摘要：针对大口径流量计的现场量值溯源，结合实例，设计了一套指导换能器现场安装的辅尺，较好地解决了直径测量不准、换能器定位问题;提出了针对检测井、流量计上游处理、管道安装等三个方面的设计建议，可为污水处理工艺设计和大口径流量计量值溯源提供有益的指导与帮助。
0引言
大口径流量计在水资源计量场合应用非常多，电磁流量计因其无压力损失且不受管道内流体密度、温度等因素的影响，成为污水处理企业的首选”。用于污水计量的电磁流量计口径多为1000mm以上口，贸易结算量和涉及金额巨大田由于大口径流量计安装后一般无备用管路“,无法拆卸送检，多数情况下只能采用外夹式超声流量计进行现场校准。
在校准过程中，难免会遇到现场检测条件不足的情况，包括检测井空间或前后直管段不足，换能器定位不准，流量计不满管和介质气泡多等问题。本文将针对.上述问题进行研究并提出设计建议。
1现场校准方法
1.1外夹式超声流量计工作原理
超声波流量计以测量声波在流动介质中传播的时间与流速的关系为原理。如图1所示，A和B为换能器,L为声道长度,D为管道外径,h为管壁厚度.`?为超声流量计测得的管道平均流速。通过D与h可得到管道过流面积s,其计算公式如式(1)，体积流量qv如式(2)
1.2标准器
用作标准器的外夹式超声流量计精度等级较高,多为0.5级，一般需送至权威检定机构在实验室条件下进行标定。
2换能器定位方法的研究
换能器安装位置的正确与否直接关系到测量结果,难点有两个:一是两个换能器之间的连线应与管道中心轴线平行;二是确定平均管径位置。如图2所示,管道口径为DN1800.以2声程V法测量为例。AB为超声流量计给出的两个换能器之间的安装距离(1325mm)。在实际安装过程中，如果没有其它的辅助手段，难以做到AB连线与管道中心轴线平行。假若偏离角α为1°,右侧换能器的偏离距离近似等于弧长B′B,B′B=11.5mm。若管道口径为DN2000，以表1中最长换能器安装间距计算，AB=2984mm,则B′B=26mm,对测量结果将带来不可忽略的影响。
由于待测管径巨大，管道截面为非标准圆形。以DN1800管道为例，不同位置的外径最大可差35mm,极限情况下,若传感器安装位置的直径与平均直径的差值恰好为外径最大差即35mm,仅截面面积一项带来的误差就达3.8%。，传统的围尺测量直径的方法获得的是平均管径，但无法指导检测人员将换能器安装在平均管径位置;即使在换能器之间增加滑轨，也只能保证换能器安装间距准确，不能保证换能器连线的投影与轴线平行。因此,本文设计了一套便于携带、易于现场组装的辅助设备即辅尺,用于定位、安装换能器，基本结构如图3、图4所示。辅尺测量管径范围:800~2200mm,其主尺测.量不确定度U=0.5mm(k=2)。能够测量管道截面任意位置的外径,保证换能器连线平行于管道轴心，较好地解决换能器安装位置不精准带来的问题,尽可能地降低测量过程中的人为影响,实用性强。
3排水设施的设计
3.1检测井的设计
一般情况下,污水排放管道及用于计量的大口径流量计均置于地下。现场校准需有检测井才能正常进行。由于外夹式超声流量计不能获得流体剖面的信息，并受流速不对称和流态变化影响，易产生测量误差121。为尽量减小流体扰动带来的影响，现场测量时应选取较长的前后直管段进行检测，因此，检测井的位置选取十分重要，一般靠近流量计的.上游位置.直管段尽量保证至少前10D后5D(D为管道公称通径),若上游存在泵或弯头、阀门时,应尽可能地延长直管段的距离13,控制在20D以，上。
通常井底离管底不少于0.2m,两侧井壁距管壁不少于1m。对于检测井的长度，当管径范围为DN1000~DN2000时，以FLEXIM601超声流量计为例，配套CDK型换能器，分别采用V法和Z法以及不同的声程测量时,换能器的安装间距如表1所示，其范围对应管道内径约为0.27D~1.5D.考虑现场检测的人员活动空间，因此检测井长度以2D为宜。
3.2流量计.上游处理设计
在排水管道中由于管道落差较大，按正常管道坡度无法满足设计要求时，会采取建设跌水井来满足设计方案,同时还起到稳流和排气的作用。但若设计考虑不周，水流经过跌水井后.上游带来的大量气泡依然会存在甚至增加，导致流量计无法正常工作。以长沙岳麓某污水处理厂为例，如图5所示，该跌水井尺寸为4m×3m×5m,流量计为DN1800电磁流量计。.上游水源含有大量气泡,流速约1.2m/s,水流方向如箭头所示，从入口处直冲下游管道入口,夹带大量新产生的气泡进入测量管道,导致电磁流量计数据极不稳定，外夹式超声流量计无论采用V法还是Z法,均无法获取测量信号，无法进行校准工作。
检测人员建议污水处理厂对跌水井进行改造，如图6所示，在井中部增加一道钢制挡水板，厚度为5mm,钢板采用Q235C钢材,槽钢采用热轧普通槽钢(型号6.3),井壁预埋件施工采用植筋处理,钢筋采用HRB400。挡板底部在下游入口中心线位置，挡板距离右壁约1.5m。改造后，上游水流冲击在挡板处，起到了良好的排气和稳流作用。再次测量时,超声流量计信号正常，被测电磁流量计示值稳定,较好地解决了现场污水的计量和流量计的量值溯源问题。
3.3管道设计
为保证大口径流量计正常计量，其前后直管段、介质满管、不能存气等要求是需要满足的。但现场安装条件各不相同，针对不同情况，从正确计量的角度出发,本文提出了两种管道铺设及流量计安装的建议,分别如图7和图8所示。管道直径为D,跌水井长度为L，配置挡水墙，挡水墙底部距井底约0.5D,墙体距离右壁约0.4L,;排污排气井为正方形,尺寸为1.5D×1.5D.即图示L2=1.5D.内置挡水墙,挡水墙顶与.上游管顶平齐，墙体距离右壁约0.4L2。
图7为场地空间较充裕时，流量计所在的管道较长,管道的水平夹角较小，约为5°。图8则为场地空间较小时的类U型设计，流量计在底部，所在管道的水平夹角约8°~10°,出口夹角为120°~135°。
4总结
1)本文设计的用于换能器安装的辅尺，结构简单,便于携带，能帮助检测人员提升管径测量和换能器定位水平，提高了测量工作效率，并通过现场实验验证了该方法良好的使用效果。该工装的主尺为全钢材质，重量较大,可进一步研究精简结构和重量的方法。
2)大口径流量计的正常工作和现场量值溯源会受到安装位置和上、下游工况条件的影响.这些问题需要在设计阶段就进行考虑并解决,一旦施工完成再改进则成本巨大且不一定能达到预期的效果。本文针对检测井、流量计上游处理、管道安装等三个方面提出的设计建议，可为污水处理及水资源计量提供一定的参考。
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