中国自20世纪70年代以来，在水行业中对水计量中流量计的选择通过无数经验的实践中，目前大多数都比较认可管段式电磁流量计，到了21世纪以后，基本上定型了管段式电磁流量计，中国水协设备委也发布在全国水司中目前管段式电磁流量计占有75%以上的市场，主要用于自来水水厂及原水计量环境。但是随着这几年对于漏损率控制的要求，城市自来水管网中对于流量计的需求越来越多，而城市管网中管道上安装流量计比水厂中复杂的多。因此，插入式流量计被大家所选择，其中插入式超声波流量计尤其在插入式类流量计中独树一帜，此文给大家一个全新的认识和解决方案。

关键词  漏损率  自来水管网 分区计量  插入式流量计 插入式超声波流量计

一、引言

根据国家水十条要求，2020年前各地区水司漏损率要求降低到10%以下，这个目标将要求供水企业通过多种方式方法来解决漏损问题，精准计量将是其中重要的方法之一。2018年国家又修订了新版的“城镇供水管网漏损控制及评定标准”CJJ92-2016，这也是达到节水型城市的基本要求,其中第4.4条款明确要求进行分区计量管理。而城市管网中管道的位置错综复杂，需要安装计量节点的选择比较困难，有的在野外，计量及远传监控设备供电比较困难，成本非常高；有的在道路上，施工时间不允许太长，作业面不能太大。在主各级分区大口径管道上停水破管安装计量基本无法实现。因此自来水公司对于在1级和2级管网中大于DN300的管道上一般采取选用既不需要停水破管安装的插入式流量计，也不需要市电供电的电池供电的流量计，且也必须保证高精度，长期稳定性，量程比较高的流量计，通过几年的实践和应用，西门子插入式超声波流计脱颖而出，成为在此应用场合中的佼佼者！

二、超声波流量计的原理及分类

超声波流量计根据它的原理不同分为时差式和多普勒式，多普勒式是专门测量污水或者有颗粒悬浮介质时使用的，根据悬浮物或者气泡反射的频率发生的偏移量与介质流量成正比来测量管道内流量的，由于不是我们此次专题自来水行业内应用，在此不展开讨论。而时差式超声波流量计的原理是根据声波在流体中顺流和逆流传播的时间差与流体流速成正比这个原理来测量流体流量的，主要用于水行业，西门子插入式超声波流量计就是用这个原理流。速沿管道分布图：

超声波在流体中传播，当传播方向与流体流向一致时，即从点A向点B顺流传播，其传播时间小于声波在流体中逆流传播的时间（从B点向A点）。顺逆流传播的时间差与管道中的流体流速有关。

测量原理

SITRANS F US SONOFLO 流量计的两个超声换能器与管道轴线成θ角安装。换能器作为超声信号的发射和接收装置。测量结果由超声信号顺逆流传播时间决定。其测量原理可由下式表示：

v = K x（tA，B - tB，A）/（tA，B x tB，A）= K x Δt/t

v = 平均流速  

t = 传播时间  

K = 流量比例系数

注：测出短时间间隔内顺逆流传播的延迟时间，则流体的粘度和温度对测量精度均无影响。 

超声波流量计根据换能器的安装方式不同又可分为管段式超声波流量计，插入式超声波流量计和外夹式超声波流量计以及便携外夹式超声波流量计。其中管段式超声波流量计安装方式跟管段式电磁流量计完全一样，法兰安装于管道上，实现计量的目的，没有替代的必要。而插入式超声波流量计由于其不需要停水破管安装，其价格也不随固定管段式流量计口径增加而加大，且换能器在插入管道内壁，其声波信号只经过水直接传播，而不通过管壁和内衬反射，测量不受管壁和内衬影响。西门子插入式超声波流量计的测量原理中不受水温变化的影响，无需进行温度补偿，避免了通常超声波流量计需要温度补偿带来的不确定性。该型号超声波流量计有电池供电方式与市电供电2种方式可选，需要的安装空间非常小，不需要太大的作业面。因此更适应在城市水管网中使用。

三、用好插入式超声波流量计的关键点

1、流量计仪表本身的高质量，换能器的稳定性和高精度，声波发生器压电晶体的长久抗疲劳性能，变送器的抗干扰性能和信号拾取分辨等等都决定了插入式超声波流量计性能，西门子插入式超声波压电晶体采用美国军工声纳材料，变送器保证了高精度和宽量程比，高稳定性及高可靠性。

  

 流量计安装夹具专利号：ZL201620112966.9

 流量计安装装置专利号：ZL201520821582.X

3、温度的影响

  声波在不同温度介质中速度是不同的，因此一般超声波流量计由于对于温度的影响无法避免，造成季节变化甚至每天早晚温度的变化带来非常大的误差，科学表明一般10°C会引来误差 2%左右，因此冬夏季节变化会带来误差，虽然后来有些 有温度补偿措施，但是仍然不能满足用户对于高精度性能的要求。而西门子插入式超声波流量计的特殊专利技术，使介质温度变化对我们的超声波流量计精度没有影响，季节变化，场合变化对于该流量计没有影响。

4、介质中小气泡影响造成输出信号突变

  插入式超声波发射和接受声波时，是一条波束，一般俗称线速度，如果波速中碰到水中小气泡，实际上是介质从水变成了气体，普通的超声波流量计是无法判断，即测不到传播速度，就会造成输出信号突变，而西门子超声波流量计变送器中采用了智能的判断模块电路，可以自动判断小气泡的影响，滤除突变输出，使用户信号输出保

5、独特的市电供电及电池供电无缝切换技术

西门子插入式超声波流量计超越普通超声波流量计的供电技术，可以单独3.6V电池供电，也可以单独AC220V供电，当市电供电，电池备份方式时，市电与电池供电模式可安全无缝切换，更适合在不同供电场合下使用，以方便用户选用。

6、西门子拥有全球领先的便携外夹式超声波流量计核查表（原美国康创公司产品），在国内众多省市级等计量院作为标准核查设备。可以对安装在现场的插入式超声波流量计进行现场核对，让用户可以放心使用，对数据的准确性更加有信心。

   

          现场核查比对

四、西门子插入式超声波流量计的应用及实践

1、行业内伙伴曾使用了插入式电磁流量计进行 DMA 计量量检测，没有达到预期效果。得知西门子插入式超声波流量计使用效果明显，径协商后需要我们提供一台到开封水大流量站进行比较，校准的结果显示所有点误差全部在±0.5%范围内。以下是在国家水大流量计量站的检测数据和现场照片。

检测数据显示西门子插入式超声波流量计的测量流速超过一半是在低流速状态下测量，而且精度、线性表现优秀，即使在0.05米/秒低流速下也能保证高精度测量。下表中校准精度是此台流量计的实际精度，可达到±0.5%。插入式超声波流量计与管段式超声波流量计的测量方式完全一样，优越的性能可以让每个用户体验到精准计量带来的成就感。

2、清华大学合肥生命线工程

地下管网犹如城市看不见的“血管”，保养维护十分重要。如何才能保障地下管网运行得安全、顺畅，清华大学合肥公共安全研究院承接了合肥市城市生命线工程安全运行监测系统项目，总投资30亿元，对合肥市区范围内的52座公路桥梁、近2000公里的燃气、供 水、排水和热力等地下管网进行实时安全监测，目前项目一期已建设完成并投入运营，取得良好效果。项目二期已完成方案设计即将开始实施。

一期项目中供水管网安全监测范围包括合肥市北城区供水管网53.35公里、一环周边老城区部分管网约157公里、省政务中心周边的供水管网约100公里、市政务中心周边的供水管网约100公里、肥西县供水区域内管网约125公里、董铺水库-五水厂-四水厂、龙河口水库-磨墩水库-七水厂的原水管道及新三水厂的主出水管道约176.2公里、过河或过桥裸露管道管网 1.9公里、淝河路DN1200供水管道约0.65公里。通过对管网中特征参数的实时监测、分析评估运行状态，发展态势及潜在风险，为公共设施安全预警，应急处置提供数据支持和科学决策依据。

由清华大学社会公共安全研究院总包的合肥生命线工程一期使用15套双声道插入式超声波流量计，从DN600～ DN1400，使用效果良好，南京惠然独特的小尺寸安装专利技术，在仪表井制作费用就节省了近百万土建费用。

二期DN300～DN1800目前使用了108套双通道插入式超声波流量计，后期项目仍在继续。安装调试结束后采用西门子便携式超声波流量计进行每个安装点核查，精度和稳定性都达到了设计要求。

以下选择其中最为关键的主管道上自出厂到下游安装点的流量计进行比对检测，不同原理仪表和不同位置，在同一根管道上安装检测：

主管网安装顺序如下图：每个安装点相隔十多公里，每个点3台表。

主管网上西门子插入式超声波流量计共安装10台，以下三台是非常溢洪道安装点，一台DN1200，一台DN1400，一台DN1600，具体数据如下：

 

DN1200 在线核查数据：

核查时间 2018/9/29，西门子核查表 FUP1010 证书号：180412313  

DN1400 在线核查数据：

核查时间 2019/2/13，西门子核查表 FUP1010 证书号：180412313

DN1600 在线核查数据：

核查时间 2019/2/13，西门子核查表 FUP1010 证书号：180412313

合肥自来水公司管网DMA分区计量插入式超声波流量计公开招标中我们再次中标43套以下是部分现场照片：

3、宁波鄞州供水公司

2016年3月份，宁波鄞州供水公司向我司采购一套双通道流量计，用于一条DN300的分区计量点，要求带压安装，测量精度高于±1.0%，此管道位置在跨河道上。结果安装位置可靠准确，测量稳定，精度达到用户要求。

时间：2019-5-22