電池供電超聲流量計的技術優勢

電池供電超聲流量計的技術優勢

白靜（中國石化北京燕山水務氣體管理中心北京市燕山區102500）

摘要：本文首先對目前供水行業普遍使用的機械式水表始動流量高、壓損大所造成的產銷差率高和送水單位耗電量大的問題進行了分析并對電池供電超聲流量計的原理做了詳細介紹，同時將電池供電超聲流量計和機械式水表主要技術指標進行了對比，對電池供電超聲流量計的實際應用效果和經濟效益分析做了詳細的論述，提出了新一代多聲路電池供電超聲流量計為供水企業進一步降低產銷差率，提高經濟效益提供了一種科學的解決方案。

關鍵詞：產銷差率；電超聲流量計；始動流量；壓力損失

隨著水資源日益緊張，各自來水公司對水表計量性能的要求逐步提高，各種計量儀表也在為適應供水行業的計量要求不斷改進，從傳統的旋翼式機械表向水平螺翼、垂直螺翼以及子母表等發展,同時，電子類水表的應用范圍在不斷擴大；電池供電超聲流量計自2003 年底推出后以其高準確度、低始動流量、無壓損、量程比寬等特點迅速在供水行業中得到廣泛使用，隨著超聲測流技術的不斷進步，電池供電超聲流量計的技術也在不斷發展，下面就多聲路電池供電超聲流量計原理、結構及在小流量計量、降低壓損等方面產生的經濟效益做一簡單介紹。

一、電池供電超聲流量計測流原理

超聲測流原理是利用超聲波換能器產生超聲波并使其在水中傳播；當超聲波在流動的水中傳播時產生“傳播速度差”，該速度差與水的流速成正比，電池供電超聲流量計就是利用了這一原理并因此又被稱為速度差法電池供電超聲流量計【1】。下面的圖示描述了電池供電超聲流量計的測量原理。

t1 = D/cosα

C +V ×sinα

t2 = D/cosα

C -V ×sinα

A、B：超聲波傳感器t1 、t2 ：為超聲波傳播時間D:管道直徑V:管段中水的流速C:超聲波在水中的傳播流速電池供電超聲流量計測量流量計算數學模型比較傳統的單截面的多聲路布置，采用雙截面聲路結構，能進一步增加測量斷面，在測量斷面上平行布置N 組測量聲路，將各聲路測得的流速進行加權積分求得面平均流速。

V =Σi =1

n

Ki*Vi

由此求得流量：Q=S*V

在以上兩式中：

V——面平均流速；Ki——第i 聲路加權積分系數；Vi——第i 聲路測得的流速

S——管路截面面積；Q——斷面通過流量；i ——聲路編號（1-18）

二、電池供電超聲流量計主要技術特點

1.從技術指標及各應用用戶的實際檢測可以看到，電池供電超聲流量計0.0025-0.005m/s 的始動流速相比國內其它同類產品，技術指標要高3-5 倍。因為其卓越的低流速測量性能，從而為企挽回在供水過程中普遍存在的低流速狀態下的計量損失；

2.采用標準管段式超聲波傳感器，測量精度高，無機械轉動部件，不受水錘及超大流量沖擊的影響，不易損壞，維護量極小；

3.超聲傳感器為直通式管段結構，無壓力損失，大大降低水泵電機能耗，節電效益非常顯著；

4.在數字化技術的基礎上對電路進行了微功耗設計，整機功耗小于0.8mW，內置一節3.6v 鋰電池供電，可保證儀表在每秒一次的測量和顯示周期的基礎上連續工作6 年以上，填補了國內空白，在保證測量精度的基礎上解決了其它流量計野外測量無電源的問題，同時杜絕了自然斷電、人為斷電造成的漏損，從而在儀表本身解決了供需矛盾；

5.具有多種標準輸出接口和GSM 無線傳輸功能，利用GSM公網進行無線傳輸，組成GSM 水流量無線監控系統，尤其適合水務系統對水資源利用情況的監督管理和付費控制。杜絕人工抄表帶來的誤差、“人情水”等人為因素造成的失水，減少人員費用、降低管理成本。

三、單聲路、多聲路電池供電超聲流量計與機械水表

表1 主要技術性能指標對比（以DN200口徑為例）

電池供電超聲流量計的計量增收效果漏損率一直是影響供水企業經濟效益的重要指標。

四、電池供電超聲流量計的節電降耗效果

“送水單位耗電量”是影響供水企業經濟效益的另一個重要指標，也是節能降耗任務指標之一，而機械式水表較大的壓損會造成“送水單位耗電量”的增加。由于水資源和能源日趨緊缺，水價和電價不斷提高，降低“送水單位耗電量”不僅可以提高供水企業的經濟效益，同時對節水節能也有著深遠的意義。但由于機械式水表的原理所決定，要想從根本上解決問題就必須在計量技術方面有所突破。

通過電池供電超聲流量計與機械式水表壓力損失實驗的一系列數據對比分析，可直觀的總結出電池供電超聲流量計在節能降耗方面的效果。

1.電池供電超聲流量計與機械式水表壓力損失實驗A 選取電池供電超聲流量計DN100（四聲路）一臺，DN100無結構標準管段一個，國內某知名廠家的垂直螺翼式水表DN50、DN80、DN100、DN150 各一臺；B 使用MDM460 型差壓變送器，標稱精度0.25%；C DN100 電池供電超聲流量計、DN100 無結構標準管段在各流速點下壓力損失實驗。

表2 DN100電池供電超聲流量計、

DN100 無結構標準管段在各流速點下壓力損失表D 垂直螺翼式水表壓力損失實驗：表3 垂直螺翼式水表在各流速下壓力損失表2.電池供電超聲流量計的節能降耗效果對比通過以上的壓力損失對比實驗，可以得出:

A 因安裝電池供電超聲流量計造成的管網中壓力損失與安裝直通管段的壓力損失基本相同，即可將電池供電超聲流量計視為直通管段，不會造成因安裝電池供電超聲流量計增加管網的壓力損失；

B 機械式水表的壓損隨著口徑、流速的增大而增大；

C 按計算損耗功率的公式：功率（W）=帕斯卡（pa）* 流量（m3/h）計算的電池供電超聲流量計與機械式水表的功率損耗對比【3】：

表4 電池供電超聲流量計與機械式水表的功率損耗對比表

六、電池供電超聲流量計與機械水表對比產生的經濟效益

每年因機械式水表壓力損失造成的能源消耗換算成電能消耗造成的經濟損失巨大，而電池供電超聲流量計因壓力損失很小，電能損失幾乎可以忽略不計；按工業用電單價0.82 元/度計算，電池供電超聲流量計與機械式水表因壓力損失造成的電費損失對比如下：

表5 電池供電超聲流量計與機械式水表因壓力損失造成的電費

損失對比表七、與流量計、無線遠傳組成的流量監測系統隨著網絡的普及和供水企業計量管理水平的提高，利用移動公司GSM/GPRS 網絡提供的短信服務的數據通道，由雙插入式超聲流量計、電池供電超聲流量計、GSM/GPRS 無線數據傳輸設備、管理軟件等組成的無線遠傳監測系統，可以為用戶提供高速、安全的無線數據傳輸通道，實現用戶數據的透明傳輸、監測、查詢、匯總等功能；

結語

電池供電超聲流量計的廣泛應用是水計量的一次革命。上述實驗數據及對比分析充分說明：應用電池供電超聲流量計不僅可以為供水企業創造可觀的經濟效益，同時也使供水企業的計量管理更加科學化和現代化，特別是在水資源和能源日益短缺的今天，其社會效益更是難以估計。

參考文獻：

【1】淺議電磁流量計在運行中的故障分析，張成杰，2006：11-15.

【2】超聲波流量計的使用考慮要點，梁景峰，儀表技術，2007，11（5）：72-75.

【3】儀表維修工，沈疏亮，2003：43-45.

作者簡介：白靜，男，助理工程師，1992 年畢業于北京燕山石油化工學校儀表自動化專業，現從事儀表設備管理工作。