調水工程測流中超聲波流量計應用分析

王來印

（山東省調水工程運行維護中心東營分中心，山東 東營 257000）

我國水資源匱乏，調水工程在維持國民經濟持續發展中起著關鍵性作用，如何提升調水工程測流的精度，對緩解水資源匱乏壓力，提升水資源利用率等方面具有重要意義。傳統調水工程測流中，多采用流速儀，但流速儀結構比較復雜，而且長時間在惡劣環境運行極易發生各種故障，不利于調水工程運行穩定性和智能化的提升。

超聲波流量計中融入了先進的電子技術和材料技術，自動化監測、提升現場監測精度方面具有顯著優勢?；诖耍_展超聲波流量計在調水工程測流中的應用研究就顯得尤為必要。

1 工程概述

棘洪灘入庫泵站設計流量23.0m3/s。棘洪灘水庫設計最高蓄水位14.2m，總庫容1.58 億m3，相應水面面積14.529km2，設計死水位6.5m，死庫容4780 萬m3，相應水面面積13.66km2，最大調節庫容1.104 億m3，向青島市日供水規模為33.23 萬t（凈日供水30 萬t）。本項目位于引黃濟青東營市境內的預備河管理站，換能器安裝在倒虹閘前200m水流平穩處。

2 超聲波流量計原理與安裝調試

2.1 原理

一套完整的超聲波流量計由超聲波發生器、超聲波接收器、電子線路、流量顯示、累計系統等結構共同組成。超聲波流量計測流原理如圖1 所示。

圖1 超聲波流量計測流原理圖

從圖1 中可以看出，超聲波流量計測流的主要原理是：通過檢測流體流動對超聲波造成的影響來對流量進行測量，主要利用了時差法。先用換能器1 發射超聲波，經過渠道壁1、流體、渠道壁2 后，被另一側的換能器2 接收到。同時，換能器也同樣發射同頻率超聲波，經過渠道壁2、流體、渠道壁1 之后，被換能器1 接收。但由于流速的存在，使得二者接收的時間不同，存在一定的時間差，通過時間差，就可以獲知流速，從而到具體的流量值。

2.2 安裝調試

超聲波流量計安裝調整主要涉及以下內容：

（1）換能器安裝。要先定位換能器安裝的具體位置，在調水工程渠道兩側精確定位適合換能器安裝的位置，多采用激光經緯儀進行定位，保證換能器和調水渠中心線成45°夾角。換能器安裝完成后，還要結合調水工程實際情況，確定安裝參數，如聲路長、聲路角、水位計高程等。

（2）主機安裝。超聲波流量計主機安裝的關鍵在于保證超聲波信號電纜和電源線能夠準確連接。尤其是在信號電纜鋪設時，兩個端頭要做好標記，避免發生錯接和混接。

（3）系統調試。首先，輸入超聲波流量計實測安裝參數；然后，在調水渠道有水的情況下，通過流量計進行自檢，檢查每個聲路的實際工作情況，在靜水狀態下檢查一次，動水狀態下再檢查一次，保證靜水狀態下水流測值為0，間接檢查流量計的準確性；最后，檢查超聲波流量計輸出參數，如果一切達到設計要求，就可以正常使用。

3 超聲波流量計在調水工程測流中的具體應用

3.1 應用超聲波流量計技術規范

（1）超聲波流量計標有“接地”標示線路，要在其他設備之前連接。

（2）用于連接RICTRL、RIMOUSTT 的電線和電纜必須適應最低80℃的環境溫度。

（3）提供一個外部開關或斷路器，從而可以從電源起完全斷開設備電源。這個開關或斷路器應安裝在設備附近,易于獲取，并且標記為一個電源供電的分離器。設備必須以開關或斷路器不受阻的方式安裝。

3.2 RISONIC Modular 流量計的應用要點

在網絡瀏覽器上設置一個和RISONIC Modular 流量計相互匹配的系統，本工程在應用RISONIC Modular 流量計時，將其安裝在標準DIN 導軌上，取得了良好效果，具體情況如圖2 所示。

圖2 主機箱子中RISONIC modular 流量計的安裝

為保證RISONIC Modular流量計運行的穩定性和測流進度，在配置RISONIC 模塊時，需要結合調水工程實際情況，正確合理的連接各項硬件設備，具體連接線路示意圖如圖3 所示。

為保證RISONIC Modular流量計的應用效果，需要嚴格按照以下要求進行連接：

（1）連接24V 電源到RICTRL 電源上，將RICTRL 電源連接到RIMOUSTT 電源輸入。

（2）合理連接超聲波換能器。通過直徑為16mm2的低阻抗線，連接RIMOUSTT EARTH 到有效地。通過一根交叉線，如RJ-45 連接RICTRL 以太網界面LAN1 到臺式電腦或是筆記本電腦，用另一根交叉線，將以太網界面LAN2 連接到RIMOUSTT 以太網界面LAN2。

（3）詳細檢查狀態指示燈的工作狀態，保證每個模塊都能正確供電和運行。

3.3 同軸/雙層屏蔽電纜的應用

在調水工程中應用RISONIC Modular 流量計時，可以選擇同軸電纜，也可以選擇雙層屏蔽電纜。其中，同軸電纜應用在傳感器缺乏接地保護，通過壓力管道連接到保護地?；蛘逺ISONIC Modular 流量計中所有的導體和換能器之間完全隔離的情況。同軸電纜連接時，要漏出大約13mm 屏蔽層，如果是外折屏蔽層，則要漏出大約10mm 芯線。連接芯線和屏蔽層到RIMOUSTT 模塊上，具體如圖4 所示。

圖3 硬件設備接線圖

圖4 同軸電纜連接示意圖

3.4 以太網網絡設置

在以太網網絡設置時，要先對電腦中的網絡適配器進行檢查，保證適配器處于正確配置狀態，網絡適配器連接到RICTRL 的RICTRL 的流程如何下：第一步，電機計算機“開始”按鈕，選擇打開控制面板，在開展面板中找到“網絡和共享中心”。第二步，選擇更改適配器設置，點擊屬性。第三步，選擇選擇“Internet Protocol Version 4 (TCP/IPv4) 網絡協議版本4”，點擊“屬性”。第四步，選擇“使用以下IP 地址”，進入“192.168.1.10”作為IP 地址和“255.255.255.0”作為子網掩碼。點擊“確定”，重啟您的電腦（如需要）。

3.5 標準模式中的系統配置

配置RICTRL 應用，推薦的方法是在標準模式中：標準模式中允許如下工作：選擇主測量中的應用程序、配置次測量中的應用程序、添加模擬和數字輸入/輸出、定義數據記錄任務。

4 結語

綜上所述，本文結合工程實例，分析了超聲波流量計在調水工程測流中的應用，分析結果表明，超聲波流量計測流精度、測流自動化等方面有顯著優勢。但在具體應用時，需要結合調水工程的實際情況，合理選擇同軸/雙層屏蔽電纜，合理設置以太網網絡，并在標準模式下進行系統配制，才能發揮出超聲波流量計應有的作用和價值，值得調水工程管理單位高度重視。