超聲波流量（liàng）計和高位消防水箱出水流量計（jì）在不同的環境下各有優勢

摘（zhāi）要：通過對超聲波流量計和高位消防（fáng）水（shuǐ）箱出水流（liú）量計概論、工作原理、分類和工作性能（néng）區別的比較，揭示了中國現階段兩種*常用流量（liàng）計的（de）特征（zhēng）和不同（tóng）優勢。
1、超聲波（bō）流量計和高位消防水（shuǐ）箱出水流量計的概念
超聲波流量計是（shì）通過檢測流體流（liú）動（dòng）對超聲束(或超（chāo）聲脈衝)的作用以測量流量的儀表。超聲流量計和高位消防水（shuǐ）箱出水流量計一樣，因儀表流通通道未設置任何阻礙件，均屬無阻礙流量計，是適於解（jiě）決流量測（cè）量困難問（wèn）題的一類（lèi）流量計，特別在大口徑流量測量（liàng）方麵有較突出的優點，近年來它是發展迅速的一類流量計之一。
高位消防水箱出水流量計是一種根據法拉*電磁感（gǎn）應定律來測量管內導電介質體積流量的感應（yīng）式（shì）儀表，采用單（dān）片機嵌入式技術，實現數字勵磁，同時在高位消防水箱出水流量計上采用CAN現場總線。
2、超聲波流量計和高位消防水箱出水流量計的工作原理
超（chāo）聲波（bō）流量計由超（chāo）聲波換能器、電子線路及（jí）流量顯示（shì）和（hé）累積係統三部分組成。超聲波發（fā）射換能器將電能轉換為超聲波能量，並將其發射到被測流體中，接收器接收到的超（chāo）聲波信號，經電子（zǐ）線路放大並轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示。超聲波流量計常（cháng）用壓電換能器（qì）。它利用壓電材料（liào）的壓電效應，采用適出的發射電路把電能（néng）加到發射換能器（qì）的壓電元件上，使其產生超聲波振動。超（chāo）聲波以某一角度射入流體中傳播，然後由接收換能器接（jiē）收，並經壓電元件變為電能，以便檢測。發射換能器利用壓電元件的逆壓電效應，而接收換能器則是利用（yòng）壓電效應。高位消防水箱出水流量計的（de）工作原理是基於（yú）法拉*電磁（cí）感（gǎn）應定律。在高位消防水箱出水流量計中，測量管內的導電介質相當於法（fǎ）拉*試驗中的導（dǎo）電金屬杆（gǎn），上下兩端的兩個電磁線圈產生恒定磁場。當有導電介質流過時，則會產生感應電壓。管道內部的兩個（gè）電*測（cè）量產（chǎn）生的感應電（diàn）壓（yā）。測量管道通過不導電的內襯（橡膠，特氟隆等）實現與流體和測量電*的（de）電磁隔離。導電性液體在垂（chuí）直於磁場的（de）非（fēi）磁性（xìng）測量（liàng）管內流動，與流動方向垂直的（de）方向上產（chǎn）生與流量成比例的（de）感應電勢，電動勢的方向按“弗來明右手規則”。
3、超聲波流量計和高位消防水箱出水流量計的分類
根據檢測的方式，可（kě）分（fèn）為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關法等（děng）不同類型的超聲波（bō）流量計。根（gēn）據對信號檢測（cè）的原理（lǐ），目前（qián）超聲（shēng）波流（liú）量計大致可分傳播速度（dù）差法(包括：直接時差法、時差法、相（xiàng）位差法、頻差法)波束偏移法、多普（pǔ）勒法、相關法、空間濾波（bō）法及噪聲法（fǎ）等類（lèi）型。其中（zhōng）以噪聲（shēng）法原理及結（jié）構*簡單，便於（yú）測量和攜（xié）帶，價格便（biàn）宜但準確度較低（dī），適於在流量測量準確度要求不高的（de）場合使用（yòng）。
由（yóu）於直接時差法、時差（chà）法、頻差法和相位差法的基本原理都是（shì）通過測（cè）量超聲波脈（mò）衝順流（liú）和逆流傳報時速度之差來反映流體的流速的，故又統稱為傳播速度差法。其中頻差法和時差法克服了聲速隨流體溫度變化（huà）帶來的誤差，準確度較（jiào）高，所以被廣（guǎng）泛采用（yòng）。按照換能器的配置（zhì）方法不同，傳播速度差撥又分為：Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法（fǎ）)等。
高位消防水箱出水流量（liàng）計按激磁電流方式劃分（fèn），有直流激磁、交流（工頻或其他頻率）激磁、低頻矩形波激磁和雙頻（pín）矩形波激磁；按輸出信號連接和（hé）激磁（或電源（yuán））連線的製式分類，有四線製和（hé）二線製；按（àn）轉換器與傳感器組裝方式分類，有分體型和一體型；按（àn）流量傳（chuán）感器與管道連接方式分類，有（yǒu）法蘭型、夾持型、衛生型、插入型、螺紋連接；按流量傳感器電*是否與被測液體接觸分類（lèi），有接觸型和非接觸型；按流量傳（chuán）感器結構分類，有短（duǎn）管型和插入型(插入（rù）式（shì）高位消防水箱出水流量計)；按用途分類，有（yǒu）通用型、防爆型、衛生型、防侵水型和用於明渠流（liú）量（liàng）測（cè）量的潛水型（明渠流量計）。
4、超聲波流量計和高位消（xiāo）防（fáng）水箱出水流量計的主要區別（bié）
4.1介質不同
超聲波流量計的流（liú）量測量準（zhǔn）確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數的影響，又可製成非接觸及便攜式測（cè）量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測量的（de）強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質的流量測（cè）量問題。
高位消（xiāo）防水箱出水流量計不能測量導電率（lǜ）很低的液（yè）體，如石石油製品和有機溶劑等。通用型（xíng）高位消防水箱出水流量計（jì）由於裏（lǐ）襯材料限製，不能測量溫度較高液體。高位消防水箱出水流（liú）量計是通過測量導電液體的速（sù）度確定工作狀態下的體（tǐ）積流（liú）量（liàng）。按照計量要求，對於液態（tài）介質，應測量質量流量，測量介（jiè）質流量應涉及到流體的密度，不同流體介質具有不同的密度，而且隨溫度變化。如果高（gāo）位消防水（shuǐ）箱出水流量計（jì）轉換器不考慮流體密（mì）度（dù），僅給出常溫狀態下的體積流量是不合適的。
4.2準確度（dù）不同
超聲波流量（liàng）計是通過測（cè）量流體速度來（lái）確定體積流量，對液體應該測量（liàng）它的質量流量，儀表測量質量流量是通過（guò）體積流量乘以人為設定的密（mì）度後得到的，當（dāng）流體溫度變化時，流體密度（dù）是變化的，人為設（shè）定密（mì）度值，不能（néng）保證質量流量的準確度。隻能在（zài）測（cè）量流體速度的同時，又測量了流（liú）體密度，才能通過運算，得到真實（shí）質量流量值（zhí）。
從超聲波流量計在國內市場使用的經驗來看（kàn），目前所存在的缺點主要是可測（cè）流體的溫度範圍受（shòu）超聲波換能鋁和換能器與（yǔ）管道之間（jiān）的耦合材（cái）料耐（nài）溫程度的限製，另外不足的是高溫下被測流體傳（chuán）聲（shēng）速度的原始數據不全。目前中國的（de）超聲波流量計隻能用於測量200℃以下的（de）流體。
超聲波流量計和高位消防水箱出（chū）水流量計的（de）測量媒介不同，超（chāo）聲波是采用聲波，頻率很低，超聲波頻率20KHz~100KHz，雷達是采用2.4GHz級別的電磁波，超聲波的限製性比較大，很容易受到其它鐵製物體的幹（gàn）擾，另外頻率（lǜ）低（dī），衰減大，測量（liàng）範圍小，應用的麵比較窄，常用在大口徑的水管線（xiàn）的流量測量和明渠類流量計測（cè）液位來換（huàn）算成流量。也有用在固體料倉上的。電磁的頻（pín）率高，衰減小，如果加上導波管測量範圍可以很大，用在儲罐上比較多。但（dàn）是（shì）需要注意介電常數，介電（diàn）常數太小的介質（zhì）沒（méi）法測或測量範圍很小（xiǎo）。由於這種傳感器必須保持管道內電阻和測（cè）量（liàng）電路阻抗之間有一定比例關係，因此（cǐ）在製造上有一定困難。當被測介質的電導率約為10Ω/cm時就開始產生困難，電導率更低時就產生原理性困難。 當電導率為10Ω/cm時，就達（dá）到導電介質和電介質之間（jiān）的“分界線”，熱噪聲電平隨（suí）內阻的增大而顯著增加。
高精（jīng）度超聲流量計均為多聲道或（huò）管段式，中、小口徑管段式超聲（shēng）流量計通常都做實流標（biāo）定，具有0.5％準確度。目（mù）前廣（guǎng）泛使用的國（guó）產單聲（shēng）道超聲流量標稱精度為1％，但在實際應用中，由於現場（chǎng）管道的（de）內徑、壁厚、 圓度都無法精（jīng）確測量等諸（zhū）多因素會（huì）使測量準（zhǔn）確度超出標稱準確度許多，對供水行業的計量來說，超（chāo）聲波流量計的實際測量（liàng）誤差能控製在3％以內就算高準確度了。
4.3安裝、維護、檢定成本不同
超聲波流量計適用於（yú）大型圓形管道和矩形管道，且原（yuán）理上不受管徑限製，其造價基本上與管（guǎn）徑無關。對於大型管道不僅帶來方便，可認為在無法實現實流校驗的情況下是優先考慮的（de）選擇（zé）方案。超聲流量計可（kě）作非接觸測量。夾裝式換能（néng）器（qì）超聲流量計可無需（xū）停（tíng）流截管安裝，隻要在既設管道外部安裝換能器即（jí）可。這是（shì）超聲流量計在工業用流量儀表中具有的獨特優點，因此可作移（yí）動性(即非定點固定安裝)測量（liàng），適用於管網（wǎng）流（liú）動狀況評估測定超聲流量計為無流動阻撓測量，無額外壓力損失。流量計的儀（yí）表係數是可從實際測量管道及聲道等幾（jǐ）何尺寸（cùn）計算求得（dé）的，既可采用（yòng）幹法標定，除帶測量管段式外（wài）一般不需作實（shí）流校驗。超聲波（bō）流量計主要是（shì）管外安裝和插入式安裝（zhuāng），簡單方便，可在線拆卸，維護時不需要工藝停車，不影響生產（chǎn），檢定費用低，按**計量檢定規程每3年檢定一（yī）次。
高位消防水箱出水流量計的安裝與調試（shì）比其它流量計（jì）複雜，且要求更嚴（yán）格（gé）。變送器和轉（zhuǎn）換器必須（xū）配套使用，兩（liǎng）者之（zhī）間不能用兩（liǎng）種不同型號（hào）的儀表配用（yòng）。在安裝變送器時，從安裝地（dì）點的選（xuǎn）擇（zé）到具（jù）體的安裝調試，必須嚴格按照產品說明書要求進行。安（ān）裝地點不能有（yǒu）振動，不能有強磁場。在安裝時必須（xū）使變送器和管道有良（liáng）好的接觸及良好的接地。變送器的電位與被測流（liú）體等電位。在（zài）使（shǐ）用時，必須排盡測量管中（zhōng）存留的氣體，否則會造成較大的（de）測量誤差（chà）。高位消防水箱出水流量計需要在有電導率的（de）液體條件下安裝，而（ér）且一般高位消防水箱出水流量計的安裝必須截管安裝，但是（shì）高位消防水（shuǐ）箱出水流量計（jì）的特點是在符合條件的現場條（tiáo）件下準確度高。高位消防水箱出（chū）水流量計拆卸麻煩，必須要求工藝停（tíng）車，拆（chāi）卸送檢麻煩，如果是0.5％準確度按**計量檢定規程每半年需檢定一次。
4.4幹擾來源不同
幹擾（rǎo）了（le）超聲波（bō）工作，就是（shì）幹擾了超聲波流量（liàng）計工作。幹（gàn）擾超聲（shēng）波工作的主要因素有溫度的劇烈變化和雜波的幹擾，或管道內有特定角度的（de）旋流或者結構使得流（liú）量計發射出的超聲波不能有效的回收。
電（diàn）化學*化電勢（shì）幹擾是由於電*感生電動勢在兩**性不同而導致電解質（zhì）在電*表麵*化產生。雖然采用正負交變勵磁磁場能顯著減弱*化電勢的數量級，但不能根本（běn）上完全消除*化電勢幹擾。其特性於（yú）流體介質的性質、電（diàn）*材料（liào）性質（zhì）、電*的外形尺寸（cùn）形狀有關，具有（yǒu）變化緩慢，數量級不大等特點。因此選擇合（hé）適的電*材料，設計*佳的（de）電*形狀的尺（chǐ）寸是減小*化電勢的有效方法之一。另外采用正負兩*性交變的矩形波勵磁技術配合微處理（lǐ）器同步寬脈（mò）衝（chōng）采樣技（jì）術，到用微處理器運算功能前後兩次采樣值相減消除流量信號電勢中的*化電勢幹擾。
工頻幹（gàn）擾噪聲（shēng）是由電磁流量傳感器勵磁繞組（zǔ）和流體、電*、放大器輸入（rù）回路的電磁耦合，另外高位消防水箱出水流量計工作現場的工頻共模幹擾，其三供電電源引入的工頻串模幹擾等，其產生的（de）物理機理均是電磁感應原理。*先（xiān）就電磁流量傳感器勵磁繞組和流體、電*、放大器輸入回路的電（diàn）磁（cí）耦合產生的（de）工（gōng）頻幹擾對高位消防水箱出水流量計工作影響*大，而且在不（bú）同的勵（lì）磁技（jì）術下其表現的形態（tài）、特性不（bú）同，因而采取抗幹擾措施也不同。解決高位消防（fáng）水箱出水流量計運行（háng）中出（chū）現的問題（tí），可采用新型HCMOS係列芯片技術和微處理器係統電源電壓監視技術。
5、結語
綜合以上論述，超（chāo）聲波（bō）流量計和高位消防（fáng）水箱出水流量計在不同的環境下各有優勢。在小成（chéng）本作（zuò）業，對測量準確度要求不高的情況下，宜多使用超聲（shēng）波流量計；在（zài）安裝、維護資金充足，對測量準確度要求高的（de）情況下，應多采用高（gāo）位消（xiāo）防水箱出水流量（liàng）計。當然，計量檢測人員（yuán）要認真考察工作環境中對流量計的幹擾來源，並采取有效的抗幹擾措施。

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