『壹』 超声波怎么测量水管内部的流体液面高度
超声波流量计的基本原理及类型超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种
非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。
众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。
另外，超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质，不同场合和不同管道条件的流量测量。
超声波流量计目前所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200℃以下的流体。另外，超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为，一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1500m／s左右，被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是10－3数量级．若要求测量流速的准确度为1％，则对声速的测量准确度需为10-5～10-6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现，这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。
超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。
超声波流量计常用压电换能器。它利用压电材料的压电效应，采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振劝。超声波以某一角度射入流体中传播，然后由接收换能器接收，并经压电元件变为电能，以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。
超声波流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片，沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍，以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电元件，使超声波以合适的角度射入到流体中，需把元件故人声楔中，构成换能器整体(又称探头)。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化，而且要求超声波经声楔后能量损失小即透射系数接近1。常用的声楔材料是有机玻璃，因为它透明，可以观察到声楔中压电元件的组装情况。另外，某些橡胶、塑料及胶木也可作声楔材料。
超声波流量计的电子线路包括发射、接收、信号处理和显示电路。测得的瞬时流量和累积流量值用数字量或模拟量显示。
根据对信号检测的原理，目前超声波流量计大致可分传播速度差法(包括：直接时差法、时差法、相位差法、频差法)波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型，如图所示。其中以噪声法原理及结构最简单，便于测量和携带，价格便宜但准确度较低，适于在流量测量准确度要求不高的场合使用。由于直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的，故又统称为传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用。按照换能器的配置方法不同，传播速度差拨又分为：Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大．多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普
勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。相关法是利用相关技术测量流量，原理上，此法的测量准确度与流体中的声速无关，因而与流体温度，浓度等无关，因而测量准确度高，适用范围广。但相关器价格贵，线路比较复杂。在微处理机普及应用后，这个缺点可以克服。噪声法(听音法)是利用管道内流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的原理，通过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单，设备价格便宜，但准确度低。
以上几种方法各有特点，应根据被测流体性质．流速分布情况、管路安装地点以及对测量准确度的要求等因素进行选择。一般说来由于工业生产中工质的温度常不能保持恒定，故多采用频差法及时差法。只有在管径很大时才采用直接时差法。对换能器安装方法的选择原则一般是：当流体沿管轴平行流动时，选用Z法；当流动方向与管铀不平行或管路安装地点使换能器安装间隔受到限制时，采用V法或X法。当流场分布不均匀而表前直管段又较短时，也可采用多声道(例如双声道或四声道)来克服流速扰动带来的流量测量误差。多普勒法适于测量两相流，可避免常规仪表由悬浮粒或气泡造成的堵塞、磨损、附着而不能运行的弊病，因而得以迅速发展。随着工业的发展及节能工作的开展，煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的输送和应用以及燃料油加水助燃等节能方法的发展，都为多普勒超声波流量计应用开辟广阔前景。
『贰』 旁压测试法的仪器设备和安装调试
预钻式旁压仪型号较多，但其结构和梅纳型旁压仪基本相同。国内定点生产旁压仪的厂家为江苏漂阳市仪器厂，生产PY型旁压仪，已有三代产品。80年代主要生产PY-1型和PY-2型；在此基础上，90年代又生产了PY-3型预钻式旁压仪。现以国产PY型旁压仪为例（图5—10），简述其设备及其安装调试。
（一）设备
预钻式旁压试验的主要设备为旁压仪。它主要由以下四部分组成。
1.旁压器
它是旁压仪中的最重要部件，由圆形金属骨架和包在其外的橡皮膜所组成。旁压器一般为三腔式，中间为主腔（也称测试腔），上、下为护腔。主腔和护腔互不相通，护腔之间则相通，把主腔夹在中间。测试时，高压水从控制单元通过中间管路系统进入主腔，使橡皮膜沿径向（横向）向周围土体膨胀，压迫周围土体，从而建立主腔压力和土体体积变形增量之间的相互关系。同时，也向两护腔同步地输入同样压力的水，使其压力和主腔保持一致，以便迫使主腔向四周沿水平方向同步变形。这样就可以把主腔周围的土体变形作为一个平面应变问题来处理。
图5—10PY-2型旁压仪管路（结构）图
旁压器中央有导水管，用来排泄地下水，使旁压器能顺利地置于测试深度。旁压器分裸体和带金属铠保护膜两种。对一般各类粘土，可直接使用裸体旁压器；如遇到土层中含有碎石等锋利物质会损坏弹性膜时，可在旁压器弹性膜外面套上金属铠保护膜进行测试，其主要作用是保护弹性膜，使旁压测试能正常进行。
目前，PY-2型和PY-3型旁压器外径均为50mm（带金属铠装护套时为55mm），测试腔长度均为250mm，体积为491cm3（带金属铠装护套者为594cm3）。旁压器总长度为500mm。上、下腔（护腔）之间用铜导管沟通，而与中腔隔离。
2.压力和体积控制箱
通常，预钻式旁压仪的控制单元为设置在三角架上的一个箱式结构。它包括变形量测装置和加压稳压装置两大部分。前者主要有测管、辅管（PY-3型只有测管，其内截面为14.32cm2，容积为650cm3）、水箱及各类阀门等部件；测管和辅管皆用有机玻璃制造，最小刻度为1mm,PY-2型测管内截面积为15.28cm2,PY-3型还配有液位显示仪，分辨率可提高到0.1mm。这部分的主要功能是控制进入旁压器的水量，由测管或液位仪测读孔壁土体受压后的相应变形值。加压稳压装置包括高压氮气瓶或人工打气筒、贮气罐、调压阀和相应的压力表。加压稳压均通过调压阀控制。这部分装置的主要功能是控制进入旁压器的压力。总之，土体所受压力和相应体积变形（通过量测测管水位下降值来实现）的关系通过控制箱得到了实现。
3.管路系统
管路是连接旁压器和控制箱的“桥梁”。其作用是将压力和水从控制箱送到旁压器。PY-2型有两根导压管和两根注水管，PY-3型有两根导压管，但只有一根注水管（图5—11）。管路由尼龙1010材料制成，能经受高压，其长度由最大测试深度决定，一般有十余米长。连在旁压器上的管路能通过快速接头和控制箱很快地连接在一起。
图5—11PY-3型旁压仪管路图
4.成孔工具等配件
预钻式要预先成孔，其成孔工具主要是勺钻（图5—12），配有高强度钢制造的勺形钻头、探杆和提土钻头。适用于一般粘性土。对于坚硬土层，应用轻型钻机成孔。
图5—12成孔工具
PY型旁压仪适用于在粘性土、粉土和砂土等地层中进行测试。地层中如含有角砾石等，应用带金属铠装护套的旁压器，以免刺破橡皮膜。目前的测试压力已提高到2.5MPa，深度可达20m。如果选用强度更高的材料，提高阀门在高压下的密封性，其测试压力和深度还可提高。国外同类产品中，其测试压力已达12.5MPa（如Ménard GB型预钻式旁压仪），测试深度可达50m；有的已达70MPa，可测硬岩石（如美国Goodman52101型）。
（二）旁压仪的维修和保养
1.仪器主要部件的构造和维修
（1）皮膜式控制阀：其结构如图5—13示。
图5—13皮膜式控制阀
1—旋轮；2—导向螺杆；3—拼帽（螺母）；4—阀塞；5—压环；6—皮膜；7—阀座
当顺时针旋转旋轮时，螺杆推动阀塞紧压皮膜于孔壁口，管路断开；当反时针转动旋轮时，皮膜靠自身弹力和管路中内压恢复原位，管路连通。以此达到使管路开闭的控制作用。
皮膜式阀门的优点是：密封性能良好，耐压高。缺点是：开闭无固定位置，操作凭手感，皮膜容易损坏或切入孔内，使管路堵塞，影响工作。闭合管路时，不宜将皮膜式阀门拧得过紧。工作完毕，必须将所有阀门松开，让皮膜回复至自由状态。一旦皮膜损坏，必须立即更换。
更换皮膜的顺序如下：将旋轮1旋下，松开螺母3，旋松导向螺杆2，并取下；用镊子取出压在皮膜上的压环5，取出旧皮膜6，换上新膜。更换新膜时，注意皮膜鼓形应向外。装配按拆卸的逆顺序进行。装配导向螺杆2时，注意不要拧得过紧，也不宜过松。过紧，皮膜紧密贴合孔口，使管路不畅通；过松，导致漏水漏气。
（2）卡套式管接头：其构造如图5—14示。
图5—14卡套式管接头
1—接头体；2—压紧螺母；3—密封圈；4—接管
该接头是靠压紧螺母2紧压密封圈3，使变形紧密贴合接管和接头体，形成硬性密封。装配试压后不宜拆卸，倘因需要拆修，再行装配后，其密封性能会显著下降。如无法保持其工作要求时，必须更换密封圈。更换方法如下：用细齿锉将密封圈锉开取下，注意不能锉伤接管，换上新的密封圈即可。当取下已损坏的密封圈，发现接管已经变形时，须同时更换接管，以保证接合质量。
（3）调压阀：构造如图5—15示。
调压阀的平衡工作原理是：顺时针旋动调压手柄1，主弹簧3压紧平衡膜片4，使顶杆6与溢流口14贴合，并沿轴向移动，推开进气堵头8，使工作室进气。当工作室和管路气压升至定值时，平衡膜片反向受压移动，顶杆受下弹簧9之力，经下顶杆11、堵头等传递回升，关闭进气口停止进气。当工作室和管路气压超过定值时，平衡膜片受工作室气压作用，压缩主弹簧向上移动，致使溢流口打开放出余气，气压降至定值。当工作室和管路因体积变化等原因使气压下降时，平衡膜又受主弹簧的作用将溢流口关闭，并推开进气口，使之进气升压。如此不断循环，达到稳压作用。
调压阀是仪器的关键部件。调压阀的精度直接影响试验成果的准确性；使用时，在未接通气源或气压时，不得旋动调压手柄进行无效调压。工作结束后，应立即将手柄旋松，使主弹簧恢复常态，以延长其工作寿命，并保持有相当的精度。
调压阀的常见故障及排除方法：
①调压后压力指针“爬行”：“爬行”主要是由于气流介质夹杂尘埃积聚在堵头表面，使进气口和堵头不能密合造成的；其次是因长久使用，堵头表面已有明显压痕，致使表面不平，与进气口无法密合。其排除方法是：旋下下气室12，从导套13中取出堵头，在放大镜下用酒精清洗堵头表面，使之无尘埃粘着。同时，用镊子夹带酒精药棉擦洗进气口端面；清洗时，注意防止将表面碰伤和出现划痕。倘在放大镜下观看已有划痕和碰伤时，必须更换堵头或进气口。
图5—15调压阀构造图
1—手柄；2—上筒体；3—主弹簧；4—平衡膜片；5—阀体；6—顶杆；7—进气口；8—堵头；9—下弹簧；10—调节螺丝；11—下顶杆；12—下气室；13—导套；14—溢流口
②溢流口耗气：即溢流口在未超过额定工作压力时即自行排气不止。其排除方法是加大顶杆和溢流口的接触压力。将调节螺丝10顺时针往紧的方向旋动，至不耗气为止（考虑到调压阀的灵敏度，不宜拧得过紧）。若仍耗气时，必须取下溢流口，并将其接触平面进行研磨，使其与顶杆球面均匀接触。
③下气室漏气：一般是因下顶杆密封套老化所致，此时需更换密封胶套。
（4）快速接头：其组成结构如图5—16示。由于经常使用，使密封圈2磨损，影响密封性时，须立即更换。测试工作完毕，取下快速接头插管3后，应套上护套，严防泥沙从插管口进入导管内，损坏仪器。
图5—16快速接头
1—插座；2—密封圈；3—插管
（5）旁压器：旁压器是测试用探头。其结构如图5—17示。
图5—17旁压器构造图
1—导压、导水管；2—弹性膜；3—漏筒瓦；4—中心导管；5—铜节头；6—内压紧圈；7—管拼靴；8—拼帽；9—外压紧圈
当旁压器弹性膜破损需更换时，更换顺序如下：
①用小刀将旧膜割开，取下管拼靴7，松开各铜节头拼帽8，取下旧膜，同时取下两端铜节头上的内、外压紧圈6、9和拼帽；
②取下上、、下辅腔漏筒瓦，清洗杂质；
③将新膜内壁涂上肥皂液，从旁压器一端套进，并穿过该端中铜节头外压紧圈，经中腔漏筒瓦，使新膜位置与旁压器骨架位置正好相当，并套上两中铜节头外压紧圈；
④将新膜一端外翻（外翻时注意将膜与膜之间涂以肥皂液，以利润滑），直至露出中铜节头内压紧圈位置为止；
⑤套上内压紧圈，用勾形扳手将拼帽拼紧；
⑥装上端漏筒瓦（注意对号），将翻过端皮膜重又翻回；
⑦先后套上外压紧圈、内压紧圈、拼紧拼帽；
⑧另一端也按④—⑦顺序操作。
注意事项：各段皮膜经装配后必须紧密贴合旁压器骨架上，防止松弛。
2.仪器的装配和使用
（1）仪器装配：用三脚架作支座，用M20滚花铜螺母联结。
（2）高压氮瓶与仪器的联接：若使用高压氮气源时，将仪器附件减压表进气口端与氮瓶联结，出气口接上φ6×1尼龙管，另一端与仪器注有“氮气源”字样的接头联接。
3.旁压仪的调试
工作前，应对仪器进行调试，其目的是检查仪器是否正常；倘有异常现象，必须处理排除，以免工作中断。
（1）工作前的注水标准检查：按操作顺序注水，发现注水缓慢或不进水时，说明注水系统已阻隔或堵塞。常见出现故障处是注水阀，一般是阀门皮膜贴合孔口所致。此时，可不必拆卸阀门，用“反冲法”排除故障。排除方法是：给储气罐加压至0.5MPa以上，并关闭排水阀和调零阀，将其余阀门打开，给管路缓慢加压（加压前须将旁压器放入标定筒内，并将水箱注水盖打开）。当听到水箱有水噪声时，即表明管路已经通畅。当压力加至0.5MPa以上时，若水箱仍无水噪声，说明管路堵塞严重。此时，须拆管检查，一般发生堵塞的部位是注水阀和注水阀至水箱管道，其它部位不得轻易拆动。
（2）弹性膜渗水检查：仪器注水后，将旁压器在无外力约束的状态下立放在仪器旁边，缓慢给旁压器加压至0.05MPa；待弹性膜胀大时，检查膜上有无渗漏现象，凡有渗漏者，需立即更换弹性膜。
（3）内插管使用方法说明：
图5—183号孔内插管（图中数字为孔号）
此种内插管是3号孔专用的。做弹性膜约束力校正试验时，要把此种管拔出3号孔；试验完毕后，重新插入做其它试验。
此种内插管可在1号、2号及氮气源中互配使用。
4.显示仪调整使用说明
（1）将仪表接通电源，联接电测管输出插头；在测试前，预热半小时后方可进行校正。
（2）校正时，需将旁压器1号、2号孔快速插头拔出，换上本仪器配用的专用插头连接管，使1号、2号孔沟通。
（3）校正过程：
图5—191,2及氮气源孔专用插管
①按操作顺序注水，将测管水位注满至零刻度线处，然后调整调零旋纽至显示仪表输出为400mV；
②打开注水阀，稍加压（压力应小于0.05MPa，将水回至水箱）使测管水位逐渐降至测管400mm处，调整调零旋纽至仪表输出为零；
③再按上述方法反复调整几次，显示仪方可进行实地记录；
④切勿调整调零锁紧螺母。该调零已在仪器出厂前调试好，待进行仪器清洗测管时再进行调整。
（三）仪器出厂检验标准
PY型旁压仪出厂前的主要检验项目有：
（1）稳定性：在各级工作压力等级下，初调1min内的允许波动值应小于或等于0.0025MPa;
（2）密封性：在额定工作压力下，切断气源试压4h，仪器的压力下降值应小于或等于0.1MPa;
（3）调压值：最大可调压值不得低于2.5MPa;
（4）注水：注水压力在小于0.05MPa时，5min内应注满工作腔和回路；
（5）水箱清洁度：水箱内应无任何造成管路堵塞和影响测量管透明度的杂物存在；
（6）快速接头和仪器管道耐压：不得低于2.5MPa;
（7）液位显示仪的绝对误差：液位显示仪的显示数与标示数，在全程400mm时最大误差绝对值不得超过4mm。
『叁』 过滤器是什么
过滤器是去除水中杂质、沉淀物和悬浮物、细菌,从而达到过滤回的目的水答处理设备。
过滤器按滤料类型分类：
1.滤芯式过滤器：使用pp棉等材质做滤芯进行过滤；
2.袋式过滤器：用无纺布，尼龙等材质做滤袋的过滤器；
3.软化水过滤器：用软化树脂做滤料的过滤器；
4.多介质过滤器：用石英砂、活性炭、锰砂等作为滤料，分别叫石英砂过滤器，活性炭过滤器，锰砂机械过滤器，碳钢多介质过滤器等。