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  超声波水表不但比传统的机械水表更精确可靠,而且便于实现电子化、智能化的计量管理,因此在水资源日渐紧缺,能源管理朝智能化发展的背景下,用超声波水表取代机械水表将是大势所趋。然而目前超声波水表的发展受到了质量不稳定、开发和制作成本高等因素的制约。其中,超声波基表的结构设计以及超声波流量传感器的 选择和配对对水表的性能起到了至关重要的影响。因此,选用性能稳定、匹配良好的超声波流量传感器,并配以结构合理的测量管段,是提高超声波水表可靠性和一致性的关键。

  目前市面上的超声波水表普遍使用金属材质的基表,成本较高,而且铜材质的管段老化后有可能会释放出有害重金属。为了满足小流量饮用水的计量需求并克服以上不足,奥迪威公司开发了一款DN15的超声波流量表体(基表)——HS0014-000。这款流量表体由一对超声波流量传感器和一段聚合物材质的管段组成,是超声波水表的主要测量部件。

     HS0014-000采用奥迪威自主开发的流量传感器,与管段匹配良好,且经过筛选配对和严格的测试,保证了产品的稳定性和可靠性。其管段采用食品级的原材料制成,符合GBT17219-1998《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》,且比金属表体更不易结水垢,提高了长时间测量的稳定性。管段材质为耐高温、抗变形能力强的工程塑料,通过一次注塑成型,避免了金属制管段加工的复杂性以及多次机加工产生的尺寸差异,因此具有很好的一致性。

图1 HS0014-000的构造图

    HS0014-000主要由一根塑料管段、一对传感器和两块放置在管段中的反射片构成。反射片采用插入式方式组装,为一体冲压成型。反射片较小的体积降低了其在管道内部对水流的阻碍作用,同时也减小了对压损的影响;反射片前段对有导流作用,保持了管段内部的流场均匀性,使各区域流速变化更小,有利于提高测量精度。

  管段两端口径采用由小变大的渐变形流线设计,两端较大口径部分到内部缩径采用圆弧过渡,提高了速度分布均匀性,避免了因管道内部产生台阶而引起的涡流,有利于超声波信号的稳定传输。图2和图3为管段的流场仿真图,模拟的是2500L/H时的流场分布。

图2 HS0014-000的流速分布图

图3 HS0014-000的流速梯度图

    HS0014-000的管段结构经过优化,符合流体力学原理,能有效降低压损。模拟压损结果为19.2KPa,实测结果为20.8KPa,大大低于CJ/T 434-2013标准规定的40KPa。

  为了验证HS0014-000能够在长期使用的过程中保持稳定的性能,奥迪威对其进行了一系列严格的可靠性试验,包括耐光辐射测试、高温存储测试、低温存储测试、交变湿热测试、静态耐压测试、周期性耐压测试等等。此外,这款表体还通过了IP防护等级测试,防护等级达到IP68。