平衡流量计原理

超声波明渠流量计的工作原理是什么？根据流体力学原理可知：明渠内的流量越大，液位越高；流量越小，液位越低。另外，一般明渠内水流量大小还与渠道的横截面积、坡度、粗糙度有关。如果在渠道内安装几何尺寸和堰板材料固定的量水堰槽后，流量与液位就建立了确定的对应关系。这样量水堰槽就把流量测量转成了易于实现的水位测量。常用的量水堰槽种类有三角堰、矩形堰和巴歇尔堰槽三种（见图 1）。根据流体力学原理可知：明渠内的流量越大，液位越高；流量越小，液位越低。另外，一般明渠内水流量大小还与渠道的横截面积、坡度、粗糙度有关。如果在渠道内安装几何尺寸和堰板材料固定的量水堰槽后，流量与液位就建立了确定的对应关系。这样量水堰槽就把流量测量转成了易于实现的水位测量。常用的量水堰槽种类有三角堰、矩形堰和巴歇尔堰槽三种（见图 1）。简言之，水力学法测量流量的原理为：首先测量出量水堰槽内水流的液位，再根据“水位-流量”的水力学关系公式，求出流量。

编者按 计量是天然气贸易活动中必不可少的一个环节，若计量出现较大偏差，则可能影响贸易的公正性，影响消费者和企业的利益，不利于天然气贸易活动的健康发展。因此，科学的选择计量仪器显得尤为重要。 与国外相比，我国天然气计量起步较晚，但在近几年的大力发展下，还是取得了一定成绩的。本文主要针对天然气计量方法的种类、测量原理、优点及其缺点进行了分析，并对天然气计量中存在的一些问题及其解决对策进行了说明。 差压流量计 差压流量计主要包括孔板式、阿牛巴以及弯管式。 ①孔板式流量计 孔板式流量计原理为质量守恒定律和能量守恒定律，即流体连续性方程和伯努利方程。流体流量越大，差压越大，以此为依据对流体流量进行测量。 优点：该样式的流量计所用的节流件全球通用，无需进行实流校准，且结构简单、牢固、性能稳定可靠、价格较低，因此具有广泛的应用。缺点：范围宽度为3：1，限制了其应用范围，而法兰连接法容易导致跑冒滴漏现象，增加了后期的维护成本。 ② 阿牛巴流量计 阿牛巴流量计工作原理为充满导管的流体流经流量计的检测杆时，检测杆的迎流面和背流面会产生不同的压力值，前者为全压平均值，而后者则被称为静压值，两者的差值就是计算流体流速和流量的主要依据。 优点：安装较为简单，压损较小，准确度高，强度好，耐磨损性能较好，防泄漏性能好。 缺点：迎流面和背流面的取压孔容易发生堵塞，且迎面取压孔的边缘处容易受流体的磨损，因此容易出现测量性能不稳的现象。 ③ 弯管流量计 弯管流量计以质量守恒、能量守恒和动量矩守恒三大定律为测量技术，流体经过管道的拐弯处时，内侧流速大于外侧流速，且呈现一定的规律性，当弯管的角度为45°时，只要测量弯管内外压差和流体的密度时，就可计算出流体的流速，然后根据流体所经弯管的横截面积，即可求得流体的流量。 优点：不受插入件或节流件的影响，无压力损失，精度高，可重复性好。直管段范围要求较宽，而传感器的磨损或者结垢，对流量计的精度影响较小。 缺点：对测量大流量流体较为准确，而小流速测量准确度较差。 气体涡轮流量计 涡轮流量计是一种管径中全截面流速流量的流量计，其测量原理是将一组叶轮悬置于流体中，流体流动时带动叶轮转动，然后根据叶轮的转动速度来获得流体的平均流速，并以此为基础计算出流体流量。 优点：精准度较高，可控制误差在±0.2%至±0.5%之间，压损小、重复性好、稳定性高、能快速响应且该流量计内部结构较为紧凑，体积小，安装以及后期维护较为简单。 缺点：测量结果受流体性质影响较大，当流体介质的粘度、密度、压力等因素发生变化时，可对测量结果产生一定影响。 气体超声波流量计 气体超声波流量计是利用流动状态下的流体对超声束的作用，以检测流体体积的一种测量仪表。 优点：安装简单，精准度较高，可控制误差在0.5%以内；不受机械磨损，长期使用精度不变；不受压力损失的影响，可使用干法进行标定；为非接触性测量，耐腐蚀，可进行管网流动状态的评估测量。 缺点：对测量环境有一定要求，若测量场合存在高频振动噪声，测量结果容易受到干扰。 以上测量仪表都有其各自的特点，综合比较，气体超声波流量计在测量精度、稳定性和适用范围上都更具优势，因而也成为国际上天然气贸易的首选产品。 随着测量技术的不断发展，我国气体超声波流量计的研究已经取得了不小的成果，并解决了一些实际应用过程中存在的问题。 过去，我们往往容易忽视环境温度对计量的影响。温度不仅影响气体的体积，还能影响计量仪器的准确度。在实际的计量过程中，若忽视外界因素的影响，则可能影响计量结果的准确性。如北方温差较大，若不考虑温度温度影响，则燃气公司可能面临一定的经济损失。 以孔板流量计为例，该流量计由节流装置、流量显示仪和差压变送器构成，当环境温度变化较大时，节流装置和差压变送器的准确性就要受到影响，从而导致计量结果不准确。相比之下，国产超声流量计Gasboard-7200具有温度补偿功能，可避免温度影响计量误差，有效提升经济效益。 国产超声流量计Gasboard-7200 总的来说，流量计的选择对于天然气计量工作的精准度影响巨大，企业在选择流量计时，不仅要考虑成本、安装、维修难度，还应考虑使用环境的影响，在满足以上要求的情况下，尽可能的减少计量误差，保证贸易的公平性。版权声明:本文转载自微信公众号@工业过程气体监测技术，如欲转载，请务必注明来源，违者必究。

摘要：美国内珀维尔市通过安装准确耐用的流量计，消除了传感器漂移，为流量监测系统提供了可***的数据。通过对这些可***的流量和液位数据进行分析，能够分析市政排水管网的状态，判断入流和渗漏问题，优化对市政排水管网的维护和管理，执行最优的污水管道修复策略，最终减少进入污水处理厂的流量。 关键词：流量监测；市政排水管网；入流和渗漏；优化 The successful application of Sigma flow meter in municipal sewer system Huang Weiming1, Fang Wen2, Marcia Kinley3 (1. Hach Company Beijing Representative, 2.Hach Company Beijing Representative, 3. Hach Company) Abstract: The city of Naperville has installed the strong and accurate flow meter, eliminated sensor drift, and provided reliable data for the flow monitoring system. By analyzing these reliable data of flow and level, we can know the status of the municipal sew system, judge the problem of infiltration and inflow, optimize the maintenance and manager for municipal sewer system, execute the optimized strategy for sewer rehabilitation, and finally reduce the flow into water treatment plant. Key word: flow monitoring municipal sewer system infiltration and inflow optimize 1、市政排水管网概述 市政排水管网是城市基础卫生设施的重要环节。它的作用就是及时可***地排除产生的污水或废水，给城市创造一个安全的生存和生产环境，对于维护城市公共卫生、保障人民身体健康具有非常重要的意义。 市政排水管网有合流制和分流制两种排水系统。合流制排水系统中，生活污水、降雨径流和工业废水混合排入同一管道。分流制排水系统中，生活污水和工业废水在城市污水管道排出，雨水单独由雨水管道排出，能够有效减少降雨对城市污水处理厂造成的冲击。大部分的老城采用的是合流制排水系统，大部分的新城市以及开发区采用的是分流制排水系统，合流制排水系统正逐步向分流制排水系统演变。 2、美国内珀维尔的市政排水管网问题 内珀维尔的污水收集系统是一个独立的下水道系统，包含了469英里的污水管道和19个泵站，大多数管道都是重力流形式。收集到的污水和来自附近沃伦维尔小镇的污水汇合，进入日均处理量约为8.5万吨/天的污水处理厂。 内珀维尔大部分建于20世纪60年代的混凝土管道正迅速变坏，而且，其中还有一部分管道建于20世纪20年代。在污水长年累月的腐蚀及其他环境因素的作用下，污水管道严重老化，破损和堵塞的危险成为市政管理者主要关心的问题。 一方面，由于污水管道的破损，地下水可能会进入污水收集系统。我们称之为渗漏。 另一方面，降雨时，由于雨水管路接到了污水管路，雨水会进入污水收集系统。我们称之为入流。 入流和渗漏问题会引起污水收集系统过载，冲击污水处理厂的运行，造成更高的处理费用和过多的泵房运行成本；还会造成污水管道水位升高，当超过水位警戒线时，会导致污水回流，如图1所示；甚至会造成检修口溢流，破坏环境卫生，影响公共健康。 图1、过载水位警戒线 Figure1. Warning level when overload 所以，只有减少入流和渗漏问题，才能够有效避免污水收集系统过载，从而节省处理费用，保护环境以及公共健康。这就要求能够快速找到具有入流和渗漏问题的污水管道，进行修复。 然而，要在如此多的污水管道中，找到具有入流和渗漏问题的污水管道不是一件容易的事情。况且，污水管道的环境极其恶劣，难闻的、有毒的气体随时会阻止维护工作的进程。随着经济的飞速发展，排水管网也在不断扩大。迫切需要一种快速简便的方法，来找到管网中存在入流和渗漏问题的污水管道。 3、全新Sigma流量计的应用 信息系统是市政基础设施有效运行和维护的关键，包括污水收集系统。对于污水收集系统而言，流量测量技术是信息系统的关键因素。只要能正确使用流量计，就能得到准确的流量，从而为减少入流和渗漏问题提供所需的关键信息。这些准确的流量数据，对于污水管网的运行和维护是很重要的。对污水管网进行恰当的运行和维护，能够减少污水管道的入流和渗漏问题，从而减少对污水处理容量的需求，带来更高的使用率，降低成本。对污水流量进行完全和准确的测量，还能够判断哪些污水管道的入流和渗漏问题比较严重，从而确定需要修复的污水管道。 图2、Sigma流量计探头的安装 Figure2. Installation of the Sigma flow meter 内珀维尔从20世纪80年代后期就开始解决入流和渗漏问题，2002年开始加快问题解决的进程。最近，安装了HACH公司的Sigma AV流量计，如图2所示，并开发出很好的流量监测信息系统，能够提供污水收集系统当前状态的实时信息。 整个流量监测系统有24个固定监测点和10个临时监测点，用于监测排水主干管、干管的重要节点部位的流量。其中两个固定监测点测量来自沃伦维尔小镇的流量，用于收费目的。剩下的监测点主要用于入流和渗漏的监测。在适当的位置安装适当的流量计，根据这些流量计测量到的流量信息，就能知道哪条污水管道的入流和渗漏问题最严重。区分出市政排水管网中入流和渗漏问题最严重的这部分管道，就能有针对性的进行修复。这样，就把有限的资源投入到收益最大的地方。 流量监测系统的功能，是建立在可***的流量信息上的。目前，有多种不同的测量技术用于流量测量，选择正确的流量和液位传感器是很关键的。Sigma AV流量计采用更加准确耐用的流量测量技术&mdash &mdash 多普勒频移技术。如图3所示，流体中的颗粒（固体或者气泡）使超声信号产生频率偏移，频率偏移和颗粒的流速成比例关系，通过测量频率偏移测量流体的流速；利用浸没压力方法测量液位从而计算出横截面积。根据测量的流速和面积计算出液体的流量。 图3、Sigma AV流量计测量原理 Figure3. Measuring principle of Sigma AV sensor Sigma AV流量计能够在苛刻的条件下，连续测量而没有漂移，能够在更长的维护间隔内工作，提供更加准确的流量数据，从而为城市的入流和渗漏减排计划带来了进一步的准确度和效率。 有了可***、精确的流量计后，就能准确的判断污水管道的问题了。比如： 1、流速下降了，液位却出现了一个峰值，说明有堵塞现象。用户有一次在查看数据时发现了这种现象，如图3所示。到达现场提起检修口的盖子检查，发现有一块胶合板堵住了水流。 图4、污水管道出现堵塞的情况 Figure4. Showing sewer blocked 2、在下雨时，流量有明显的增加，说明该污水管道有入流或者渗漏的问题，需要对这段污水管道进行修复。如图4所示。 图5、下雨时污水管道有入流和渗漏的情况 Figure5. Showing infiltration and inflow when rainfall 如果在下雨时，同时有多个测量点的流量有明显的增加，说明有多段污水管道出现了入流和渗漏问题。而又因为资源有限，不能同时解决所有污水管道的问题。这时候，就需要判断入流和渗漏问题最严重的污水管道，先解决这段污水管道的问题具有最大的成本效益。比较这几个流量增加的测量点，可以发现流量增加最多的那段污水管路就是入流和渗漏问题最严重的。 到目前为止，内珀维尔市已经减少大量的入流和渗漏问题。由于问题的解决，减少了进入污水处理厂的污水量，就没有必要再新建污水处理厂了。 4、结语 内珀维尔市安装了更加准确耐用的流量计，为流量监测系统提供了可***的数据。内珀维尔市的流量监测系统，由于有了可***的流量和液位数据，能够快速准确的分析城市排水管网的状态，判断污水管道是否出现入流和渗漏问题，对城市入流和渗漏减缓工程有着积极的意义。根据排水管网的分析结果，能够优化对污水管网的维护和管理，还能够执行最优的污水管道修复策略，最终减少入流和渗漏问题对污水处理厂造成的冲击。 通过准确、连续的流量和液位监测，我们不仅可以分析污水管道是否堵塞，是否出现入流和渗漏问题，还可以分析污水管道是否发生污水泄漏，从而防止污水对环境的污染，保护环境。 参考文献 [1] 叶萍. 中国城市排水建设发展的思考. 时代金融. 2006，4：95-97； [2] 王昊阳. 城市分流与河流制混合区域排水管网水质水量变化特征. 清华大学硕士学位论文. 2007，6； 详情请点击