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超声波流量计在冶金企业水计量中大有作为 流量计技术指标

时间:2020-07-30    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
冶金企业是连续综合作业,不但是耗能大户也是耗淡水大户。水是一种地球上的一种特殊资源,特别是淡水更是频临稀缺资源,地下水的吨水成本逐年大幅提高。节约用水已经不仅仅是一个企业经济问题,更重要的是一个关乎企业持续发展与社会民生和谐发展的重大社会问题。

计量是企业节约用水绩效的测量技术支撑,计量对企业合理控制用水有着不可替代的显示作用和指导作用。测量技术的支撑对实现企业信息化管理起着基础作用。

企业中的水计量,原来大多采用机械式水表,它存在着如下缺陷:⑴精度低,正负偏差大;⑵易损坏;⑶校验或校准不便捷;⑷接表管道缩径造成水压力损失;⑸不能显示实时流量;⑹特别是计量数据无法通过网络进行远程传送,不能适应企业信息化需求。技术人员经过对工业液体流量仪表的资料审阅和实物对比,结合企业信息化建设需求,大多转而采用超声波流量计进行水计量。据了解,莱钢、济钢等大型冶金企业集团计量处对总公司与炼铁厂、炼钢厂、各轧钢厂、动力厂之间的水计量已逐步采用超声波流量计,并尝试用便携式进行比对。

一、超声波流量计的测量原理

超声波流量计是一种非接触式流量计。工作原理是:超声波在流体中传播时其传播速度要受到流体流速的影响,通过测量超声波在流体中传播速度可以检测出流体的流速而换算出流量来。

以使用广泛的时差法超声波流量计为例,当超声波在流体中传播时顺流方向超声波的传播速度会增大、逆流方向则减小,即同一传播距离就有不同的传播时间,再利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速而换算出流量。即当超声波束在管道内水介质流动方向上的“上游传感器”与“下流传感器”之间传播时,水的流动会使超声波束的传播时间相对于静态传播产生一个微小变化,并且这个传播时间的变化与水的流速成正比,这就是时差式超声波流量计的测量原理。

其关系的理论表达式如下式:V=MD/sin2θ×△T/TupTdown

其中,M—为超声波束在水中的直线传播次数

θ—为超声波束与水流动方向的夹角

Tup—为超声波束在正方向上的传播时间(由上游传感器到下游传感器间的传播时间)

Tdown—为超声波束在逆方向上的传播时间(由下游传感器到上游传感器间的传播时间)

△T=Tup-Tdown

二、超声波流量计的特点

超声波流量计基于微处理技术,大多采用集成电路及低电压宽脉冲发射技术而设计的。在测量技术上,为取得更高的分辨率和更大的测量范围,多使用0.1ns超高分辨率时间测量线路。它专门用于液体介质测量特别是水的测量。其显著特点是:精度等级为±1.0%,可在不停产状态下带压安装,主机既可安装于值控室还可输出电流、脉冲等标准信号并可利用RS232或RS485接口通讯进行计量数据远程传送。另外该流量计具有高可靠性、低功耗、抗干扰、安装维护方便之优点。

三、超声波流量计的构造与安装

1、超声波流量计的构造

超声波流量计一般可分现场传感器(即探头),传输电缆,显示主机三大部分。其传感器有外夹式、插入式、法蓝式(即管段式),显示主机分固定式、便携式,而便携式主机可配备外夹式传感器对固定在线运行的超声波流量计进行比对(现场校准)且安装十分简便(约10多分钟)。

2、超声波流量计测量点的确定

超声波流量计需先选取一个适宜的测量点,然后把测量点的水管参数输入流量计中,最后将传感器(即探头)安装在水管上。

⑴测量点的一般要求

超声波流量计的测量点要求需在一定长度的直管段上,即选择水流分布均匀的管段,以减少测量误差。

⑵测量点的选取原则

a、测量点宜选择距上游(水流来方向)10倍管径长度、距下游(水流去方向)5倍管径长度的均匀直管段(即上、下游阀门在该长度以外,或水管的拐点在该长度之外)。
b、该直管段的材质要均匀无疤、裂痕以利于超声波传输。
c、该直管段的内壁应无水垢(若略有水垢有条件时可用蒸汽或高压水吹扫)。
d、该直管段要充满水(无论垂直或水平管段)。

3、超声波流量计传感器的安装

超声波流量计传感器的安装质量直接关乎水流量测量的准确性、可信度和运行可靠性。

⑴超声波流量计传感器(探头)的分类

常用的超声波流量计传感器按安装方式有如下三种:

外夹式传感器—安装时需将管外壁的拟安装位置打磨光滑后用耦合剂将传感器(探头)贴于管外壁再用专用夹紧装置固定。该方式能方便地在管外进行水流量测量,也适合便携式。缺点是易因耦合剂的处置不当引起信号接收状态恶变而影响测量的稳定性。

插入式传感器—安装时用钻孔工具在不停产状态下将传感器(探头)插入管路中。优点是能在水管内壁结垢或水中带气情况下实现稳定可靠的测量。

管段式传感器—安装时需要切开选定的直管段,采用法蓝联接。产品已经过专门出厂标定,好处是传感器可以不停产进行维修,特点是测量准确度高。

⑵超声波流量计传感器(探头)的安装

超声波流量计传感器(探头)的安装位置一般选择两个传感器(探头)管轴在输水管道的管轴水平方向上或与管轴水平面成45度夹角。

超声波流量计传感器(探头)的安装方式有Z、V、N、W方式。其中N、W方式适用于管径为50mm以下的输水管道,因使用难度和性价比较高而很少应用。常用方式有两种:

a、“V”方式安装

“V”式安装是标准的安装方法,可测管径范围为25mm—400mm。安装传感器(探头)时须注意上下游两传感器(探头)水平对齐,使其中心连线与输水管道轴线水平一致。(示意图见说明书)

b、“Z”方式安装

“Z”式安装一般适用于输水管道粗或水介质不很洁净或管道内壁有水垢而使“V”式安装信号失真状况。一般说来,300mm以上管径的输水管道选用“Z”式安装较适宜,“Z”式安装的可测管径范围通常在100mm—600mm。安装传感器(探头)时须注意上下游两传感器(探头)与输水管道轴线在同一平面内,且上游传感器(探头)在低位、上游传感器(探头)在高位。(示意图见说明书)

⑶超声波流量计传感器探头的安装检查

a、主要检查传感器(即探头)的安装位置是否适宜。
b、与水管外壁的结合是否光滑紧密。
c、通过主机检查信号强度和信号质量,观察传感器是否能够接收到使主机正常工作的超声波信号。

4、超声波流量计的调试

⑴按流量计要求输入管道参数,并记录。

⑵对上下游传感器(即探头)的安装位置、间距、管道接合度进行调整,将上下游两个方向上接收的信号强度调整至较强(信号强度越大则测量值越稳定、可信度越大,越能长时可靠运行)。

5、超声波流量计计量数据的远传与共享

技术人员通常通过PC机或其他通信设备实现超声波流量计的通信,用适当的串行口电缆将超声波流量计的标准串行口与上位机串口联接起来,用软件在上位机上发出预先设置的命令,就可使流量计发出相关的应答信号。

技术人员使用超声波流量计的标识码作为网络地址码,使用相应命令集作为通信协议,使用流量计的电流环及其OCT输出来控制步进式(或模拟式)电磁阀的开度,继电器输出可控制其他设备的上下电,既可实现数据采集又可实现远程控制(数据的传送硬件在较近距离时使用RS232或RS485接口通讯,在较长距离时采用电流环或无线传输),通过以太网将流量计数据传入企业网实现公司内相关二级单位的数据共享。并实现了水计量的实时监控状态。

江苏厚德仪表有限公司主要致力于标准校验、温度、压力、物位、流量等仪器仪表的研发与生产,并提供自动化控制系统的现场解决方案。为广大电力、石油、冶金、化工、环保、制药等企业的生产更化、更节能化、更安全化服务。下面给大家带来仪表的小知识:如何正确安装和维护金属管浮子流量计

一、金属管浮子流量计的安装注意事项:
1.金属管浮子流量计安装到工艺管道之前,工艺管道应该吹扫,将管道内的焊渣清洗干净,防止管道中杂质堵塞仪表,影响正常使用。
2.为了保证测量精度,推荐在流量计上游安装5DN的入口直管段,下游安装250mm出口直管段。
3.金属管浮子流量计有垂直安装和水平安装形式,如果是垂直安装形式,安装垂直度应该保证优于1%,如果是水平安装形式,安装水平度都应该保证优于1%。
4.若介质中含有固体杂质,应在阀门和直管段间加装过滤器;若介质中含有铁磁物质,应在金属管浮子流量计的上游安装磁过滤器。
5.由于金属管浮子流量计安装了一个磁远传系统,要确保周围其他设备产生的磁场不影响测量结果。
6.若被测介质为大的脉动流或两相流,应在流量计的上游安装缓冲器来消除或减弱脉动,保证介质的流动是单相稳定的,同时,建议流量计好使用阻尼型的。
7.测量气体的流量计,是在特殊压力下的校准,如果气体在流量计的出口直接排放到大气,将会在浮子处产生较大的压力损失,引起数据失真,如果这样的工况条件,应该在流量计的出口安装一个阀门,以便对所需流量值进行设定。当浮子上方维持标校压力时,气体将在阀门处膨胀。
8.为便于清洗和维护,保证生产正常运行,建议设旁通管路。
9.安装管路的轴线必须与流量计同轴,并适当地支撑管道以避免振动和减小流量计所受应力,测量系统控阀应安装在流量计下游。
10.安装内衬聚四氟乙烯的金属管浮子流量计时,紧固法兰螺栓时应对称紧固且勿过紧,以防四氟变形。
二、金属管浮子流量计的维护注意事项:
1.金属管浮子流量计属于精密设备,所以在运输、安装、储存、和使用过程中,必须轻拿轻放,杜绝野蛮运输,过应力安装,随地乱放现象。一定要保证指示器和传感器的相对位置不能改变,一旦相对位置发生改变,会直接影响仪表的测量精度。
2.金属管浮子流量计通常不需进行维修。但在长期使用过程中,管道不可避免要有铁磁性物质吸附在浮子上,如果杂质过多,会将浮子卡死或影响测量精度,所以要对流量计的传感器进行清洗。如果在流量计的入口处装有磁过滤器,也要对磁过滤器定期清洗。清洗时必须将流量计或过滤器从管道上卸下来。
3.对电远传及带报警限位开关的流量计在使用前,打开仪表盖,按说明书正确接线。对于报警型的旋松限位开关处的螺丝,用户根据需要设定限位报警位置,并旋紧螺丝,复原后使用。
4.用于气体测量时,应保证管道压力不小于5倍仪表压力损失,以确保浮子工作稳定。一般测量气体的仪表配有气体阻尼器,以大限度减小浮子震荡。为进一步确保浮子的稳定性,可以在流量计的出口安装一个节流阀或适当的孔板。
5.金属管浮子流量计使用时应缓慢开启和关闭阀门,以免仪表损坏。若开启流量计时,由于管道内没有压力或系统还未达到仪表正常使用的工作压力,必须缓慢开启控制阀,直到系统正常,仪表方可使用,否则容易造成指针跳动或浮子的突然撞击而损坏的现象。
6.用户使用时,若被测流体的密度与水不同时,或被测气体的参数和工作状态与制造厂家规定不同时应对流量计示值读数进行换算,换算方法见修正。

电磁流量计的维护与保养 
1、日常维护 
我们都知道任何产品都需要合理的维护和保养,从而来增加它的使用寿命,那么仪器仪表也不例外(热电偶、变压器、流量计等)。只需对仪表作周期性直观检查,检查仪表周围环境,扫除尘垢,确保不进水和其他物质,检查接线是否良好,检查仪表附近有否新装强电磁场设备或有新装电线横跨仪表。 
若是测量介质容易沾污电极或在测量管壁内沉淀、结垢、应定期作清垢、清洗。 
2、故障查找 
流量计从开始投运或正常投运后,在经过一段时间后发现仪表工作不正常的时候,应首先检查流量计外部情况,如电源是否良好、管道是否泄露或处于非满管状态、管道内是否有气泡、信号电缆是否损坏、转换器输出信号(即后位仪表输入回路)是否开路。切记盲目拆修流量计。 
3、传感器检查 
测试设备:500MΩ绝缘电阻测试仪一台,万用表一只。 
测试步骤: 
(1) 在管道充满介质的情况下,用万用表测量接线端子A、B与C之间的电阻值,A-C、B-C之间的阻值应大至相等。若差异在1倍以上,可能是电极出现渗漏、测量管外壁或接线盒内有冷凝水吸附。 
(2) 在衬里干燥情况下,用MΩ表测A-C、B-C之间的绝缘电阻(应大于200MΩ)。再用万用表测量端子A、B与测量管内二只电极的电阻(应呈短路连通状态)。若绝缘电阻很小,说明电极渗漏,应将整套流量计返厂维修。若绝缘有所下降但仍有50MΩ以上且步骤(1)的检查结果正常,则可能是测量管外壁受潮,可用热风机对外壳内部进行烘干。 
(3) 用万用表测量X、Y之间的电阻,若超过200Ω,则励磁线圈及其引出线可能开路或接触不良。拆下端子板检查。 
(4) 检查X、Y与C之间的绝缘电阻,应在200MΩ以上,若有所下降,用热风对外壳内部进行烘干处理。实际运行时,线圈绝缘性下降将导致测量误差增大、仪表输出信号不稳定。 
(5) 如判定传感器有故障,请与电磁流量计生产厂家,一般现场无法解决,需到厂家维修。 
4、转换器检查 
如判定是转换器故障,经检查外部原因确实没问题的情况下,请直接与电磁流量计生产厂家,厂家一般会采取更换线路板的方式解决。 

 



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