污水處理終端的排放計(jì)量一般是以速度式流量計(jì)和明渠流量計(jì)為主構(gòu)成的、以直接測量封閉管道中滿管流流動(dòng)速度為原理的終端排放計(jì)量系統(tǒng)。眾所周知，大管徑、大流量及各類明渠、暗渠的測量是相當(dāng)困難的。此外，一般的流量計(jì)隨著管徑的增大會(huì)帶來制造和運(yùn)輸上的困難，且有不少流量只適用于圓型管道，而且造價(jià)高、能耗大、安裝不便，但是，這些問題超聲波流量計(jì)均可避免，且超聲波流量計(jì)對(duì)介質(zhì)幾乎無要求；并且其流量測量的準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、密度、黏度等參數(shù)的影響。所以，筆者將超聲波流量計(jì)用于針對(duì)以速度式流量計(jì)和明渠流量計(jì)為主構(gòu)成的污水處理終端排放計(jì)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)，結(jié)果證明其能大大提高流量測量儀表的性價(jià)比。

    封閉管道用超聲波流量計(jì)按測量原理分類有傳播速度差法（包括時(shí)差法、相位差法和頻差法）、多普勒法、波束偏移法、噪聲法、漩渦法、相關(guān)法和流速-液面法。在此，僅著重介紹目前用得多的傳播速度差法之時(shí)差法。

    一、超聲波流量計(jì)的時(shí)差法測量原理與超聲波流量計(jì)的結(jié)構(gòu)

    時(shí)差法是指聲波在流體中傳播，與在靜止的流體中相比，在順流方向聲波傳播速度會(huì)增大，逆流方向則減少，同一傳播距離在兩個(gè)方向上就有不同的傳播時(shí)間。利用傳播速度之差與被測流體流速之關(guān)系求取流速，即為傳播時(shí)差法。

    超聲波流量計(jì)主要由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和積算系統(tǒng)（或超聲波換能器和轉(zhuǎn)換器）組成。換能器和轉(zhuǎn)換器間用專用的信號(hào)線連接。夾裝式換能器通常還需配用安裝夾具和耦合劑。

    夾裝式超聲波流量計(jì)在使用前需測出測量管內(nèi)徑，并輸入轉(zhuǎn)換器中。

    二、以標(biāo)準(zhǔn)夾裝式超聲波流量計(jì)檢測污水處理終端的排放計(jì)量系統(tǒng)的不確定度分析

    1.測量方法

    檢測時(shí)首先按標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)使用說明書要求，安裝標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量傳感器，以使流量信號(hào)符合滿流測試條件。

   （1）確定系統(tǒng)管道直徑

    在系統(tǒng)試驗(yàn)直管道區(qū)域內(nèi)均勻選擇不少于3個(gè)點(diǎn)L（L₁、L₂、L₃??L_n），每個(gè)點(diǎn)用鋼卷尺測量系統(tǒng)管道周長并計(jì)算管道直徑，各點(diǎn)直徑誤差小于0.2%，則各點(diǎn)直徑的平均值為系統(tǒng)管道的直徑。

    注：如果各L點(diǎn)直徑誤差超過0.2%，則重新確定系統(tǒng)管道直徑。

   （2）確定系統(tǒng)管道壁厚

    對(duì)選擇的各點(diǎn)L（L₁、L₂、L₃??L_n）用超聲波測厚儀進(jìn)行壁厚測試，每個(gè)點(diǎn)沿圓周均勻選擇不少于4個(gè)點(diǎn)p（p₁、p₂、p₃、p₄??pn）進(jìn)行管道壁厚測試，各p點(diǎn)的平均值為該圓周L點(diǎn)的管道壁厚，L₁、L₂、L₃??Ln各點(diǎn)的管道壁厚誤差≤0.3mm，則各L點(diǎn)管道壁厚平均值為系統(tǒng)管道壁厚。

    注：如果各L點(diǎn)壁厚誤差>0.3mm，則重新確定系統(tǒng)管道壁厚。

    （3）確定標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)傳感器安裝尺寸

    輸入管道直徑、管道壁厚、材質(zhì)等各種參數(shù)，使標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)處于正常工作狀態(tài)，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)傳感器安裝尺寸。

    （4）確定安裝位置

    根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)傳感器安裝尺寸，用鋼卷尺確定安裝位置。標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)傳感器安裝點(diǎn)應(yīng)保證在選擇的L點(diǎn)上，計(jì)量誤差校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)分別在縱向和橫向進(jìn)行。

    2.數(shù)學(xué)模型

    根據(jù)上面的分析，被檢污水處理終端的排放計(jì)量系統(tǒng)的示值誤差可以寫成：δi——計(jì)量系統(tǒng)示值相對(duì)誤差；Qi——第i次計(jì)量系統(tǒng)校準(zhǔn)測得的累積流量，m³；Qsi——第i次標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)校準(zhǔn)測得的平均累積流量，m³。

    其中，Qsi是標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)校準(zhǔn)測得的平均累積流量讀數(shù)值，受其本身的最大允差和測量管直徑及管徑壁厚測量誤差等的影響，Qi是計(jì)量系統(tǒng)校準(zhǔn)測得的累積流量讀數(shù)值，受測量重復(fù)性的影響，由此可將數(shù)學(xué)模型展開如下：δ_i1——被校計(jì)量系統(tǒng)測量重復(fù)性引起的誤差；δ_i2——被校計(jì)量系統(tǒng)平均誤差的重復(fù)性引起的誤差；δ_si1——標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)本身的最大允差引起的誤差；δ_si2——標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)因測量管直徑及管徑壁厚引起的誤差。

    3.方差和傳播系數(shù)

    4.計(jì)算分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度

    （1）被校計(jì)量系統(tǒng)測量重復(fù)性引起的不確定度分量u1以夾裝式超聲流量計(jì)為例，對(duì)污水處理終端的排放計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行檢測。測得測量管道內(nèi)徑為2200mm，測量誤差為0.1mm。每個(gè)流量點(diǎn)檢測6次，檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

    取測試流量點(diǎn)范圍內(nèi)各點(diǎn)重復(fù)性的最大值0.18%，按均勻分布，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：自由度ν（u1）=5

    （2）平均誤差的重復(fù)性引起的不確定度u₂    再由n=6得：自由度ν（u₂）=5

    （3）標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)本身的最大允差引起的不確定度分量u₃

    標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)本身的最大允差為0.2%，正態(tài)分布，k=2，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度, 故自由度ν（u3）=∞

    （4）標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)因測量管直徑及管徑壁厚誤差引起的不確定度分量u₄

    管徑壁厚的測量誤差由超聲波測厚儀的系統(tǒng)誤差決定，超聲波測厚儀的系統(tǒng)誤差約為0.5%，均勻分布，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度,其不可靠性為10%，故自由度ν（u₄）=50

    （5）標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

    綜上所述，得到各項(xiàng)不確定度分量和相關(guān)信息如表2所示。

     5.本次擴(kuò)展不確定度

    U=kuc，包含因子k=2。

    故擴(kuò)展不確定度U=2×0.35%=0.7%

    6.測量不確定度報(bào)告

    綜上分析，用標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)現(xiàn)場校準(zhǔn)污水處理終端排放計(jì)量系統(tǒng)的擴(kuò)展不確定度U=0.7%，k=2。

    三、結(jié)束語

    用標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)進(jìn)行污水處理終端排放計(jì)量系統(tǒng)的現(xiàn)場校準(zhǔn)能達(dá)到校準(zhǔn)的目的。由于超聲波流量計(jì)的工作性能與現(xiàn)場安裝使用有極大的關(guān)系，所以要?jiǎng)?chuàng)造必要的現(xiàn)場工作條件，并對(duì)儀表進(jìn)行正確的安裝調(diào)試，才能保障超聲波流量計(jì)的正常工作和準(zhǔn)確計(jì)量。所以，在用標(biāo)準(zhǔn)超聲波流量計(jì)進(jìn)行污水處理終端排放計(jì)量系統(tǒng)現(xiàn)場校準(zhǔn)前，要注意這幾個(gè)問題：（1）詳細(xì)了解現(xiàn)場情況；（2）確定安裝方式；（3）選擇安裝管段；（4）計(jì)算安裝距離，確定換能器位置；（5）管道表面處理；（6）換能器安裝及接線；（7）觀察接收波形、微調(diào)并固定換能器。

直達(dá): 便攜超聲波流量計(jì) 固定超聲波流量計(jì) 手持超聲波流量計(jì) 超聲波熱量計(jì) 電磁流量計(jì)  超聲波流量計(jì)

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