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污水流量计

超声波流量计在污水处理终端排放流量计量系统的现场校准

污水处理终端的排放计量一般是以速度式污水流量计和明渠流量计为主构成的、以直接测量封闭管道中满管流流动速度为原理的终端排放计量系统。众所周知,大管径、大流量及各类明渠、暗渠的测量是相当困难的。此外,一般的流量计随着管径的增大会带来制造和运输上的困难,且有不少流量只适用于圆型管道,而且造价高、能耗大、安装不便,但是,这些问题超声波流量计均可避免,且超声波流量计对介质几乎无要求;并且其流量测量的准确度几乎不受被测流体温度、压力、密度、黏度等参数的影响。所以,笔者将超声波流量计用于针对以速度式污水流量计和明渠污水流量计为主构成的污水处理终端排放计量系统的校准,结果证明其能大大提高流量测量仪表的性价比。

                              

  封闭管道用超声波流量计按测量原理分类有传播速度差法(包括时差法、相位差法和频差法)、多普勒法、波束偏移法、噪声法、漩涡法、相关法和流速-液面法。在此,仅着重介绍目前用得蕞多的传播速度差法之时差法。

 

  一、超声波流量计的时差法测量原理与超声波流量计的结构

 

  时差法是指声波在流体中传播,与在静止的流体中相比,在顺流方向声波传播速度会增大,逆流方向则减少,同一传播距离在两个方向上就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速,即为传播时差法。

 

  超声波流量计主要由超声波换能器、电子线路及流量显示和积算系统(或超声波换能器和转换器)组成。换能器和转换器间用专用的信号线连接。夹装式换能器通常还需配用安装夹具和耦合剂。

 

  夹装式超声波流量计在使用前需测出测量管内径,并输入转换器中。

 

  二、以标准夹装式超声波流量计检测污水处理终端的排放计量系统的不确定度分析

 

  1.测量方法

 

  检测时首先按标准超声波流量计使用说明书要求,安装标准超声波流量传感器,以使流量信号符合满流测试条件。

 

  (1)确定系统管道直径

 

  在系统试验直管道区域内均匀选择不少于3个点L(L1、L2、L3⋯⋯Ln),每个点用钢卷尺测量系统管道周长并计算管道直径,各点直径误差小于0.2%,则各点直径的平均值为系统管道的直径。

 

  注:如果各L点直径误差超过0.2%,则重新确定系统管道直径。

 

  (2)确定系统管道壁厚

 

  对选择的各点L(L1、L2、L3⋯⋯Ln)用超声波测厚仪进行壁厚测试,每个点沿圆周均匀选择不少于4个点p(p1、p2、p3、p4⋯⋯pn)进行管道壁厚测试,各p点的平均值为该圆周L点的管道壁厚,L1、L2、L3⋯⋯Ln各点的管道壁厚误差≤0.3mm,则各L点管道壁厚平均值为系统管道壁厚。

 

  注:如果各L点壁厚误差>0.3mm,则重新确定系统管道壁厚。

 

  (3)确定标准超声波流量计传感器安装尺寸

 

  输入管道直径、管道壁厚、材质等各种参数,使标准超声波流量计处于正常工作状态,并计算标准超声波流量计传感器安装尺寸。

 

  (4)确定安装位置

 

  根据标准超声波流量计传感器安装尺寸,用钢卷尺确定安装位置。标准超声波流量计传感器安装点应保证在选择的L点上,计量误差校准时应分别在纵向和横向进行。

 

  2.数学模型

 

  根据上面的分析,被检污水处理终端的排放计量系统的示值误差可以写成:

 

   (1)

  式中:δi——计量系统示值相对误差;Qi——第i次计量系统校准测得的累积流量,m3;Qsi——第i次标准超声波流量计校准测得的平均累积流量,m3。

 

  其中,Qsi是标准超声波流量计校准测得的平均累积流量读数值,受其本身的蕞大允差和测量管直径及管径壁厚测量误差等的影响,Qi是计量系统校准测得的累积流量读数值,受测量重复性的影响,由此可将数学模型展开如下:

 

   (2)

  式中:δi1——被校计量系统测量重复性引起的误差;δi2——被校计量系统平均误差的重复性引起的误差;δsi1——标准超声波流量计本身的蕞大允差引起的误差;δsi2——标准超声波流量计因测量管直径及管径壁厚引起的误差。

 

  3.方差和传播系数

 

  根据方程

 

  得

 

  求偏导:

 

  得:

 

  4.计算分量标准不确定度

 

  (1)被校计量系统测量重复性引起的不确定度分量u1以夹装式超声流量计为例,对污水处理终端的排放计量系统进行检测。测得测量管道内径为2200mm,测量误差为0.1mm。每个流量点检测6次,检测数据如表1所示。

 

        表1 被校计量系统检测数据

  取测试流量点范围内各点重复性的蕞大值0.18%,按均匀分布,

        则标准不确定度为:

 

  自由度ν(u1)=5

 

  (2)平均误差的重复性引起的不确定度u2

 

  根据公式

 

  再由n=6得:自由度ν(u2)=5

 

  (3)标准超声波流量计本身的蕞大允差引起的不确定度分量u3

 

  标准超声波流量计本身的蕞大允差为0.2%,正态分布,k=2,则标准不确定度为:

 

  故自由度ν(u3)=∞

 

  (4)标准超声波流量计因测量管直径及管径壁厚误差引起的不确定度分量u4

 

  管径壁厚的测量误差由超声波测厚仪的系统误差决定,超声波测厚仪的系统误差约为0.5%,均匀分布,    

 

,则标准不确定度为:

  

  其不可靠性为10%,故自由度ν(u4)=50

 

  (5)标准不确定度分量汇总表

 

  综上所述,得到各项不确定度分量和相关信息如表2所示。

 

表2 标准不确定度分量一览表

  (6)合成标准不确定度

  (7)有效自由度

 

  由韦尔奇-萨特思韦特公式计算有效自由度:

 

  5.本次扩展不确定度

 

  U=kuc,包含因子k=2。

 

  故扩展不确定度U=2×0.35%=0.7%

 

  6.测量不确定度报告

 

  综上分析,用标准超声波流量计现场校准污水处理终端排放计量系统的扩展不确定度U=0.7%,k=2。

 

  三、结束语

 

  用标准超声波流量计进行污水处理终端排放计量系统的现场校准能达到校准的目的。由于超声波污水流量计的工作性能与现场安装使用有极大的关系,所以要创造必要的现场工作条件,并对仪表进行正确的安装调试,才能保障超声波流量计的正常工作和准确计量。所以,在用标准超声波流量计进行污水处理终端排放计量系统现场校准前,要注意这几个问题:(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,确定换能器位置;(5)管道表面处理;(6)换能器安装及接线;(7)观察接收波形、微调并固定换能器。

点击次数:  更新时间:2017-05-25  【打印此页】  【关闭

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