超声波流量计在县区小型农田水利重点工程中的应用案例分析

一、文章概述
淮安省苏北某县区2 0 1 5 年度小型农田水利重点县工程位于县辖三个主要乡镇内，投资3005.59万元。主要建设内容:
（1)水源工程：灌溉泵站新建4 0 座;拆建1 座、更新机组4 1 台套，总装机功率1120kW;(2)排涝工程
  (2)排涝工程：排涝泵站新建1 4 座，拆建2 座，更新机组1 7 台套，总设计流量9.4m3/s，总装机功率645kW;排水涵闸新建2 5 座、改造2 3 座；
（3)高效节水及渠系建设:渠道衬砲14.32km,配套渠系建筑物1933座;微灌4 3 0 亩。工程建成后，将增加有效灌溉面积2.77万亩，增加节水灌溉面积2.44万亩，灌溉水利用系数提高到0.65,渠系水利用系数达到0.70以上，项目区粮食生产能力提高1 0 5 ,项目区农民人均增收近百元。
按照新时期“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，在近几年的工程设计中，该县增加了节水工程内容，与建筑工程做到同步设计、同步施工、同时完成、同时发挥效益。



二、RZ-1158C超声波流量计原理：
RZ-1158C超声波流量计是一种新型流量计，它分为能动型和被动型两大类。能动型根据工作原理不同又可分为速度差法（超声波在顺流与逆流中传播速度之差与介质流速有关)、射束位移法(在流体中传播的超声波束会因流体的流动而产生偏移，此方法宜测高速流体的流量，准确度较低)和多普勒效应法（对液体中心的悬浮物连续发射超声波，测量与流束有关的反射波的频率移动)，超声波在顺流与逆流中传播速度之差与介质流速有关，测得介质流速即可得出流量。超声波在顺、逆流中传播情况如图1 所示。

测定传播速度差的方法很多，主要有时间差、相位差和频率差等方法。超声波在管壁间的传播轨迹如图2 所示。

1.流量公式（时间差法）设静止流体中的声速为c , 流体流速为v ，
流体静止时超声轨迹与管道轴线之间的夹角为θ  , 管道直径为d，则:存在的问题：



① 声速c 受介质温度、密度等变化的影响，且声速的温度系数并非常数，当声速变化时，由此产生的流量测量的相对误差将等于声速相对误差的两倍;② 时间差Ao的数量级很小。例如GD=300mm，v=1.33m/s，c=1500m/s，0 = 2 0 。时，A t= 1 x 10-6s。如果要保证1 5 的准确度，则要求测量时间差A t 达到0.01s s的准确度，所以对电子线路的要求很高，并且限制了测量流速的下限。时间差法超声波流量计原理如图3 所示。

三、RZ-1158C超声波流量计安装
1.选择流量测量点
为保证测量精度和稳定性，传感器的安装点应选择在流场分布均匀的直管段部分（正常使用时管道中必须充满液体），必须遵循以下原则：
(1) 选择满管的位置，如垂直管段(流体向上流动)或水平管段。
(2) 安装点应选择上游大于1 0 倍直管径、下游大于5 倍直管径以内无任何阀门、弯头、变径等均匀的直管段，安装点应充分远离阀门、泵、高压电和变频器等干扰源。
(3) 避免安装在管道系统的高点或带有自由出口的竖直管道上（流体向下流动)-
(4) 对于开口或半满管的管道，流量计应安装在U 型管段处。
(5) 两个传感器必须安装在管道轴面的水平方向上，并且在轴线水平位置± 4 5 。范围内，以防止上部有不满管、气泡或下部有沉淀等现象影响传感器正常测量。如果受安装地点空间的限制而不能水平对称安装时，可在保证管内上部分无气泡的条件下，垂直或有倾角地安装传感器。

2.RZ-1158C超声波流量计安装
超声波流量计安装时，需将管外壁打磨光滑，擦上硅油，使其接触良好即可。
超声波流量计实际测定的是流体速度，它受速度分布不均的影响，故要求变送器前后分别有10D (D 为管道外径)和5D 的直管段长度。

四、超声波流量计设置
RZ-1158C超声波流量计在安装完成后，需进行初始设置，主要是管道外径、管壁厚度、管内径、管道材质类型选择、流体种类、传感器类型、传感器安装方式、传感器安装间距、参数固化及设置、阻尼系数等。初始设置数据需与实际状况一致，否则得不到正确数值。

五、文章结语
RZ-1158C超声波流量计属于非接触式测量仪表，对流体流动无干扰、无阻力，不产生压力损失；受介质物理性质的限制比较少，适应性较强。它可用于高温、高压、防爆、强腐蚀性、黏性、非导电、浑浊度大的液体的流量测量，而且准确度高;量程比较宽，可达5 : 1;输出与流量之间为线性;安装方便。其缺点是当液体中含有气泡或有噪声时，会影响声波传播;结构复杂，成本高。
2 0 1 6 年4 月， 该县在2 0 座ZLB3 5 0 灌溉泵站出水管道上安装了RZ-1158C 型超声波流量计， 目前运行正常。

在重点县工程中安装超声波流量计，能达到以下几个目标：为实现全县灌溉水实时计量提供数据，为实行灌溉水按方收费提供数据支持，为水价改革提供数据支持，为反算泵站工程效率提供数据支持，为节水工程实施效果评价提供相关参数。

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