『壹』 超聲波怎麼測量水管內部的流體液面高度
超聲波流量計的基本原理及類型超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。根據檢測的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、雜訊法及相關法等不同類型的超聲波流量計。起聲波流量計是近十幾年來隨著集成電路技術迅速發展才開始應用的一種
非接觸式儀表，適於測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計聯動可進行敞開水流的流量測量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測量元件故不會改變流體的流動狀態，不產生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產管線運行因而是一種理想的節能型流量計。
眾所周知，目前的工業流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問題，這是因為一般流量計隨著測量管徑的增大會帶來製造和運輸上的困難，造價提高、能損加大、安裝不僅這些缺點，超聲波流量計均可避免。因為各類超聲波流量計均可管外安裝、非接觸測流，儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關，而其它類型的流量計隨著口徑增加，造價大幅度增加，故口徑越大超聲波流量計比相同功能其它類型流量計的功能價格比越優越。被認為是較好的大管徑流量測量儀表，多普勒法超聲波流量計可測雙相介質的流量，故可用於下水道及排污水等臟污流的測量。在發電廠中，用攜帶型超聲波流量計測量水輪機進水量、汽輪機循環水量等大管徑流量，比過去的皮脫管流速計方便得多。超聲被流量汁也可用於氣體測量。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。
另外，超聲測量儀表的流量測量准確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數的影響，又可製成非接觸及攜帶型測量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測量的強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質的流量測量問題。另外，鑒於非接觸測量特點，再配以合理的電子線路，一台儀表可適應多種管徑測量和多種流量范圍測量。超聲波流量計的適應能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計具有上述一些優點因此它越來越受到重視並且向產品系列化、通用化發展，現已製成不同聲道的標准型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應不同介質，不同場合和不同管道條件的流量測量。
超聲波流量計目前所存在的缺點主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數據不全。目前我國只能用於測量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計的測量線路比一般流量計復雜。這是因為，一般工業計量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m／s左右，被測流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量最大也是10－3數量級．若要求測量流速的准確度為1％，則對聲速的測量准確度需為10-5～10-6數量級，因此必須有完善的測量線路才能實現，這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術迅速發展的前題下才能得到實際應用的原因。
超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量，並將其發射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經電子線路放大並轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示。
超聲波流量計常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應，採用適出的發射電路把電能加到發射換能器的壓電元件上，使其產生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然後由接收換能器接收，並經壓電元件變為電能，以便檢測。發射換能器利用壓電元件的逆壓電效應，而接收換能器則是利用壓電效應。
超聲波流量計換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動。薄片直徑超過厚度的10倍，以保證振動的方向性。壓電元件材料多採用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入到流體中，需把元件故人聲楔中，構成換能器整體(又稱探頭)。聲楔的材料不僅要求強度高、耐老化，而且要求超聲波經聲楔後能量損失小即透射系數接近1。常用的聲楔材料是有機玻璃，因為它透明，可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。
超聲波流量計的電子線路包括發射、接收、信號處理和顯示電路。測得的瞬時流量和累積流量值用數字量或模擬量顯示。
根據對信號檢測的原理，目前超聲波流量計大致可分傳播速度差法(包括：直接時差法、時差法、相位差法、頻差法)波束偏移法、多普勒法、相關法、空間濾波法及雜訊法等類型，如圖所示。其中以雜訊法原理及結構最簡單，便於測量和攜帶，價格便宜但准確度較低，適於在流量測量准確度要求不高的場合使用。由於直接時差法、時差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測量超聲波脈沖順流和逆流傳報時速度之差來反映流體的流速的，故又統稱為傳播速度差法。其中頻差法和時差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，准確度較高，所以被廣泛採用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為：Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產生偏移來反映流體流速的，低流速時，靈敏度很低適用性不大．多普勒法是利用聲學多普勒原理，通過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普
勒頻移來確定流體流量的，適用於含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測量。相關法是利用相關技術測量流量，原理上，此法的測量准確度與流體中的聲速無關，因而與流體溫度，濃度等無關，因而測量准確度高，適用范圍廣。但相關器價格貴，線路比較復雜。在微處理機普及應用後，這個缺點可以克服。雜訊法(聽音法)是利用管道內流體流動時產生的雜訊與流體的流速有關的原理，通過檢測雜訊表示流速或流量值。其方法簡單，設備價格便宜，但准確度低。
以上幾種方法各有特點，應根據被測流體性質．流速分布情況、管路安裝地點以及對測量准確度的要求等因素進行選擇。一般說來由於工業生產中工質的溫度常不能保持恆定，故多採用頻差法及時差法。只有在管徑很大時才採用直接時差法。對換能器安裝方法的選擇原則一般是：當流體沿管軸平行流動時，選用Z法；當流動方向與管鈾不平行或管路安裝地點使換能器安裝間隔受到限制時，採用V法或X法。當流場分布不均勻而表前直管段又較短時，也可採用多聲道(例如雙聲道或四聲道)來克服流速擾動帶來的流量測量誤差。多普勒法適於測量兩相流，可避免常規儀表由懸浮粒或氣泡造成的堵塞、磨損、附著而不能運行的弊病，因而得以迅速發展。隨著工業的發展及節能工作的開展，煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的輸送和應用以及燃料油加水助燃等節能方法的發展，都為多普勒超聲波流量計應用開辟廣闊前景。
『貳』 旁壓測試法的儀器設備和安裝調試
預鑽式旁壓儀型號較多，但其結構和梅納型旁壓儀基本相同。國內定點生產旁壓儀的廠家為江蘇漂陽市儀器廠，生產PY型旁壓儀，已有三代產品。80年代主要生產PY-1型和PY-2型；在此基礎上，90年代又生產了PY-3型預鑽式旁壓儀。現以國產PY型旁壓儀為例（圖5—10），簡述其設備及其安裝調試。
（一）設備
預鑽式旁壓試驗的主要設備為旁壓儀。它主要由以下四部分組成。
1.旁壓器
它是旁壓儀中的最重要部件，由圓形金屬骨架和包在其外的橡皮膜所組成。旁壓器一般為三腔式，中間為主腔（也稱測試腔），上、下為護腔。主腔和護腔互不相通，護腔之間則相通，把主腔夾在中間。測試時，高壓水從控制單元通過中間管路系統進入主腔，使橡皮膜沿徑向（橫向）向周圍土體膨脹，壓迫周圍土體，從而建立主腔壓力和土體體積變形增量之間的相互關系。同時，也向兩護腔同步地輸入同樣壓力的水，使其壓力和主腔保持一致，以便迫使主腔向四周沿水平方向同步變形。這樣就可以把主腔周圍的土體變形作為一個平面應變問題來處理。
圖5—10PY-2型旁壓儀管路（結構）圖
旁壓器中央有導水管，用來排泄地下水，使旁壓器能順利地置於測試深度。旁壓器分裸體和帶金屬鎧保護膜兩種。對一般各類粘土，可直接使用裸體旁壓器；如遇到土層中含有碎石等鋒利物質會損壞彈性膜時，可在旁壓器彈性膜外面套上金屬鎧保護膜進行測試，其主要作用是保護彈性膜，使旁壓測試能正常進行。
目前，PY-2型和PY-3型旁壓器外徑均為50mm（帶金屬鎧裝護套時為55mm），測試腔長度均為250mm，體積為491cm3（帶金屬鎧裝護套者為594cm3）。旁壓器總長度為500mm。上、下腔（護腔）之間用銅導管溝通，而與中腔隔離。
2.壓力和體積控制箱
通常，預鑽式旁壓儀的控制單元為設置在三角架上的一個箱式結構。它包括變形量測裝置和加壓穩壓裝置兩大部分。前者主要有測管、輔管（PY-3型只有測管，其內截面為14.32cm2，容積為650cm3）、水箱及各類閥門等部件；測管和輔管皆用有機玻璃製造，最小刻度為1mm,PY-2型測管內截面積為15.28cm2,PY-3型還配有液位顯示儀，解析度可提高到0.1mm。這部分的主要功能是控制進入旁壓器的水量，由測管或液位儀測讀孔壁土體受壓後的相應變形值。加壓穩壓裝置包括高壓氮氣瓶或人工打氣筒、貯氣罐、調壓閥和相應的壓力表。加壓穩壓均通過調壓閥控制。這部分裝置的主要功能是控制進入旁壓器的壓力。總之，土體所受壓力和相應體積變形（通過量測測管水位下降值來實現）的關系通過控制箱得到了實現。
3.管路系統
管路是連接旁壓器和控制箱的「橋梁」。其作用是將壓力和水從控制箱送到旁壓器。PY-2型有兩根導壓管和兩根注水管，PY-3型有兩根導壓管，但只有一根注水管（圖5—11）。管路由尼龍1010材料製成，能經受高壓，其長度由最大測試深度決定，一般有十餘米長。連在旁壓器上的管路能通過快速接頭和控制箱很快地連接在一起。
圖5—11PY-3型旁壓儀管路圖
4.成孔工具等配件
預鑽式要預先成孔，其成孔工具主要是勺鑽（圖5—12），配有高強度鋼製造的勺形鑽頭、探桿和提土鑽頭。適用於一般粘性土。對於堅硬土層，應用輕型鑽機成孔。
圖5—12成孔工具
PY型旁壓儀適用於在粘性土、粉土和砂土等地層中進行測試。地層中如含有角礫石等，應用帶金屬鎧裝護套的旁壓器，以免刺破橡皮膜。目前的測試壓力已提高到2.5MPa，深度可達20m。如果選用強度更高的材料，提高閥門在高壓下的密封性，其測試壓力和深度還可提高。國外同類產品中，其測試壓力已達12.5MPa（如Ménard GB型預鑽式旁壓儀），測試深度可達50m；有的已達70MPa，可測硬岩石（如美國Goodman52101型）。
（二）旁壓儀的維修和保養
1.儀器主要部件的構造和維修
（1）皮膜式控制閥：其結構如圖5—13示。
圖5—13皮膜式控制閥
1—旋輪；2—導向螺桿；3—拼帽（螺母）；4—閥塞；5—壓環；6—皮膜；7—閥座
當順時針旋轉旋輪時，螺桿推動閥塞緊壓皮膜於孔壁口，管路斷開；當反時針轉動旋輪時，皮膜靠自身彈力和管路中內壓恢復原位，管路連通。以此達到使管路開閉的控製作用。
皮膜式閥門的優點是：密封性能良好，耐壓高。缺點是：開閉無固定位置，操作憑手感，皮膜容易損壞或切入孔內，使管路堵塞，影響工作。閉合管路時，不宜將皮膜式閥門擰得過緊。工作完畢，必須將所有閥門松開，讓皮膜回復至自由狀態。一旦皮膜損壞，必須立即更換。
更換皮膜的順序如下：將旋輪1旋下，松開螺母3，旋松導向螺桿2，並取下；用鑷子取出壓在皮膜上的壓環5，取出舊皮膜6，換上新膜。更換新膜時，注意皮膜鼓形應向外。裝配按拆卸的逆順序進行。裝配導向螺桿2時，注意不要擰得過緊，也不宜過松。過緊，皮膜緊密貼合孔口，使管路不暢通；過松，導致漏水漏氣。
（2）卡套式管接頭：其構造如圖5—14示。
圖5—14卡套式管接頭
1—接頭體；2—壓緊螺母；3—密封圈；4—接管
該接頭是靠壓緊螺母2緊壓密封圈3，使變形緊密貼合接管和接頭體，形成硬性密封。裝配試壓後不宜拆卸，倘因需要拆修，再行裝配後，其密封性能會顯著下降。如無法保持其工作要求時，必須更換密封圈。更換方法如下：用細齒銼將密封圈銼開取下，注意不能銼傷接管，換上新的密封圈即可。當取下已損壞的密封圈，發現接管已經變形時，須同時更換接管，以保證接合質量。
（3）調壓閥：構造如圖5—15示。
調壓閥的平衡工作原理是：順時針旋動調壓手柄1，主彈簧3壓緊平衡膜片4，使頂桿6與溢流口14貼合，並沿軸向移動，推開進氣堵頭8，使工作室進氣。當工作室和管路氣壓升至定值時，平衡膜片反向受壓移動，頂桿受下彈簧9之力，經下頂桿11、堵頭等傳遞回升，關閉進氣口停止進氣。當工作室和管路氣壓超過定值時，平衡膜片受工作室氣壓作用，壓縮主彈簧向上移動，致使溢流口打開放出余氣，氣壓降至定值。當工作室和管路因體積變化等原因使氣壓下降時，平衡膜又受主彈簧的作用將溢流口關閉，並推開進氣口，使之進氣升壓。如此不斷循環，達到穩壓作用。
調壓閥是儀器的關鍵部件。調壓閥的精度直接影響試驗成果的准確性；使用時，在未接通氣源或氣壓時，不得旋動調壓手柄進行無效調壓。工作結束後，應立即將手柄旋松，使主彈簧恢復常態，以延長其工作壽命，並保持有相當的精度。
調壓閥的常見故障及排除方法：
①調壓後壓力指針「爬行」：「爬行」主要是由於氣流介質夾雜塵埃積聚在堵頭表面，使進氣口和堵頭不能密合造成的；其次是因長久使用，堵頭表面已有明顯壓痕，致使表面不平，與進氣口無法密合。其排除方法是：旋下下氣室12，從導套13中取出堵頭，在放大鏡下用酒精清洗堵頭表面，使之無塵埃粘著。同時，用鑷子夾帶酒精葯棉擦洗進氣口端面；清洗時，注意防止將表面碰傷和出現劃痕。倘在放大鏡下觀看已有劃痕和碰傷時，必須更換堵頭或進氣口。
圖5—15調壓閥構造圖
1—手柄；2—上筒體；3—主彈簧；4—平衡膜片；5—閥體；6—頂桿；7—進氣口；8—堵頭；9—下彈簧；10—調節螺絲；11—下頂桿；12—下氣室；13—導套；14—溢流口
②溢流口耗氣：即溢流口在未超過額定工作壓力時即自行排氣不止。其排除方法是加大頂桿和溢流口的接觸壓力。將調節螺絲10順時針往緊的方向旋動，至不耗氣為止（考慮到調壓閥的靈敏度，不宜擰得過緊）。若仍耗氣時，必須取下溢流口，並將其接觸平面進行研磨，使其與頂桿球面均勻接觸。
③下氣室漏氣：一般是因下頂桿密封套老化所致，此時需更換密封膠套。
（4）快速接頭：其組成結構如圖5—16示。由於經常使用，使密封圈2磨損，影響密封性時，須立即更換。測試工作完畢，取下快速接頭插管3後，應套上護套，嚴防泥沙從插管口進入導管內，損壞儀器。
圖5—16快速接頭
1—插座；2—密封圈；3—插管
（5）旁壓器：旁壓器是測試用探頭。其結構如圖5—17示。
圖5—17旁壓器構造圖
1—導壓、導水管；2—彈性膜；3—漏筒瓦；4—中心導管；5—銅節頭；6—內壓緊圈；7—管拼靴；8—拼帽；9—外壓緊圈
當旁壓器彈性膜破損需更換時，更換順序如下：
①用小刀將舊膜割開，取下管拼靴7，松開各銅節頭拼帽8，取下舊膜，同時取下兩端銅節頭上的內、外壓緊圈6、9和拼帽；
②取下上、、下輔腔漏筒瓦，清洗雜質；
③將新膜內壁塗上肥皂液，從旁壓器一端套進，並穿過該端中銅節頭外壓緊圈，經中腔漏筒瓦，使新膜位置與旁壓器骨架位置正好相當，並套上兩中銅節頭外壓緊圈；
④將新膜一端外翻（外翻時注意將膜與膜之間塗以肥皂液，以利潤滑），直至露出中銅節頭內壓緊圈位置為止；
⑤套上內壓緊圈，用勾形扳手將拼帽拼緊；
⑥裝上端漏筒瓦（注意對號），將翻過端皮膜重又翻回；
⑦先後套上外壓緊圈、內壓緊圈、拼緊拼帽；
⑧另一端也按④—⑦順序操作。
注意事項：各段皮膜經裝配後必須緊密貼合旁壓器骨架上，防止鬆弛。
2.儀器的裝配和使用
（1）儀器裝配：用三腳架作支座，用M20滾花銅螺母聯結。
（2）高壓氮瓶與儀器的聯接：若使用高壓氮氣源時，將儀器附件減壓表進氣口端與氮瓶聯結，出氣口接上φ6×1尼龍管，另一端與儀器注有「氮氣源」字樣的接頭聯接。
3.旁壓儀的調試
工作前，應對儀器進行調試，其目的是檢查儀器是否正常；倘有異常現象，必須處理排除，以免工作中斷。
（1）工作前的注水標准檢查：按操作順序注水，發現注水緩慢或不進水時，說明注水系統已阻隔或堵塞。常見出現故障處是注水閥，一般是閥門皮膜貼合孔口所致。此時，可不必拆卸閥門，用「反沖法」排除故障。排除方法是：給儲氣罐加壓至0.5MPa以上，並關閉排水閥和調零閥，將其餘閥門打開，給管路緩慢加壓（加壓前須將旁壓器放入標定筒內，並將水箱注水蓋打開）。當聽到水箱有水雜訊時，即表明管路已經通暢。當壓力加至0.5MPa以上時，若水箱仍無水雜訊，說明管路堵塞嚴重。此時，須拆管檢查，一般發生堵塞的部位是注水閥和注水閥至水箱管道，其它部位不得輕易拆動。
（2）彈性膜滲水檢查：儀器注水後，將旁壓器在無外力約束的狀態下立放在儀器旁邊，緩慢給旁壓器加壓至0.05MPa；待彈性膜脹大時，檢查膜上有無滲漏現象，凡有滲漏者，需立即更換彈性膜。
（3）內插管使用方法說明：
圖5—183號孔內插管（圖中數字為孔號）
此種內插管是3號孔專用的。做彈性膜約束力校正試驗時，要把此種管拔出3號孔；試驗完畢後，重新插入做其它試驗。
此種內插管可在1號、2號及氮氣源中互配使用。
4.顯示儀調整使用說明
（1）將儀表接通電源，聯接電測管輸出插頭；在測試前，預熱半小時後方可進行校正。
（2）校正時，需將旁壓器1號、2號孔快速插頭拔出，換上本儀器配用的專用插頭連接管，使1號、2號孔溝通。
（3）校正過程：
圖5—191,2及氮氣源孔專用插管
①按操作順序注水，將測管水位注滿至零刻度線處，然後調整調零旋紐至顯示儀表輸出為400mV；
②打開注水閥，稍加壓（壓力應小於0.05MPa，將水回至水箱）使測管水位逐漸降至測管400mm處，調整調零旋紐至儀表輸出為零；
③再按上述方法反復調整幾次，顯示儀方可進行實地記錄；
④切勿調整調零鎖緊螺母。該調零已在儀器出廠前調試好，待進行儀器清洗測管時再進行調整。
（三）儀器出廠檢驗標准
PY型旁壓儀出廠前的主要檢驗項目有：
（1）穩定性：在各級工作壓力等級下，初調1min內的允許波動值應小於或等於0.0025MPa;
（2）密封性：在額定工作壓力下，切斷氣源試壓4h，儀器的壓力下降值應小於或等於0.1MPa;
（3）調壓值：最大可調壓值不得低於2.5MPa;
（4）注水：注水壓力在小於0.05MPa時，5min內應注滿工作腔和迴路；
（5）水箱清潔度：水箱內應無任何造成管路堵塞和影響測量管透明度的雜物存在；
（6）快速接頭和儀器管道耐壓：不得低於2.5MPa;
（7）液位顯示儀的絕對誤差：液位顯示儀的顯示數與標示數，在全程400mm時最大誤差絕對值不得超過4mm。
『叄』 過濾器是什麼
過濾器是去除水中雜質、沉澱物和懸浮物、細菌,從而達到過濾回的目的水答處理設備。
過濾器按濾料類型分類：
1.濾芯式過濾器：使用pp棉等材質做濾芯進行過濾；
2.袋式過濾器：用無紡布，尼龍等材質做濾袋的過濾器；
3.軟化水過濾器：用軟化樹脂做濾料的過濾器；
4.多介質過濾器：用石英砂、活性炭、錳砂等作為濾料，分別叫石英砂過濾器，活性炭過濾器，錳砂機械過濾器，碳鋼多介質過濾器等。