浅谈超声波测流技术在工程中的应用

发表时间:2019/12/16   来源:《防护工程》2019年16期   作者:王兆辉
[导读] 我国是一个农业大国,为了满足农业用水的需求,农业水利工程在越来越多的地区被重视起来。水利工程的发展与建设给人们的生活带来了便利,同时也为农业的发展创造了便利的条件。

王兆辉
        呼图壁县二十里店镇农业畜牧业发展服务中心  新疆昌吉  831200
        摘要:我国是一个农业大国,为了满足农业用水的需求,农业水利工程在越来越多的地区被重视起来。水利工程的发展与建设给人们的生活带来了便利,同时也为农业的发展创造了便利的条件。在水利工程建设与发展的过程当中,对水流量的测量与监测是十分有必要的,而应用先进的测流技术可以确保结果的准确性,为水利工程项目决策提供参考。超声波测流技术是近年来发展起来的新型技术,在水利工程当中具有广泛的应用。基于此,本文从超声波测流技术的基本概述出发,探究了该技术在工程当中的具体应用情况。
        关键词:超声波测流技术;水利工程;应用
       
       
        近年来,随着互联网技术的发展,利用超声波脉冲来测量流体流量的技术得到了迅速发展,并在很多水利工程当中得到了广泛应用。随着呼图壁县二十里店镇农业的不断发展,水利工程的建设被提上了日程,这有效节省了在农业灌溉的时间、减少了人工投入,为农民的生活提供了更多的实惠。目前,在呼图壁县二十里店镇,以齐古水库为代表的一大批骨干水利工程相继建成,对农业发展起到了重要的推动作用。而为了更好地对工程的水流量进行检测,就要使用超声波测流技术。
        1.超声波测流技术的基本概述
        超声波测流技术早在三十多年前就开始在工业生产当中应用,但是一直到上个世纪90年代中期,随着技术的发展与成熟,超声波测流技术才开始在水利工程当中被广泛推广。
        1.1超声波传播时间的检测技术
        超声波最大的特点就是传播速度比较快,而在应用超声波测流技术的时候,要确保测量的精度,就要减少测量的时间差。如果测量的液体流速比较低的话,要确保精度,对测量时间差的要求就更高。而要实现这一目标,就要提高对时间的分辨率。随着超声波测流技术的不断发展与进步,目前已经可以使用高速集成电路与新的数学模式,将时间差的分辨率提高到了皮秒,这为测量结果的准确性提供了基本的保障。
        1.2声波的分辨技术与检测技术
        受到液体管道以及液体本身的影响,超声波在传播的过程当中信号会出现衰减甚至发生形变。在声波采集的过程当中,管道发出的噪声以及设备发出的噪声都会一同被流量计的转能器接收。为了避免这些干扰信号的影响,超声波测流技术在应用的过程当中需要准确地分辨与检测超声波信号。在早期,超声波流量计主要是通过跟踪与辨别声波最大峰值的方式来对超声波信号进行检测和测量的。但是这种方法在干扰信号比较强的时候容易发生测量不准确的情况。在声波通过管道内壁或者液体在流动的过程当中出现形变的时候,超声波测流的结果就可能会出现错误。目前,超声波测流技术已经采用了信号自动跟踪技术,可以有效避免噪声信号的干扰,能够及时、准确地测量与跟踪超声波信号。
        1.3超声波换能器与粘接剂材料
        在以前,超声波测流换能器的材料主要是塑料,它的性能并不稳定,使用时间也比较短,因此无法满足实际需要。随着材料技术的发展,目前换能器的声楔材料已经被换成了钢化陶瓷,这使得传感器的抗磨损性能得到了显著的提升。


与此同时,在不同液体材料当中进行测流的时候也具有较强的抗腐蚀性能。这种材质的换能器还可以更好地与压电陶瓷相粘接。在以前,粘接剂的材料主要是各种有机材料,虽然可以满足基本的粘接需求,但是使用寿命通常比较短。目前,可以使用金属合金粉末来代替有机物,这提高了超声波测流设备的整体性能,促进了设备的长期、稳定使用。
        2.浅谈超声波测流技术在工程中的应用
        为了更好地对水利工程进行统一管理,呼图壁县二十里店镇建立了专门的水利工程管理站,根据行业经营和风险特点,以防范风险和依法合规为目标,建立了管控到位、责任落实明确、运行相互制衡的内控管理体系。该管理站重视超声波测流技术的应用,推动了当地农业的发展。笔者结合在呼图壁县二十里店镇农业畜牧业发展服务中心的工作经历来探讨超声波测流技术在水利工程当中的实际应用。
        2.1设备选型
        在呼图壁县二十里店镇的大型水利工程项目当中,通常会采用明渠与渡槽自流相结合的方式进行输水,而明渠输水完成之后,需要通过泵站的加压来实现暗渠输水。在这个过程当中可以实现对各个渠道水位的管理和对水流量的控制。为了更好地实现这一目标,还可以通过设置节制阀的方式对渠道进行分段,然后对各段渠道水流进行控制,从而实现对整体水流的控制。在对渠道水流量进行测量的过程当中,通常采用的是时差式超声波流量计。在测量的时候,需要设置引水流道对水工结构形式进行测量。还需要对整个工程流域的闸门进行分类,根据它们的重要性与功能要求来选择换能器的类型。如果管道的管径比较小的话,还可以使用电磁式流量计来对分水口进行设置,从而完成测量的过程。
        2.2设备的组成与技术指标
        呼图壁县二十里店镇水利工程管理站所使用的超声波流量计主要包括主机、换能器、水位计等部分。其中流量计的主机主要是单片机的结构,通过显示屏的相关配置来显示流量、流速以及水温等测量参数。与此同时,在选择设备的时候还需要根据实际需要来选择防护的等级、信号输出指标等。在信号输出的过程当中,流量计可以将测量的结果主动传输到计算机系统当中,实现与其他设备的即时通讯,使测量人员能够在第一时间了解测量的结果。最后,在使用超声波测流技术进行测流的时候,需要重视环境温度所造成的影响,确保测流计自身的温度以及测量的环境温度都处于合适的范围之内。呼图壁县二十里店镇水利工程管理站所使用的超声波流量计适用的环境温度为-35℃到75℃,工作温度为-15℃到55℃。除此之外,在选择设备的时候,还需要根据工程的实际情况来选择相关配套设备。
        2.3流量计的安装与调试
        在安装换能器的时候,需要根据工程的情况在被测量水体渠道的两侧或者管道内壁等位置来确定安装位置。为了提高测量结果的准确性,需要注意换能器与渠道中心线之间的夹角问题,通常以45度角的位置为最佳位置。在这个过程当中需要使用激光经纬仪进行定位。齐古水库在最初安装超声波测流设备的时候,就是由于安装位置的不准确导致实际流量与测量流量之间的差距比较大,在经过多次调整之后才解决了这一问题。在安装主机的时候,需要确保信号电缆与电源线之间连接的合理性,避免出现连接错误的问题。这需要安装人员在铺设信号电缆的时候,标记好连接头的位置。于此同时,为了避免电压出现波动造成主机的损坏,还需要尽量确保电压供电的稳定性。
        在系统调试的过程当中,相关人员需要按照说明书当中的要求,在人机交互界面以及计算机系统当中设置好相关参数,完成信息的输入。如果水利工程的换能器位于水面以下的话,还需要对超声波流量计进行自检,对各个声路以及运行情况进行检测,并在动水和静水状态下分别进行检测。在完成检测之后,还需要对打印机、模拟量输出设备进行调试,确保它们能够将检测的结果准确输出。除此之外,还需要将串口与计算机系统进行通信模拟,这是实现系统实时通讯功能的基础。
        结语
        总的来说,超声波测流技术的应用促进了水利工程的发展,同时给工作人员提供了便利。而要实现对水体流量的准确测量,工作人员还需要充分了解超声波测流技术和测流过程当中使用的设备。在将超声波测流技术应用于水利工程的时候,需要结合实际情况来选择适合的测流设备和测流技术,同时要重视流量计的安装与调试,减少在测量过程当中各种不利因素的影响。
        参考文献:
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        [2]霍佃中,王跃,赵学东. 我国水电站超声波测流技术发展简况和工程实例[J]. 水电厂自动化,2016(03):46-50.
        [3]胡永成,金俏肖,胡红英. 声学时差法测流技术在毕浦电站尾水渠中的应用[J]. 浙江水利科技,2016,44(04):87-92.

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