Элементы работы и выбора переносного ультразвукового расходомера открытого канала

В таких областях, как управление водными ресурсами, экологический мониторинг, промышленное производство и гидротехника, точное измерение потока открытого канала является основной основой для достижения научного планирования, соблюдения выбросов и эффективного управления. Портативный ультразвуковой расходомер открытого канала, как бесконтактное измерительное оборудование для измерения расхода, благодаря своим значительным преимуществам, таким как отсутствие инвазивной жидкости, удобство установки, небольшое техническое обслуживание и сильная адаптивность к окружающей среде, постепенно заменил традиционные контактные измерительные приборы и стал основным выбором для мониторинга потока открытого канала. В этой статье будет проведен всесторонний технический анализ портативного ультразвукового расходомера открытого канала с точки зрения принципа измерения, основных технических параметров, типичных сценариев применения, точек выбора операций, технического обслуживания и обнаружения неисправностей, а также для отраслевых практиков, чтобы предоставить профессиональную ссылку.

　　Принципы измерения переносного ультразвукового расходомера открытого канала: техническая логика бесконтактного мониторинга расхода

Суть потока открытого канала состоит в том, что поверхность жидкости находится в непосредственном контакте с атмосферой, форма потока, управляемая гравитацией (например, естественные русла, искусственные каналы, муниципальные дренажные сети и т. Д.), расчет потока которой соответствует основной формуле Q = vxA (Q для потока, v для средней скорости потока жидкости, A для площади сечения потока). Основная проектная логика переносного ультразвукового расходомера открытого канала заключается в том, чтобы точно получать данные о скорости потока или уровне воды с помощью ультразвуковой технологии, а затем выводить расход в сочетании с параметрами сечения потока, в основном разделенные на два основных технических решения, адаптированных к различным условиям.

(i) Метод разности скоростей распространения (метод разности во времени / фазы)

Этот метод рассчитан с использованием разницы в скорости распространения ультразвука в направлении попутного и противоводного течения. Скорость распространения ультразвука в статической жидкости составляет c, скорость потока жидкости - v, угол между преобразователем и потоком воды - тета, скорость распространения по течению - c + vcos - тета, скорость распространения против потока - c - vcos - тета. Измеряя разницу во времени распространения (дельта т) или фазовую разницу (дельта Фи) в обоих направлениях, скорость потока жидкости может быть выведена обратно.

Применимый сценарий: жидкость очищается равномерно (например, канал чистой воды, обработанная задняя хвостовая вода), без большого количества взвешенных частиц или пузырьков, а правила сечения канала, стабильные условия потока. Программа имеет высокую точность измерения, хорошую стабильность, скорость реакции некоторых моделей может достигать 0,5 секунды, подходит для долгосрочного точного измерения.

(ii) Доплеровский метод (метод отражения)

Основываясь на эффекте Доплера, при ультразвуковом облучении взвешенных частиц в жидкости (осадок, пузырьки, примеси и т. Д.), ультразвук, отраженный частицами, вызывает смещение частоты (доплеровский сдвиг частоты в дельте f), размер сдвига частоты пропорционален скорости движения частицы (т. е. скорости потока жидкости), и мгновенная скорость потока может быть непосредственно рассчитана путем обнаружения сдвига частоты.

Применимый сценарий: жидкость содержит определенные взвешенные частицы или пузырьки (например, сточные воды, речные воды, промышленные сточные воды), даже если поток воды имеет локальные возмущения (например, выход насосной станции, пересечение трубопровода), до тех пор, пока распределение частиц относительно равномерно может работать стабильно. Программа обладает выдающейся антиинтерференционной способностью и является предпочтительным вариантом для сложных условий, таких как мониторинг сточных вод.

(iii) Метод преобразования уровня жидкости в расход (режим поддержки водослива)

Для некоторых упрощенных устройств можно использовать со стандартными водосливными канавами (такими как бак Башера, треугольный водослив, прямоугольный водослив и т. Д.). С помощью ультразвукового зонда бесконтактно измеряется высота уровня жидкости в водосливе, а затем используется заданная кривая калибровки уровня воды и расхода в водосливе для прямого преобразования расхода. Этот метод не требует измерения скорости потока, простой конструкции, низкой стоимости, подходит для относительно фиксированного диапазона потока сцены, но необходимо преобразовать канал для установки водослива, существует определенный ущерб давления.

　　II. Технические параметры переносного ультразвукового расходомера открытого канала: ключевые показатели для измерения производительности оборудования

Технические параметры непосредственно определяют измерительную мощность и сферу применения переносного ультразвукового расходомера открытого канала, выбор должен быть сосредоточен на следующих показателях в сочетании с условиями работы на месте, в то же время должен соответствовать HJ 15 - 2019 « Технические требования к ультразвуковому расходомеру сточных вод открытого канала и методы детектирования» и другим отраслевым стандартам:

1. Диапазон и точность измерения скорости потока: обычный диапазон измерений от 0,01 до 30 м / с, ошибка измерения скорости потока высокоточного оборудования ± 1,0%; Различные принципиальные модели адаптируются к различным интервалам скорости потока, доплеровский метод более подходит для сложных жидкостей с низкой скоростью потока (< 0,5 м / с), метод разности во времени при средней и высокой скорости потока имеет лучшую точность.

2. Точность измерения расхода: погрешность в сочетании со стандартным водосливным желобом составляет ± 2,0%, а в нестандартных каналах или сложных условиях - ± 5,0%; Многоканальное стратифицированное измерительное оборудование может компенсировать влияние турбулентности с помощью моделирования данных для дальнейшего повышения точности.

3. Параметры измерения уровня воды: диапазон измерения обычно 0 ~ 5 м (настраиваемый), погрешность измерения ±2 мм, слепое пятно должно быть 10 ~ 30 см (разница между зондами разных частот); Точность измерения уровня воды напрямую влияет на расчет площади перетока и является одним из основных источников ошибки потока.

4. Свойства зонда и защита: частота преобразователя скорости потока более 1 МГц, а уровень преобразователя 200 или 64 КГц (выбирается в зависимости от расстояния измерения); Класс защиты должен достигать IP68. Обеспечить долгосрочную работу в условиях погружения, влажности и пыли, а некоторые криогенные условия должны поддерживать функцию сопровождения тепла.

5. Адаптивность окружающей среды: диапазон рабочих температур - 35°C ~ 80°C, температура хранения - 40°C ~ 85°C, относительная влажность < 95% (без конденсации); Устойчивость к электромагнитным помехам должна соответствовать требованиям промышленной площадки, экранированный кабель и сопротивление заземления (4 омега) должны соответствовать спецификации.

6. Данные и связь: поддержка отображения и хранения данных, таких как мгновенный расход, кумулятивный расход, уровень воды, скорость потока и т.д.; С интерфейсом RS485 / Modbus, некоторые модели поддерживают беспроводную передачу GPRS / SMS и могут подключаться к платформе облачного мониторинга для обеспечения удаленной доставки.

　　Сценарий применения переносного ультразвукового расходомера открытого канала: покрытие потребностей в многодисциплинарном мониторинге потока

Бесконтактные характеристики переносного ультразвукового расходомера открытого канала и способность к многорежимной адаптации делают его широко используемым в муниципалитетах, охране окружающей среды, водном хозяйстве, промышленности и других областях, основные сценарии применения следующие:

(i) Муниципальное водоснабжение, канализация и очистка сточных вод

Мониторинг расхода воды на входе и выходе очистных сооружений для учета эффективности обработки и эксплуатационных расходов; Мониторинг выбросов в муниципальных сетях дождевой воды для поддержки борьбы с наводнениями и борьбы с заболачиванием в городах; Мониторинг сливных отверстий сети коллекторных труб, предоставление данных о связи « Концентрация + общий объем» для экологического надзора; Внутренние отстойники, аэрационные бассейны и другие технологические единицы управления расходом.

(2) Сброс и мониторинг промышленных сточных вод

Химическая промышленность, металлургия, шахты и другие предприятия сточных вод онлайн - мониторинга, чтобы соответствовать требованиям контроля общего объема природоохранного сектора; Измерение сточных вод в цехах на территории завода, для оценки затрат и оптимизации процесса; Мониторинг стока циркулирующей охлаждающей воды, промышленной охлаждающей воды для обеспечения стабильности производственного процесса.

iii) Гидротехника и орошение в сельском хозяйстве

Мониторинг стока рек, ирригационных каналов / ответвлений, предоставление данных для планирования водных ресурсов и реформы цен на воду в сельском хозяйстве; Водоотводные отверстия водохранилища, мониторинг стока водосброса, обеспечение безопасной эксплуатации гидротехнических сооружений; Сбор данных гидрологических станций малых и средних рек для поддержки принятия решений по борьбе с наводнениями и засухой.

(4) Применение специальных сценариев

Мониторинг притока воды в шахты для обеспечения безопасности добычи; Мониторинг расхода воды в водозаборных / дренажных каналах охлаждающей воды электростанции; Точное измерение потока открытого канала в научных экспериментах поддерживает гидродинамические исследования и технологическую проверку.

　IV. Основные моменты эксплуатации и выбора переносного ультразвукового расходомера открытого канала: обеспечение соответствия оборудования и надежности измерений

Правильный выбор и нормативная работа являются ключом к снижению ошибки измерения и увеличению срока службы оборудования, необходимо сосредоточиться на следующих аспектах:

(i) Основа научного отбора

1. В соответствии с принципом отбора свойств жидкости: метод выбора разности во времени чистой чистой воды (например, ирригационных каналов); Доплеровский метод отбора сточных вод, содержащих суспензии / пузырьки;

2. Выбор конфигурации в соответствии с условиями канала: стандартный прямоугольный / трапециевидный канал может выбрать моноканальное оборудование, нерегулярный канал или турбулентную область для выбора многоканального стратифицированного измерительного оборудования; Сценарий с ограниченным пространством выбран в одном варианте и установлен на расстоянии в сепараторе (зонд отделен от хоста);

3. Выбор комплекта в соответствии с требованиями точности: плата за измерение, экологическая приемка и другие высокоточные требования должны быть совместимы со стандартным баком / треугольным водостоком, а также выбор многопараметрического калибровочного функционального оборудования;

4. Защита в соответствии с окружающей средой: зонд для отбора зоны низкотемпературного обледенения с самоограничением температуры и тепла; Влажная и пыльная среда подтверждает защиту и герметичность кабеля IP68.

(2) Нормативные требования к установке

1. Положение установки: необходимо выбрать стабильную секцию потока верхнего участка прямой трубы ≥15D, нижнего течения ≥5D (D - эквивалентный диаметр канала), избегая источников помех потока, таких как изгибы, клапаны, выходы насосов и т.д.; При необходимости устанавливается стабилизатор;

2. Расположение зонда: зонд должен быть перпендикулярен уровню жидкости, беспрепятственный в радиусе пуска; Расстояние от уровня воды должно быть больше, чем слепое пятно зонда, высота от дна канала должна покрывать измеренную глубину воды; Многоканальное оборудование должно равномерно размещать преобразователи по многослойному интервалу;

3. Кабель и заземление: использование экранированной двойной скрутки, расстояние между силовым кабелем ≥0,5 м, прокладка через металлическую трубу; Хост и зонд должны быть заземлены отдельно, сопротивление заземления составляет 4 омега, чтобы избежать электромагнитных помех.

(3) Нормы эксплуатационной калибровки

1. Параметры настройки: точный входной размер канала (ширина, глубина, коэффициент откоса), тип водослива и другие параметры; Корректировка цикла измерений в соответствии с фактическими условиями (рекомендуется от 1 до 5 секунд);

2. Периодическая калибровка: калибровка не менее 1 раза в год, а сценарий экологического мониторинга - 1 раз в полгода; Используйте стандартный уровнемер и расходомер для динамической калибровки, выберите минимальную, часто используемую, проверку трех точек расхода, ошибку, превышающую коэффициент K, и параметры резервного копирования;

3. Аудит данных: периодически экспортировать исторические данные, анализировать плавность кривой потока, аномальные мутации должны выявлять неисправность оборудования или изменения условий работы.

　　V. Техническое обслуживание и выявление неисправностей переносного ультразвукового расходомера открытого канала: обеспечение долгосрочной стабильной работы

В основе обслуживания портативного ультразвукового расходомера открытого канала является « профилактика, точное расследование», благодаря точному управлению, чтобы уменьшить частоту отказов, повысить надежность данных.

(i) Элементы повседневного обслуживания

1. Очистка зонда: ежедневный осмотр с помощью мягкой ткани, смоченной в нейтральные моющие средства для протирания поверхности зонда, удаления накипи, водорослей, масла; Сократить до одного раза в неделю количество загрязненных участков (например, очистных сооружений) и уменьшить количество прикрепленных к ним пылезащитных колпаков;

2. Проверка кабелей и интерфейсов: ежемесячная проверка кабелей питания, интерфейсов сигнальных линий, чтобы избежать окисления, коррозии и ослабления; Защитный кабель должен быть нетронутым, а место прохода должно быть фиксированным и прочным;

3. Обслуживание канала: регулярно очищать канал от мусора (пластиковые пакеты, ветви) и шлама горловины водослива, чтобы избежать блокировки, влияющей на течение; Ежеквартально проверяйте, деформируется ли сечение канала, своевременно исправляйте параметры площади потока;

4. Управление окружающей средой: высокотемпературная среда устанавливает вентилятор охлаждения для приборной коробки, криогенная среда включает функцию сопровождения тепла; Регулярно проверяйте систему заземления, усиливайте защиту от мин во время грозового сезона.

(2) Выявление общих неисправностей

1. Нестабильность / большая погрешность показаний: в основном неправильное положение установки (помехи течения), загрязнение зонда или неправильные параметры уровня воды; Решение: отрегулируйте положение установки и установите стабилизатор, очистите зонд, перекалитируйте кривую уровня воды - расхода;

2. индикация без скорости потока / расхода: это может быть сверхслепая зона расстояния зонда от поверхности воды, неисправность проводки или аномалия питания; Проверка: отрегулируйте высоту зонда, проверьте кабель и напряжение питания (DC6V ~ 24V), проверьте с помощью осциллографа состояние эмиссии ультразвуковых импульсов;

3. затухание / потеря сигнала: доплеровский метод - это в основном слишком мало жидкостной суспензии (без отражающей среды), метод разности во времени - это в основном слишком много пузырьков или смещение угла зонда; Решение: Добавление индикаторных частиц (чистая жидкость), установка пеногасителя, перекалировка угла зонда;

4. Сбой связи: проверка соответствия интерфейсных протоколов (например, адреса Modbus, коэффициент поттера), проверка заземления кабеля и электромагнитных помех, беспроводной модуль должен подтвердить интенсивность сигнала и тарифный статус.

　　Тенденции развития портативных ультразвуковых расходомеров открытого канала: направление интеллектуального и сценического обновления

С интеграцией Интернета вещей и технологий больших данных, портативный ультразвуковой расходомер открытого канала обновляется в трех основных направлениях: во - первых, интеллектуальное улучшение, интегрированный алгоритм ИИ для достижения адаптивной калибровки потока, автоматическая диагностика неисправностей, в сочетании с граничными вычислениями для снижения давления передачи данных; Во - вторых, многопараметрическое слияние, новая толщина заиливания, качество воды (мутность, корреляция COD) измерительная функция, реализация « потока + качество» интегрированного мониторинга; В - третьих, сценическая настройка, для сельскохозяйственных ирригаций, горного дренажа, мониторинга экологического потока и других особых потребностей, разработка низкого энергопотребления (солнечного питания), миниатюризации, легкого оборудования для повышения адаптивной способности окружающей среды.

　VII. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Благодаря основным преимуществам бесконтактных измерений портативный ультразвуковой расходомер открытого канала стал основным оборудованием в области мониторинга потока открытого канала, производительность которого напрямую определяет научный характер управления водными ресурсами и экологического регулирования. В практическом применении, в сочетании с точным выбором условий работы, стандартизированной установкой, точность измерения и срок службы оборудования обеспечиваются за счет точной эксплуатации и обслуживания. В будущем, с глубоким слиянием интеллектуальных технологий, портативный ультразвуковой расходомер открытого канала еще больше преодолеет ограничения сцены и обеспечит более мощную техническую поддержку для устойчивого использования водных ресурсов и защиты окружающей среды.