调水工程测流中超声波流量计应用分析

王来印

（山东省调水工程运行维护中心东营分中心，山东 东营 257000）

我国水资源匮乏，调水工程在维持国民经济持续发展中起着关键性作用，如何提升调水工程测流的精度，对缓解水资源匮乏压力，提升水资源利用率等方面具有重要意义。传统调水工程测流中，多采用流速仪，但流速仪结构比较复杂，而且长时间在恶劣环境运行极易发生各种故障，不利于调水工程运行稳定性和智能化的提升。

超声波流量计中融入了先进的电子技术和材料技术，自动化监测、提升现场监测精度方面具有显著优势。基于此，开展超声波流量计在调水工程测流中的应用研究就显得尤为必要。

1 工程概述

棘洪滩入库泵站设计流量23.0m3/s。棘洪滩水库设计最高蓄水位14.2m，总库容1.58 亿m3，相应水面面积14.529km2，设计死水位6.5m，死库容4780 万m3，相应水面面积13.66km2，最大调节库容1.104 亿m3，向青岛市日供水规模为33.23 万t（净日供水30 万t）。本项目位于引黄济青东营市境内的预备河管理站，换能器安装在倒虹闸前200m水流平稳处。

2 超声波流量计原理与安装调试

2.1 原理

一套完整的超声波流量计由超声波发生器、超声波接收器、电子线路、流量显示、累计系统等结构共同组成。超声波流量计测流原理如图1 所示。

图1 超声波流量计测流原理图

从图1 中可以看出，超声波流量计测流的主要原理是：通过检测流体流动对超声波造成的影响来对流量进行测量，主要利用了时差法。先用换能器1 发射超声波，经过渠道壁1、流体、渠道壁2 后，被另一侧的换能器2 接收到。同时，换能器也同样发射同频率超声波，经过渠道壁2、流体、渠道壁1 之后，被换能器1 接收。但由于流速的存在，使得二者接收的时间不同，存在一定的时间差，通过时间差，就可以获知流速，从而到具体的流量值。

2.2 安装调试

超声波流量计安装调整主要涉及以下内容：

（1）换能器安装。要先定位换能器安装的具体位置，在调水工程渠道两侧精确定位适合换能器安装的位置，多采用激光经纬仪进行定位，保证换能器和调水渠中心线成45°夹角。换能器安装完成后，还要结合调水工程实际情况，确定安装参数，如声路长、声路角、水位计高程等。

（2）主机安装。超声波流量计主机安装的关键在于保证超声波信号电缆和电源线能够准确连接。尤其是在信号电缆铺设时，两个端头要做好标记，避免发生错接和混接。

（3）系统调试。首先，输入超声波流量计实测安装参数；然后，在调水渠道有水的情况下，通过流量计进行自检，检查每个声路的实际工作情况，在静水状态下检查一次，动水状态下再检查一次，保证静水状态下水流测值为0，间接检查流量计的准确性；最后，检查超声波流量计输出参数，如果一切达到设计要求，就可以正常使用。

3 超声波流量计在调水工程测流中的具体应用

3.1 应用超声波流量计技术规范

（1）超声波流量计标有“接地”标示线路，要在其他设备之前连接。

（2）用于连接RICTRL、RIMOUSTT 的电线和电缆必须适应最低80℃的环境温度。

（3）提供一个外部开关或断路器，从而可以从电源起完全断开设备电源。这个开关或断路器应安装在设备附近,易于获取，并且标记为一个电源供电的分离器。设备必须以开关或断路器不受阻的方式安装。

3.2 RISONIC Modular 流量计的应用要点

在网络浏览器上设置一个和RISONIC Modular 流量计相互匹配的系统，本工程在应用RISONIC Modular 流量计时，将其安装在标准DIN 导轨上，取得了良好效果，具体情况如图2 所示。

图2 主机箱子中RISONIC modular 流量计的安装

为保证RISONIC Modular流量计运行的稳定性和测流进度，在配置RISONIC 模块时，需要结合调水工程实际情况，正确合理的连接各项硬件设备，具体连接线路示意图如图3 所示。

为保证RISONIC Modular流量计的应用效果，需要严格按照以下要求进行连接：

（1）连接24V 电源到RICTRL 电源上，将RICTRL 电源连接到RIMOUSTT 电源输入。

（2）合理连接超声波换能器。通过直径为16mm2的低阻抗线，连接RIMOUSTT EARTH 到有效地。通过一根交叉线，如RJ-45 连接RICTRL 以太网界面LAN1 到台式电脑或是笔记本电脑，用另一根交叉线，将以太网界面LAN2 连接到RIMOUSTT 以太网界面LAN2。

（3）详细检查状态指示灯的工作状态，保证每个模块都能正确供电和运行。

3.3 同轴/双层屏蔽电缆的应用

在调水工程中应用RISONIC Modular 流量计时，可以选择同轴电缆，也可以选择双层屏蔽电缆。其中，同轴电缆应用在传感器缺乏接地保护，通过压力管道连接到保护地。或者RISONIC Modular 流量计中所有的导体和换能器之间完全隔离的情况。同轴电缆连接时，要漏出大约13mm 屏蔽层，如果是外折屏蔽层，则要漏出大约10mm 芯线。连接芯线和屏蔽层到RIMOUSTT 模块上，具体如图4 所示。

图3 硬件设备接线图

图4 同轴电缆连接示意图

3.4 以太网网络设置

在以太网网络设置时，要先对电脑中的网络适配器进行检查，保证适配器处于正确配置状态，网络适配器连接到RICTRL 的RICTRL 的流程如何下：第一步，电机计算机“开始”按钮，选择打开控制面板，在开展面板中找到“网络和共享中心”。第二步，选择更改适配器设置，点击属性。第三步，选择选择“Internet Protocol Version 4 (TCP/IPv4) 网络协议版本4”，点击“属性”。第四步，选择“使用以下IP 地址”，进入“192.168.1.10”作为IP 地址和“255.255.255.0”作为子网掩码。点击“确定”，重启您的电脑（如需要）。

3.5 标准模式中的系统配置

配置RICTRL 应用，推荐的方法是在标准模式中：标准模式中允许如下工作：选择主测量中的应用程序、配置次测量中的应用程序、添加模拟和数字输入/输出、定义数据记录任务。

4 结语

综上所述，本文结合工程实例，分析了超声波流量计在调水工程测流中的应用，分析结果表明，超声波流量计测流精度、测流自动化等方面有显著优势。但在具体应用时，需要结合调水工程的实际情况，合理选择同轴/双层屏蔽电缆，合理设置以太网网络，并在标准模式下进行系统配制，才能发挥出超声波流量计应有的作用和价值，值得调水工程管理单位高度重视。