超声流量计部分资料汇总及巴歇尔槽规格和安装.docx

根据对信号检测的原理，超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。1、时差法 测量顺逆传播时传播速度不同引起的时差计算被测流体速度。它采用两个声波发送器(SA和SB)和两个声波接收器超声流量计 （RA和RB）。同一声源的两组声波在SA与RA之间和SB与RB之间分别传送。它们沿着管道安装的位置与管道成角(一般=45)（图1）。由于向下游传送的声波被流体加速，而向上游传送的声波被延迟，它们之间的时间差与流速成正比。也可以发送正弦信号测量两组声波之间的相移或发送频率信号测量频率差来实现流速的测量。超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。特点独特的信号数字化处理技术，使仪表测量信号更稳定、抗干扰能力强、计量更准确。无机械传动部件不容易损坏，免维护，寿命长。电路更优化、集成度高、功耗低、可靠性高。智能化标准信号输出，人机界面友好、多种二次信号输出，供您任意选择。管段式小管径测量经济又方便，测量精度高。2、相位差法 测量顺逆传播时传播时由于时差引起的相位差计算速度。它的发送器沿垂直于管道的轴线发送一束声波，由于流体流动的作用，声波束向下游偏移一段距离。偏移距离与流速成正比。3、频差法 测量顺逆传播时传播时的声环频率差。当超声波在不均匀流体中传送时，声波会产生散射。流超声流量计 体与发送器间有相对运动时，发送的声波信号和被流体散射后接收到的信号之间会产生多普勒频移。多普勒频移与流体流速成正比。图2中被测流体的区域位于发射波束与接收到的散射波束的交叉之处。要求波束很窄，使两波束的夹角不致受到波束宽度影响。也可只采用一个变换器既作为发送器又作为接收器，这种方式称为单通道式。在单通道多普勒血液流量计中，发送器间隔地发送声脉冲信号，在两个声脉冲间隔的时间中，接收从血管壁和血管内红血球反射回来的声脉冲信号。采用控制线路选择给定距离处的红血球反射信号,通过比较后得到多普勒频移,它与血液流速成正比。在已知血管横截面时可得到血液流量。一般，超声流量计的安装应从以下几个方面来考虑:1)详细了解现场情况;2)确定安装方式;3)选择安装管段;4)计算安装距离，确定探头位置;5)管道表面处理;6)探头安装及接线;7)用示波器观察接收波形，微调并固定探头。安装细解超声波流量计在安装之前应了解现场情况，包括：1安装传感器处距主机距离为多少；2管道材质、管壁厚度及管径；3管道年限；4流体类型、是否含有杂质、气泡以及是否满管；5流体温度；6安装现场是否有干扰源（如变频、强磁场等）；7主机安放处四季温度；8使用的电源电压是否稳定；9是否需要远传信号及种类；根据以上提供的现场情况，厂家可针对现场情况进行配置，必要情况下也可特制机型。超声波流量计安装位置选择安装管段对测试精度影响很大，所选管段应避开干扰和涡流这两种对测量精度影响较大的情况，一般选择管段应满足下列条件：1、避免在水泵、大功率电台、变频，即有强磁场和震动干扰处安装机器；2、选择管材应均匀致密，易于超声波传输的管段；3、要有足够长的直管段，安装点上游直管段必须要大于10D（注：D=直径），下游要大于5D；4、安装点上游距水泵应有30D距离；5、流体应充满管道；6、管道周围要有足够的空间便于现场人员操作，地下管道需做测试井，测试井如下：超声波流量计安装方式超声波流量计一般有两种探头安装方式，即Z法和V法。但是,当D 的情况:(1) 如果接收超声波幅度变大, Z 首次与接收信号切割时刻为第二周期的b 点, 此时测得顺流时间(逆流时间) 记为T1 ,时间差为 T1 , | T1 | | T | ,从而| Qs | ;(2) 如果接收超声波幅度变小, Z 首次与接收信号切割时刻为第二个周期的d 点, 此时顺流时间(逆流时间) 记为T2 ,时间差为 T2 , | T2 | | T| ,从而| Qs | ;(3) 如果接收超声波幅值变大或变小的程度很大,那么Z 首次与接收超声波信号切割时刻可能为第一个周期或第三个周期的某一时刻点, 使得静态测量时间差增大或减小一个周期, 这样测量的顺流时间或逆流时间就是错误的,从而时间差是错误的,导致瞬时流量测量结果错误.上面3 种情况都产生了静态漂移, 主要原因是不能准确的判断接收超声波信号到达时刻, 这是阈值比较法较大的缺陷. 严重影响时差式超声流量计的动态计量精度,甚至产生计量错误. 减小静态漂移是提高时差法超声流计量精度非常有效的方法.4 实现抑制静态漂移的方法当换能器接收到超声波信号时, 由于换能器由静止到震荡稳定需要一定的时间, 传统阈值比较法采用第二个周期信号作为判断接收的超声波信号到达时刻点的标志, 可以很好去除该信号稳定所需要的时间,但是当超声信号的幅值大小波动时,该模型不能很准确判断超声波到达的时刻. 由于在该模型中,阈值电压Z 首次与接收的超声信号切割时刻点会发生移动,产生静态漂移,导致计量不准确.当接收换能器接收到信号时, 就会在其电极两端产生中心频率f 0 的超声波信号y ( t) ,即y ( t) = r ( t) cos (2f 0 t + ) (9)其中, r ( t) 为关于t 的调制函数,则y ( t) 为幅度调制信号, f 0 为谐振频率, 为初始相位, 为了讨论方便,设初始相位为零. 当t =2 k + 14 f 0( k Z) 时,y 的值为零, 该时刻点称为过零点, 不受调制信号r ( t) 的影响. 超声波在流体中传播时候, 环境噪声主要影响调制信号r ( t) 部分,对cos (2f 0 t) 部分没有影响. 把过零时刻点作为判断接收超声回波信号到达的标志,可以很好的解决由于接收的超声波幅值变化而导致到达时刻错判的问题, 能很准确测量顺流和逆流时间829 ,克服了阈值比较的不足, 静态漂移比较小.基于以上分析, 文中采用过零和阈值比较相结合的方式,称之为过零阈值模型,能很好解决上述阈值比较模型的缺点,减小静态漂移,可以提高时差法流量计的计量精度. 过零阈值模型实现原理如图3所示, Z 为硬件阈值;ult rasonic 为接收的超声波信号; Q1 、Q2 、Q3 、S 分别为输出信号.在静态情况下,超声流量计顺流测量时,超声波经过图3 所示电路,各部分输出信号如图4 所示,处理过程如下:Step1 : ult rasonic 信号经过comparater1 时,进行阈值比较,当幅值大于阈值Z 时, Q1 输出高电平, Q1 的波形如图4 (b) 所示;Step2 : ult rasonic 信号经过comparater2 时,当幅值大于阈值Z 时,此时Q2 输出高电平, ?0?5Q 2 经过Not 之后使该比较器进入锁存状态,此时Q2 的波形被锁存,即一直为高电平,如图4 (c) 图所示;Step3 : ult rasonic 信号经过comparater3 时,进行过零比较,输出信号Q2 的波形如图4 (d) 图所示;Step4 :把图4 中的(c) 和(d) 图波形进行逻辑与运算,最后得到输出波形如图4 (e) 所示, stop 信号作为判断接收超声信号到达的标志,即计时芯片停止计时的标志.经过以上4 步后, 计时芯片能够测得较准确顺流时间T3 , 用同样的方法测得逆流时间T3 , 就可以计算出较准确测量时间差 T3 和静态瞬时流量.对于超声换能器来说, 如果发射换能器的驱动信号一定的情况下, 接收换能器接收到超声波形是不变的,则通过阈值比较出脉冲的个数是不变的. 每次测量时该脉冲的个数设为N , 计数器对该脉冲串进行计数,阈值计数测试框图如图5 所示. 进行一次测量时,如果该记录值为N , 则进行下一次的测量;如果该记录值不为N ,则舍弃该组数据,进行重测.为了进一步减小静态漂移, 提高时差法超声流量计的抗干扰能力, 文中在过零阈值比较模型的基础上,又增加了软件平滑滤波方法10 . 这样可以有效的减小随机干扰信号对硬件系统的影响, 剔除测量过程中的误差数据,提高了系统的计量精度.5 实验结果分析为了验证过零阈值平滑模型的优点, 文中做了对比实验. 在静态条件下分别对阈值比较法、过零阈值模型以及过零阈值平滑模型进行实际的测量, 获得瞬时流量,即静态漂移, 结果如图6 至图8 所示.图中横坐标为测量的次数,纵坐标为瞬时流量.在分界流量qt 为Qt (M3/ H) , 且精度满足1 %的条件下, 静态瞬时流量的必须满足式(8) ( 为10 QtL/ H) . 根据实际需求, 分界流量选择为208 微电子学与计算机2010 年图6 为阈值比较法测得的静态瞬时流量,静态瞬时流量波动很大,而且存在测量错误点,远远不能满足分界流量为3M3/ H ,精度为1 %的要求;图7 为过零阈值模型测得的静态瞬时流量,基本上可以满足分界流量为3M3/ H ,精度为1 %的要求,但是存在个别误差点;图8 为过零阈值平滑模型测得的静态瞬时流量,完全可以满足始动流量为3M3/ H ,精度为1 %的要求.为了对比上述3 种方法之间的稳定性和重复性11 ,文中对实测数据分别计算其期望、方差及标准差进行对比如表1 所示经过对3 种方法的实际测量数据的数学统计分析可以看出,零阈值平滑模型实测数据的期望、方差和标准差要小,该系统的重复性和稳定性比较好,测量的数据更接近实际测量真实值,波动性很小,可以实现抑制静态瞬时流量波动,可以很好地解决静态漂移问题.仪表自检当您检测或安装好仪表正常上电后，循环按返回键会显示空气距离数值（仪表自动检测），显示的空气距离数值应该相当实际空气距离（实际空气距离可用尺测量，单位米）。如果两数值不相当则仪表无法正常工作，需判断传感器安装是否合理（调整安装位置、角度等）。循环按压返回键可以看到以下页面1、瞬时、液位、累积2、瞬时流量3、累积流量4、日期、时间5、空气距离、探头盲区、堰槽名称四、菜单说明及使用本机分测量状态和菜单设置状态，测量状态显示（瞬时、液位、累积），在测量状态下按住确认键数秒，出现请输入密码的 -0XXX-界面，通过按右移键输入出厂密码-0000-即进入设置菜单。当所有参数都设置完成后，要退出菜单设置状态，可以连续按返回键，直到出现 需要保存吗？ 是 不 的菜单界面，请根据需要选择 是 或者 不 然后按确认键退出。键盘定义：左移键：选中的光标位向左移动右移键：选中的光标位向右移动减少键：选中的光标位数值减少，或选中的光标位设备定义循环增加键：选中的光标位数值增加，或选中的光标位设备定义循环确认键：确认作用返回键：在测量状态下起循环显示作用，在菜单设置状态下，起返回上级菜单作用。设置菜单：流量 参数 控制 系统 通信 校验共六项菜单1、流量（1）选槽 A、流量模式：帕歇槽、矩形堰、等宽堰、三角堰 可按增加键循环选择B、流量单位：kg、m3、L、T 可按增加键循环选择（2）探头 有超声和电流两种模式 可按增加键循环选择当您需要接入4-20mA标准信号测明渠流量请订货时说明，探头项才选电流。（3）补偿 系统默认，无需设置2、参数（1）当前水位 请输入目前流量传感器下水的深度，单位米，按确认键转到下一小项菜单；（2）流量上限 瞬时流量量程（即多少立方时仪表输出20mA）单位m3/h，按确认键转到下一项菜单；（3）流量下限 瞬时流量零位 一般设0.000（4）水位切除 一般设0.005m3、控制控I上限、控I下限、控II上限、控II下限、控制回差 本菜单仅限选配控制功能的仪表4、系统（1）密码 设置密码用（修改密码后请牢记）（2）时间 设置时间日期用（3）巡显 仅限选配巡显功能的仪表（4）清零 清零作用 可将累积流量 来停电 报表等清零，通过按确认键即清零（5）恢复 禁用（6）背光 选择仪表显示的背光是延时关闭 还是常亮5、通信（仅限选配通讯功能的仪表）（1）本机地址 设置本仪表通讯的地址（2）波特率 选择通讯波特率（1200，2400，4800，9600 e 代表有校验 n代表无校验）6、校验（工厂用）五、仪表异常分析A、显示为FFFF或F000（表示没有采到信号）（1）检查接线是否良好（2）检查流量探头安装是否垂直（3）流量探头功率可能偏小（譬如：液体表面有泡沫、漂浮物、烟雾、尘埃等）B、显示数字不变化（不随水位的高低变化）（1）液位高度进入探头盲区（2）液位的上方或侧方有障碍物（3）安装口的设置或位置不符合要求六、仪表选型LMQ量程原理堰槽材质（吨/h）C:超声波B：巴歇尔槽1：自建堰槽举例：50代表50吨/hJ:静压式（专克泡沫水）Y：堰板2：不锈钢3：PVC4：聚丙烯巴歇尔槽巴歇尔槽形状复杂，比堰的价格高，而且为了提高精度要求量水槽的各部分尺寸准确。但也有这样一些其它测量装置无法比拟的优点：水位损失小(约为堰的四分之一)、水中即使有固态物质也几乎不沉淀、接近流速的影响小、对下流侧的水位影响比较小等,所以被用来测量农业用水、工业用水等其它液体的流量。由于量水槽内流速较大，喉道中水面的波动也很大，直接在槽中测定水位有困难。因此，在槽壁设置后观测井，安量测水尺。井底比槽槛要低20-25cm，测井与量水槽可用平置的金属管或混凝土管连接，管子的中心线应高出槽底3cm，上游水尺位于喉道上游距喉道首端(2/3)处，下游水尺位于喉道末端以上5cm的槽壁处。上下游水尺零点与槽底高要齐平,观测井要无漏水现象,井中经常理泥沙,井上加盖,避免杂物入内。巴歇尔槽构造如图十五。按巴歇尔槽构造尺寸表将图中的，数据填入。巴歇尔槽的水位-流量关系如“巴歇尔槽参数”表所示。喉道宽“b”为0.051，0.076，0.152，0.228，0.3米巴歇尔槽水位流量对应表如下：0.051米喉道巴歇尔槽水位流量对应表 水位单位：米 流量单位：升/秒水位0.0000.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.090流量0.00000.09590.28070.52630.82211.16171.54111.95712.40712.8892水位0.1000.1100.1200.1300.1400.1500.1600.1700.1800.190流量3.40183.94344.51275.10895.73076.37757.04847.74298.46029.1997水位0.2000.2100.2200.2300.2400.2500.2600.2700.2800.290流量9.961010.74311.54712.37013.21413.21413.21413.21413.21413.214水位0.3000.3100.3200.3300.3400.3500.3600.3700.3800.390流量13.21413.21413.21413.21413.21413.21413.21413.21413.21413.2140.076米喉道巴歇尔槽水位流量对应表 水位单位：米 流量单位：升/秒水位0.0000.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.090流量0.00000.14070.41190.77221.20621.70462.26132.87163.53194.2393水位0.1000.1100.1200.1300.1400.1500.1600.1700.1800.190流量4.99145.78606.62147.49608.40859.357510.34211.36112.41313.499水位0.2000.2100.2200.2300.2400.2500.2600.2700.2800.290流量14.61615.76416.94218.15119.38920.65521.95023.27224.62125.998水位0.3000.3100.3200.3300.3400.3500.3600.3700.3800.390流量27.40028.82930.28331.76331.76331.76331.76331.76331.76331.763 0.152米喉道巴歇尔槽水位流量对应表 水位单位：米 流量单位：升/秒水位0.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.180流量0.00000.78842.35734.47337.047510.02713.37417.06221.07025.380水位0.2000.2200.2400.2600.2800.3000.3200.3400.3600.380流量29.97634.84839.98445.37451.01156.88662.99369.32575.87782.644水位0.4000.4200.4400.4600.4800.5000.5200.5400.5600.580流量89.62196.802104.19111.77119.54119.54119.54119.54119.54119.54 0.228米喉道巴歇尔槽水位流量对应表 水位单位：米 流量单位：升/秒水位0.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.180流量0.00001.34663.88897.231911.23115.80120.88526.44032.43338.837水位0.2000.2200.2400.2600.2800.3000.3200.3400.3600.380流量45.63052.79460.31268.16976.35484.85493.661102.76112.16121.83水位0.4000.4200.4400.4600.4800.5000.5200.5400.5600.580流量131.77141.99152.46163.19174.17185.40196.86208.56220.50232.66水位0.6000.6200.6400.6600.6800.7000.7200.7400.7600.780流量245.05257.64257.64257.64257.64257.64257.64257.64257.64257.64 0.300米喉道巴歇尔槽水位流量对应表 水位单位：米 流量单位：升/秒水位0.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.180流量0.00001.76905.07609.406714.57020.45826.99634.13041.81550.019水位0.2000.2200.2400.2600.2800.3000.3200.3400.3600.380流量58.71367.87377.47787.50797.948108.79120.01131.60143.55155.85水位0.4000.4200.4400.4600.4800.5000.5200.5400.5600.580流量168.50181.48194.79208.41222.35236.59251.14265.97281.10296.51水位0.6000.6200.6400.6600.6800.7000.7200.7400.7600.780流量312.20328.17344.41360.91377.67394.70411.98429.51447.29447.29巴歇尔槽构造尺寸单位：米类别序号喉道段收缩段扩散段墙高bLNB1L1LaB2L2KD 小 型10.0250.0760.0290.1670.3560.2370.0930.2030.0190.2320.0510.1140.0430.2140.4060.2710.1350.2540.0220.2630.0760.1520.0570.2590.4570.3050.1780.3050.0250.4640.1520.3050.1140.4000.6100.4070.3940.6100.0760.6150.2280.3050.1140.5750.8640.5760.3810.4570.0760.77标准型60.250.600.230.781.3250.8830.550.920.080.8070.300.600.230.841.3500.9020.600.920.080.9580.450.600.231.021.4250.9480.750.920.080.9590.600.600.231.201.5001.00.900.920.080.95100.750.600.231.381.5751.0531.050.920.080.95110.900.600.231.561.6501.0991.200.920.080.95121.000.600.231.681.7051.1391.300.920.081.0131.200.600.231.921.8001.2031.500.920.081.0141.500.600.232.281.951.3031.800.920.081.0151.800.600.232.642.101.3992.100.920.081.0162.100.600.233.002.251.5042.400.920.081.0172.400.600.233.362.401.6042.700.920.081.0大型183.050.910.3434.764.271.7943.681.830.1521.22193.660.910.3435.614.881.9914.472.440.1521.52204.571.220.4577.627.622.2955.593.050.2291.83216.101.830.6869.147.622.7857.323.660.3052.13227.621.830.68610.677.623.3838.943.960.3052.13239.141.830.68612.317.933.78510.574.270.3052.132412.191.830.68615.488.234.78513.824.880.3052.132515.241.830.68618.538.235.77617.276.100.3052.13巴歇尔槽参数类别序号喉道宽度b(m)流量公式Q=Chan(L/S)水位范围h(m)流量范围Q(L/S)临界淹没度%最小最大最小最大小型10.02560.4ha1.550.0150.210.095.40.520.051120.7ha1.550.0150.240.1813.20.530.076177