斷面的不同高度上設(shè)置了四路換能器下圖，構(gòu)成多個測量聲路，從而測出水流斷面上的多層流速。同時還設(shè)一個水位換能器，這樣流量計中的計算機可以根據(jù)測得的流速和水位準確地計算出流量Q。為了及時了解流量計的運行情況和檢測數(shù)據(jù)，通過RS232數(shù)據(jù)接口和RS485接口，將數(shù)據(jù)傳給“893”網(wǎng)，供調(diào)度系統(tǒng)和相關(guān)部門使用。

多聲路超聲明渠流量計的流量計算公式為：Q=Q1+Q2+Q3

Q---渠面斷面流量Q1---渠道上層流量Q2---渠道中間各流層流量Q3---渠道底層流量

三、流量檢測系統(tǒng)圖：超聲波流量計檢測數(shù)據(jù)→RS232接口→RS485接口→“893”網(wǎng)絡(luò)

四、流量計的安裝：*先，根據(jù)標準的矩形渠確定出每層換能器的安裝位置分別為400mm、800mm、1200mm、1500mm，然后調(diào)整好聲路的角度ψ，再固定牢固即可。

五、計量數(shù)據(jù)遠傳入網(wǎng)：將流量計采集到的流速、液位、流量等信號，通過RS232數(shù)據(jù)接口和接口協(xié)議轉(zhuǎn)換器RS485傳給“893”網(wǎng)，使各部門及時掌握流量計的運行情況和數(shù)據(jù)趨勢圖。

六、應(yīng)用效果：該系統(tǒng)在安陽鋼鐵集團公司投入運行后，各項技術(shù)指標均達到設(shè)計要求，系統(tǒng)誤差低于±2%，測得的實際用水量為每秒0.69立方米，大大低于原來的協(xié)議用水量1.35立方米，為公司降低生產(chǎn)成本提供了有利的數(shù)據(jù)保障。