[導讀] 本文論述了UDF-360數(shù)字式超聲波流量計的特點及工作原理，在水庫供水計量中的應用。
窩水庫位于遼寧省遼陽境內太子河干流上，壩址以上流域面積6175km2，年徑流量24.5億m3。是一座以防洪為主，兼顧農業(yè)灌溉、工業(yè)供水、并結合供水進行發(fā)電的綜合利用的大（Ⅱ）型水利樞紐工程。有效灌溉面積8.13億m3，多年平均農業(yè)供水量6.5億m3/年，工業(yè)供水量0.5億m3/年。2007年，水庫為了進一步推動標準化管理，加強供水計量管理，合理利用水資源、有效節(jié)約能源，引進了一種先進的數(shù)字式超聲波流量計（UDF-360），這是水庫第1次將數(shù)字式超聲波流量計用于水庫工業(yè)供水計量管理，并且收到了很好的效果。
1 UDF-360數(shù)字式超聲波流量計的特點
UDF-360數(shù)字式超聲波流量計是基于微處理器技術，自身完備的流量測量儀表，與其它常規(guī)類型流量計或其它超聲波流量計相比，具有高精度、高可靠性、高性能、低價格的顯著特點外，還具有中英文雙語窗口化操作，正向、負向凈累積器，RS-232接口、完善的通訊聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，內置流量日月年累計器，內置上電斷電記錄器，內置數(shù)據(jù)記錄等優(yōu)點。
2 UDF-360數(shù)字式超聲波流量計工作原理
當超聲波束在液體中傳播時，液體的流動將使傳播時間產(chǎn)生微小變化，其傳播時間的變化正比于液體的流速，其關系符合下面表達式：
其中
θ為聲束與液體流動方向的夾角
M為聲束在液體的直線傳播次數(shù)
D為管道內徑
Tup為聲束在正方向上的傳播時間
Tdown為聲束在逆方向上的傳播時間
圖1
3 UDF-360數(shù)字式超聲波流量計安裝實施方法
3.1 選擇測量點
超聲波流量計的安裝，只要選擇一個合適的測量點，把測量點處的管道參數(shù)輸入到流量計中，然后把探頭捆綁在管道上即可。為了保證測量精度，選擇測量點時要求選擇流體流場布均勻的部分，一般應遵循下列原則：要選擇充滿流體的管段，如管路的垂直部分（流體最好向上流動）或充滿流體的水平管段。測量點要選擇距上游10倍直徑，下游5倍直徑以內均勻直管段，沒有任何閥門、彎頭、變徑等干擾流場裝置。要保證測量點處的溫度在可工作范圍以內。充分考慮管內壁結垢狀況，盡量選擇無結垢的管段進行測量。實在不能滿足時，需把結垢考慮為襯里以求較好的測量精度。選擇管材均勻密致，易于超聲波傳輸?shù)墓芏?。測量點的選擇見圖2。
圖2 探頭安裝點
3.2 探頭接線、安裝
探頭連線采用高頻雙絞線，采用高頻雙絞線的好處是信號損耗小，抗干擾性好，抗干擾性能大大提高。如果使用單屏蔽的常規(guī)高頻電纜，會使機器性能下降，外界干擾信號大的時候，不能正常測量。
在安裝探頭之前，選擇出管材致密部分進行探頭安裝，須把管外欲安裝探頭的區(qū)域清理干凈，除去一切銹跡油漆，最好用角磨機打光，露出本色，再用干凈抹布蘸丙酮或酒精擦去油污和灰塵，然后在探頭的中心部分和管壁涂上足夠的耦合劑，然后把探頭緊貼在管壁上捆綁好。（如果沒有清理干凈則采集不到信號，兩個探頭要安裝在管道管軸的水平方向上）
探頭安裝方式常采用兩種方法。這兩種方式分別是V法、Z法。下面分別說明。一般地在小管徑時（DN15~200mm）可先選用V法；V法測不到信號或信號質量差時則選用Z法，管徑在DN200mm以上或測量鑄鐵管時優(yōu)先選用Z法。
3.2.1 V法（常用的方法）
V法一般情況下是標準的安裝方法，使用方便，測量準確?？蓽y管徑范圍為15mm至大約400mm；安裝探頭時，注意兩探頭水平對齊，其中心線與管道軸線水平。（見圖3）
圖3 V法安裝圖
3.2.2 Z法（最常用的方法）
當管道很粗或由于液體中存在懸浮物、管內壁結垢太厚或襯里太厚，造成V法安裝信號弱，機器不能正常工作時，要選用Z法安裝。原因是，使用Z法時，超聲波在管道中直接傳輸，沒有折射（稱為單聲程），信號衰耗小。
Z法可測管徑范圍為100mm至6000mm。實際安裝流量計時，200mm以上的管道都選用了Z法（這樣測得的信號最大）。（見圖4）
圖4 Z法安裝圖
4 安裝及運行過程中需要注意的問題
為了精確的測量水量，安裝前用便攜式流量計對所選擇的測量點進行測量，通過測量的數(shù)據(jù)，以進一步判斷測量點選擇的是否合適，并注意遠離大功率的機電設備。安裝好以后，還應不定期到安裝現(xiàn)場進行巡視檢查：主要看探頭是否松動移位；同時看安裝現(xiàn)場的變化情況，有無增加大功率的機電設備造成磁場干擾。
5 結語
由于窩水庫是首次將數(shù)字式超聲波流量計應用于工業(yè)供水計量，填補了窩水庫供水無計量設施的空白，為水庫供水管理提供了準確詳實的依據(jù)，給水庫帶來了一定的經(jīng)濟效益。