現(xiàn)代工業(yè)設(shè)施具有復(fù)雜的操作過程，涉及廣泛的流量測(cè)量任務(wù)。隨著人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到水資源的數(shù)量有限，迫切需要節(jié)約、再利用和再循環(huán)水，并制定方法來改善資源管理。電廠運(yùn)營(yíng)商面臨的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)是滿足不斷增長(zhǎng)的監(jiān)管要求，同時(shí)降低運(yùn)營(yíng)成本。
以下文章介紹了在要求苛刻的工業(yè)過程用水和廢水應(yīng)用中，如何使用先進(jìn)的超聲波計(jì)量技術(shù)來提供精確和連續(xù)的流量測(cè)量。

 

流量計(jì)背景介紹

許多工業(yè)場(chǎng)所的大部分運(yùn)營(yíng)都嚴(yán)重依賴水。從產(chǎn)生蒸汽到冷卻各種系統(tǒng)，再到維護(hù)整個(gè)機(jī)器，水被用來做各種事情，水是一種珍貴的商品，制造設(shè)施離不開它。
今天的工廠經(jīng)營(yíng)者必須想辦法應(yīng)對(duì)新的、更高標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)和污染控制。他們還面臨著節(jié)約能源和升級(jí)老化基礎(chǔ)設(shè)施的壓力。一些工廠看到了處理廢水和銷售副產(chǎn)品的收入機(jī)會(huì)。
所有類型的工業(yè)組織都需要有效的解決方案來計(jì)量污水以進(jìn)行附加費(fèi)報(bào)告，并精確測(cè)量進(jìn)水，從而更容易管理運(yùn)營(yíng)。此外，他們尋求減少原水消耗，降低能源和化學(xué)成本，最大限度地減少有毒廢物的處理和排放，并提高監(jiān)管合規(guī)性。

 

流量測(cè)量挑戰(zhàn)

水和廢水處理系統(tǒng)需要精確的流量測(cè)量，以確?？煽亢徒?jīng)濟(jì)的運(yùn)行。流量計(jì)必須能夠測(cè)量所有相態(tài)的液體，包括攜帶懸浮固體、污泥副產(chǎn)品和其他物質(zhì)的大量流體。還需要儀表來測(cè)量處理化學(xué)品的劑量，并監(jiān)測(cè)甲烷的排放和再利用。

工業(yè)用水和廢水中典型的流量測(cè)量應(yīng)用包括但不限于:

水流監(jiān)測(cè)、水處理化學(xué)品的配量、用水量監(jiān)測(cè)、泄漏檢測(cè)和減少、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載監(jiān)控
優(yōu)化用水、監(jiān)測(cè)進(jìn)水量、監(jiān)測(cè)排放水量、監(jiān)測(cè)水庫(kù)之間的水流

 

流量計(jì)是測(cè)量、監(jiān)控和控制水分配的絕佳工具。問題是使用哪種技術(shù)，因?yàn)橛懈鞣N各樣的儀表設(shè)計(jì)可供選擇。每種類型的儀表都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，必須正確部署才能實(shí)現(xiàn)最佳性能。

在使用機(jī)械儀表的地方，磨損可能會(huì)導(dǎo)致精度下降。此外，需要對(duì)機(jī)械儀表進(jìn)行定期測(cè)試、重新校準(zhǔn)和維修，這意味著必須將其拆除，要求用戶要么用臨時(shí)設(shè)備更換儀表，要么停止運(yùn)行，直到儀表重新安裝到生產(chǎn)線上。

許多工業(yè)場(chǎng)所現(xiàn)在專注于超聲波流量測(cè)量，作為傳統(tǒng)計(jì)量解決方案的替代方案。外部安裝的超聲波鉗形流量計(jì)特別適合用于水處理。在現(xiàn)有的應(yīng)用中，它們比其他流量計(jì)選項(xiàng)安裝更快、更容易、更便宜，因?yàn)椴恍枰袛嗑€路、中斷服務(wù)或排空管道。它們也不需要安裝旁路管道和閥門來拆除。

現(xiàn)在，許多工業(yè)場(chǎng)所都將超聲波流量測(cè)量作為傳統(tǒng)計(jì)量解決方案的替代方案。

 

超聲波流量計(jì)技術(shù)

最近的進(jìn)步使得超聲波技術(shù)的使用在廣泛的工業(yè)計(jì)量應(yīng)用中變得可行。特別是，改進(jìn)的高速數(shù)字信號(hào)處理、先進(jìn)的壓電傳感器和復(fù)雜的計(jì)算機(jī)技術(shù)使超聲波流量計(jì)成為一種可行的、具有成本效益的選擇。
超聲波測(cè)量?jī)x依賴于超聲波的科學(xué)/物理學(xué)。超聲波是頻率高于人類聽覺范圍的波形式的聲學(xué)(聲音)能量。人耳能探測(cè)到的最高頻率約為每秒兩萬(wàn)個(gè)周期(20，000赫茲)。這是聲波范圍的終點(diǎn)，也是超聲波范圍的起點(diǎn)。
超聲波流量計(jì)是一種推斷裝置，它使用超聲波技術(shù)來測(cè)量通過它的聲學(xué)傳導(dǎo)液體或氣體的速度。有兩種類型的超聲波流量計(jì)設(shè)計(jì):多普勒和渡越時(shí)間。
多普勒超聲波流量計(jì):多普勒超聲波流量計(jì)旨在測(cè)量含有懸浮顆粒或“反射顆粒”的液體流量為了確保精確測(cè)量，必須在介質(zhì)中持續(xù)存在足夠數(shù)量和尺寸的顆粒。因此，這些儀表通常用于工業(yè)應(yīng)用中的臟液體。
通常，儀表將一對(duì)傳感器放置在管道上，彼此相對(duì)，但也可以安裝在管道的同一側(cè)。一個(gè)傳感器發(fā)送一個(gè)聲信號(hào)或聲波，然后被流動(dòng)流中的顆粒反射。當(dāng)信號(hào)通過液流時(shí)，其頻率與流體的平均速度成正比。另一個(gè)傳感器接收反射信號(hào)并測(cè)量其頻率。流量計(jì)通過比較產(chǎn)生和接收的頻率來計(jì)算流量。
渡越時(shí)間超聲波流量計(jì):最初僅用于清潔液體，由于信號(hào)處理技術(shù)的巨大進(jìn)步，渡越時(shí)間流量計(jì)現(xiàn)在可以精確測(cè)量各種流體的流量。時(shí)差計(jì)已經(jīng)成為最普遍應(yīng)用的流量計(jì)量方法之一，也是最精確的方法之一。
渡越時(shí)間技術(shù)利用了聲信號(hào)隨氣流傳播比逆氣流傳播更快的原理。血糖儀有一對(duì)傳感器，既是發(fā)送器又是接收器。儀表上游側(cè)的傳感器產(chǎn)生聲音信號(hào)，通過管道傳播。下游傳感器接收信號(hào)，儀表計(jì)算從一個(gè)傳感器到另一個(gè)傳感器需要多長(zhǎng)時(shí)間。接下來，下游換能器產(chǎn)生向上游傳播并被上游換能器接收的信號(hào)。儀表計(jì)算向上游方向行駛需要多長(zhǎng)時(shí)間。
多普勒和渡越時(shí)間儀器都可以作為鉗形表使用，傳感器安裝在管道的外表面。時(shí)差計(jì)也可用于在線應(yīng)用。與用于直徑為8英寸或更大的管道的電磁流量計(jì)相比，夾鉗式流量計(jì)尤其具有成本效益。

 

超聲波流量計(jì)如何工作

如前所述，向超聲波流量計(jì)中的壓電換能器施加小電壓會(huì)產(chǎn)生波。相反的情況也發(fā)生了:換能器接收的超聲波信號(hào)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。換能器只是一種將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量的裝置。
超聲波信號(hào)以音速傳播。但是聲速是可變的，取決于它所通過的介質(zhì)和該介質(zhì)的溫度。因此，超聲波流量計(jì)針對(duì)特定的液體或氣體和溫度范圍進(jìn)行校準(zhǔn)。然而，與各種液體或氣體兼容的超聲波測(cè)量?jī)x必須在更換介質(zhì)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。
與機(jī)械儀表不同，超聲波儀表使用固態(tài)超聲波測(cè)量技術(shù)。由于沒有移動(dòng)部件，這些設(shè)備提高了精度和長(zhǎng)期可靠性，多普勒儀通常只能提供2%的滿量程精度，而迅昇SUNCENT的渡越時(shí)間超聲波流量計(jì)提供0.5%至1%的流量精度。
過去，工業(yè)組織主要將超聲波流量計(jì)用于大容量應(yīng)用，如原水和水處理。與傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)相比，超聲波流量計(jì)具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，因此逐漸被廣泛接受:

01. 寬量程或量程比
02. 在資產(chǎn)生命周期內(nèi)保持高精度
03. 高重復(fù)性
04. 沒有運(yùn)動(dòng)部件磨損或產(chǎn)生噪音
05. 流動(dòng)流中的最小侵入
06. 安裝時(shí)無(wú)需停線
07. 無(wú)壓降（夾緊）
08. 對(duì)水中顆粒的一般不滲透性
09. 雙向設(shè)計(jì)
10. 最少的維護(hù)

 

夾鉗式渡越時(shí)間超聲波流量計(jì)已被證明是磁性設(shè)備的一個(gè)很好的替代方案，當(dāng):關(guān)閉過程成本高；±1%的流量精度足以控制治療過程（迅昇SUNCENT-X8可以做到±0.5%的精準(zhǔn)度）；或者當(dāng)水含有可能污染磁力計(jì)電極的化學(xué)物質(zhì)或其他液體時(shí)。這些都是優(yōu)先選擇夾鉗式（外夾式）超聲波流量計(jì)的，迅昇現(xiàn)1.0/0.5級(jí)固定式超聲波流量計(jì)可測(cè)量管徑范圍是20mm~5000mm，為了節(jié)省安裝測(cè)試成本，迅昇研發(fā)出新一代產(chǎn)品SUNCENT-X3，專為Φ9.53~Φ90范圍管徑設(shè)計(jì)的小管夾鉗式超聲波流量計(jì)，支持PFA/PU、塑料管、銅管、不銹鋼管等材質(zhì)，裝上即可測(cè)量，省去了大部分安裝步驟。

小管夾鉗式超聲波流量計(jì)

 

選擇超聲波流量計(jì)對(duì)最終用戶的好處

準(zhǔn)確、可靠的流量測(cè)量對(duì)于工業(yè)用水和廢水處理系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行至關(guān)重要。從儲(chǔ)水和輸電線路到原水處理，超聲波流量測(cè)量技術(shù)已被證明是一種理想的解決方案。
超聲波流量計(jì)非常適合廢水應(yīng)用或任何水基或聲波傳導(dǎo)的臟過程流體。與磁力計(jì)不同，它們可以測(cè)量非導(dǎo)電流體的流量。超聲波流量計(jì)也非常適合化學(xué)兼容性至關(guān)重要的應(yīng)用。
在典型的工廠環(huán)境中，渡越時(shí)間和多普勒超聲波流量計(jì)都可以用來檢測(cè)和測(cè)量流速，而不會(huì)侵入液流。這些儀器非常適合故障排除和診斷。鉗形流量計(jì)可用于足夠流速的泄漏檢測(cè)。此外，超聲波流量計(jì)對(duì)溫度、粘度、密度或壓力的變化不敏感。
此外，超聲波流量計(jì)沒有移動(dòng)或潤(rùn)濕部件，沒有壓力損失，提供大的調(diào)節(jié)比，并提供免維護(hù)操作，這是相對(duì)于機(jī)械流量計(jì)的重要優(yōu)勢(shì)。
尤其是渡越時(shí)間超聲波流量計(jì)，可以指定用于需要長(zhǎng)期測(cè)量精度的應(yīng)用。對(duì)于存在小顆粒的水條件不太理想的任何工藝，它們都是很好的選擇。儀表的寬量程和強(qiáng)大的工作特性使其對(duì)不同的計(jì)量需求具有吸引力。

 

關(guān)于流量計(jì)選擇的最后結(jié)論

雖然傳統(tǒng)的機(jī)械流量計(jì)在工業(yè)過程用水和廢水環(huán)境中仍然很受歡迎，但最近的創(chuàng)新正幫助超聲波流量計(jì)在市場(chǎng)上取得重大進(jìn)展。全世界的專業(yè)人士都意識(shí)到，為需要長(zhǎng)期、精確性能的工業(yè)用水應(yīng)用選擇超聲波計(jì)量技術(shù)，可以降低安裝和生命周期成本。

 

 

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