污水处理厂接收工业园区内企业排放工业废水的主管管径一般在600mm以上，水质污浊，成分复杂，流量变化大。针对此工况，流量计量在设选型时，要求测量仪表具有良好的耐腐蚀和大量程比。污水流量计量多采用涡轮流量计、电磁流量计［1］或孔板流量计等，但此类流量计都需要将其传感器安装在管道内［2］，压损大、易磨损、寿命短，对涡流和速度分布敏感。实际应用中常因传感器被杂物覆盖或缠绕而影响正常使用，无法提供准确数据［3］。进口超声流量计因价格高、售后服务不及

时、安装要求苛刻等因素，其应用受到很大限制。在某市污水处理厂项目设计中采用了一种新型国产超声波流量计，它具有准确度高、量程大、无水头损失、安装方便等优点［4］，解决了精确计量的难题。

 

1、仪表测量原理

超声波流量计是利用超声波传播的声速差原理进行测量（如图1所示）。超声波在流体中的传播速度与流体流动速度有关［5］，仪表通过测量超声波沿介质顺向和逆向传播的声速差，算出介质在现场的流速，进而计算得出工作状况下的流量，即：

式中：Q为流量，m3／h；L为传感器间距离，m；t1为顺流传播时间，s；t2为逆流传播时间，s；θ为超声波与流体流向间的夹角；A为管道截面积，m2。

 

2、系统构成及性能指标

项目进水管管径为DN1200mm，设计采用了超声流量计。项目设计采用的超声波流量计为V字型一次反射双声道分体型流量计，所选仪表口径为DN1200mm，精度为0．5级，测量管材质为碳钢内衬聚四氟乙烯。仪表主要由4部分组成：流量计表体、转换器、压力变送器（可选，用于补偿）、温度变送器（可选，用于补偿）等，结构如图2所示。

由于项目中进水主管道流量测量点距离监控中心较远，要求流量计具有现场显示瞬时流量、累积流量、工作状态等参数，历史数据记录、储存，数据自动检查和检验，运行状况诊断和故障报警等多项功能，其中非常主要的是要能够将信号传送至监控中心。综合实际需求，设计选用的流量计采用RS485接口MODBUS协议，以主从问答方式将采集的信号以通讯模式上传到监控中心控制站。超声波流量计通讯数据信息传输为异步方式，以字节为单位。主机（监控中心控制站）和从机（流量计）之间传递的通讯信息使用11位字格式，位数分配如表1所示。

 

数据位（信息帧）采用地址码＋功能码＋数据区＋错误校检的格式，数据位格式及长度如表2所示。当通讯命令由发送设备（主机）发送至接收设备（从机）时，符合相应地址码的从机接收通讯命令，并根据功能码及相关要求读取信息，如果CRC校验无误，则执行相应的任务，然后把执行结果（数据）返送给主机。返回的信息中包括地址码、功能码、执行后的数据以及CRC校验码。如果CRC校验出错，数据区就返回0x83。

3安装与应用

3．1安装及注意事项

（1）周围环境要求。环境温度满足－25～＋55℃，相对湿度小于85％；避免强振动源，避免强电磁或电子干扰；仪表防护等级为IP68，可以安装在仪表井内。

（2）管道安装要求。流量计的上、下游直管段分别为10D和5D［6］（双向计量上、下游直管段均不少于10D）。测量介质含有粉尘颗粒时，在表体上游30D之外的直管段位置加装过滤器（过滤器为80目磁性过滤器）。表体吊装时，利用在法兰顶部位置的吊环，流量计表体的内径与直管段的内径一致，尺寸差值控制在公称直径的0．6%～1.0％，避免垫片突入管道。仪表测量管段内腔清洁度，要求无油脂及灰尘，且要保证流经仪表处介质满管。

（3）电源及接线。仪表电源采用UPS供电，电压等级220VAC±10％，电源线缆为三芯1．5mm2电缆，数据通信线采用屏蔽线，线径为1．5mm2。

（4）接地。仪表外壳在安装地点就近单独接地，接地电阻小于4Ω。接地棒打入潮湿的地下75cm以上，与其他接地棒或金属导体相距10cm以上。接地线的地上部分用护套管套住，防止与其他金属或接地线相接触，信号电缆屏蔽层在流量计侧接地。

（5）温度、压力变送器安装。温度变送器安装在流量计标准短截（表体）的下游远离表体约3D～4D（单向流）或5D～9D（双向流）的位置；压力变送器安装在流量计标准短截上。

（6）转换器安装。仪表安装于空旷场地，转换器安装在专门的支架上，将转换器外壳与支架联结牢固，以起到有效防雷击作用；同时在接线端配置仪表侧防浪涌保护器。

 

3．2性能比较与实际应用效果

超声波流量计安装完成后，经调试、联运及投产运行的多次测试，均达到了精度要求，性能优良。

（1）不同类型流量计比较。双声道超声流量计具有测量精准、量程比宽、运行稳定、工作压力低、压力变化范围广、抗干扰性强、维护量少、安装方便等明显优势，是一种比较理想的节能型流量计，在大管径流量测量方面更具优越性［7］。不同类型流量计性能对比如表3所示。

（2）与国外同类产品对比。当前进口超声流量计未得到广泛使用的主要原因是： 价格高（随口径不同， 价格区间在十几万至几十万元人民币）； 仪表使用所要满足的压力底限值大（通常要求介质压力不低于 500 kPa ）， 在低压条件下无法正常使用；安装要求苛刻， 对国内一些特殊地域或工况适应性差。 另外， 进口超声流量计的技术服务费也非常昂贵， 售后服务响应时间长， 零部件订货周期长。

 

针对国外产品的众多弊端， 选用该国产流量计使问题得到了解决。 自项目竣工投产以来， 流量计性能指标满足用户的预期使用要求， 仪表本身自带故障诊断功能和开放的通讯协议， 在实际应用时更加方便。

 

4 结语

双声道超声波流量计投用后， 各项性能指标均达到设计要求， 大大提升了计量精度和复现性， 提高了输差原因分析的科学性， 同时降低了维护成本。 与同类产品相比， 在相同的工况下， 系统性价比突出。 实际应用数据表明， 设计采用的超声波流量计， 具有测流费用少、 运行稳定、 准确度高、 操作简单、 不破坏流场、 没有压力损失、 不影响系统中其他设备正常工作等优点， 特别适合大口径高精度要求下的污水计量及终端用户贸易结算。