超聲波流量計在縣區小型農田水利重點工程中的應用案例分析

一、文章概述
淮安省蘇北某縣區2 0 1 5 年度小型農田水利重點縣工程位于縣轄三個主要鄉鎮內，投資3005.59萬元。主要建設內容:
（1)水源工程：灌溉泵站新建4 0 座;拆建1 座、更新機組4 1 臺套，總裝機功率1120kW;(2)排澇工程
  (2)排澇工程：排澇泵站新建1 4 座，拆建2 座，更新機組1 7 臺套，總設計流量9.4m3/s，總裝機功率645kW;排水涵閘新建2 5 座、改造2 3 座；
（3)高效節水及渠系建設:渠道襯砲14.32km,配套渠系建筑物1933座;微灌4 3 0 畝。工程建成后，將增加有效灌溉面積2.77萬畝，增加節水灌溉面積2.44萬畝，灌溉水利用系數提高到0.65,渠系水利用系數達到0.70以上，項目區糧食生產能力提高1 0 5 ,項目區農民人均增收近百元。
按照新時期“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水思路，在近幾年的工程設計中，該縣增加了節水工程內容，與建筑工程做到同步設計、同步施工、同時完成、同時發揮效益。



二、RZ-1158C超聲波流量計原理：
RZ-1158C超聲波流量計是一種新型流量計，它分為能動型和被動型兩大類。能動型根據工作原理不同又可分為速度差法（超聲波在順流與逆流中傳播速度之差與介質流速有關)、射束位移法(在流體中傳播的超聲波束會因流體的流動而產生偏移，此方法宜測高速流體的流量，準確度較低)和多普勒效應法（對液體中心的懸浮物連續發射超聲波，測量與流束有關的反射波的頻率移動)，超聲波在順流與逆流中傳播速度之差與介質流速有關，測得介質流速即可得出流量。超聲波在順、逆流中傳播情況如圖1 所示。

測定傳播速度差的方法很多，主要有時間差、相位差和頻率差等方法。超聲波在管壁間的傳播軌跡如圖2 所示。

1.流量公式（時間差法）設靜止流體中的聲速為c , 流體流速為v ，
流體靜止時超聲軌跡與管道軸線之間的夾角為θ  , 管道直徑為d，則:存在的問題：



① 聲速c 受介質溫度、密度等變化的影響，且聲速的溫度系數并非常數，當聲速變化時，由此產生的流量測量的相對誤差將等于聲速相對誤差的兩倍;② 時間差Ao的數量級很小。例如GD=300mm，v=1.33m/s，c=1500m/s，0 = 2 0 。時，A t= 1 x 10-6s。如果要保證1 5 的準確度，則要求測量時間差A t 達到0.01s s的準確度，所以對電子線路的要求很高，并且限制了測量流速的下限。時間差法超聲波流量計原理如圖3 所示。

三、RZ-1158C超聲波流量計安裝
1.選擇流量測量點
為保證測量精度和穩定性，傳感器的安裝點應選擇在流場分布均勻的直管段部分（正常使用時管道中必須充滿液體），必須遵循以下原則：
(1) 選擇滿管的位置，如垂直管段(流體向上流動)或水平管段。
(2) 安裝點應選擇上游大于1 0 倍直管徑、下游大于5 倍直管徑以內無任何閥門、彎頭、變徑等均勻的直管段，安裝點應充分遠離閥門、泵、高壓電和變頻器等干擾源。
(3) 避免安裝在管道系統的高點或帶有自由出口的豎直管道上（流體向下流動)-
(4) 對于開口或半滿管的管道，流量計應安裝在U 型管段處。
(5) 兩個傳感器必須安裝在管道軸面的水平方向上，并且在軸線水平位置± 4 5 。范圍內，以防止上部有不滿管、氣泡或下部有沉淀等現象影響傳感器正常測量。如果受安裝地點空間的限制而不能水平對稱安裝時，可在保證管內上部分無氣泡的條件下，垂直或有傾角地安裝傳感器。

2.RZ-1158C超聲波流量計安裝
超聲波流量計安裝時，需將管外壁打磨光滑，擦上硅油，使其接觸良好即可。
超聲波流量計實際測定的是流體速度，它受速度分布不均的影響，故要求變送器前后分別有10D (D 為管道外徑)和5D 的直管段長度。

四、超聲波流量計設置
RZ-1158C超聲波流量計在安裝完成后，需進行初始設置，主要是管道外徑、管壁厚度、管內徑、管道材質類型選擇、流體種類、傳感器類型、傳感器安裝方式、傳感器安裝間距、參數固化及設置、阻尼系數等。初始設置數據需與實際狀況一致，否則得不到正確數值。

五、文章結語
RZ-1158C超聲波流量計屬于非接觸式測量儀表，對流體流動無干擾、無阻力，不產生壓力損失；受介質物理性質的限制比較少，適應性較強。它可用于高溫、高壓、防爆、強腐蝕性、黏性、非導電、渾濁度大的液體的流量測量，而且準確度高;量程比較寬，可達5 : 1;輸出與流量之間為線性;安裝方便。其缺點是當液體中含有氣泡或有噪聲時，會影響聲波傳播;結構復雜，成本高。
2 0 1 6 年4 月， 該縣在2 0 座ZLB3 5 0 灌溉泵站出水管道上安裝了RZ-1158C 型超聲波流量計， 目前運行正常。

在重點縣工程中安裝超聲波流量計，能達到以下幾個目標：為實現全縣灌溉水實時計量提供數據，為實行灌溉水按方收費提供數據支持，為水價改革提供數據支持，為反算泵站工程效率提供數據支持，為節水工程實施效果評價提供相關參數。

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