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HJ 15-2019 超聲波明渠污水流量計技術要求及檢測方法

[2022-04-26 10:55:37]

1 適用范圍

本標準規定了超聲波明渠污水流量計的技術要求、性能指標和檢測方法。本標準適用于超聲波明渠污水流量計的生產設計、應用選型和性能檢測。

本標準適用于采用符合JJG 711要求的標準量水堰槽進行流量測量的超聲波明渠污水流量計（以下簡稱“流量計”）。

2 規范性引用文件

本標準引用了下列文件或其中的條款。凡是不注日期的引用文件，其有效版本適用于本標準。

GB 3836. 1 爆炸性環境第 1 部分：設備通用要求

GB/T 13306 標牌

GB/T 17214. 1 工業過程測量和控制裝置工作條件第 1 部分：氣候條件 JJG 711 明渠堰槽流量計試行檢定規程

3 術語和定義

下列術語和定義適用于本標準。

3.1

超聲波明渠污水流量計 ultrasonic open channel sewage flowmeter

指采用超聲波原理測量明渠堰槽指定位置液位，并按照標準公式計算流量的儀表，不包含堰槽部分。

3.2

標準量水堰槽 weirs and flumes for flow measurement

由上下游行近段、堰體和水位觀測設施組成的用于流量計測量的裝置。

3.3

流量 flow rate

指單位時間內通過明渠某一過水斷面的液體體積。

3.4

液位 stage

指從測量基準點（或零點）高程算起，加上某一液面的距離后所得到的高程值。

3.5

液位測量誤差 error of liquid level

指流量計液位測量示值與標準直尺測量值之間的誤差。

3.6

流量測量誤差 flow rate error

流量計流量顯示值與理論流量值之間的誤差。

3.7

電壓穩定性 voltage adaptability

儀器在不同的電壓下測量同一高度的液位，測定值與參考值之間的誤差。

4 技術要求

4.1 流量計的基本組成

流量計一般由一次儀表和二次儀表組成，如圖 1 所示：

一次儀表：發射并接收超聲波，并將接收到的超聲波信號轉換為時序電信號傳送給二次儀表。

二次儀表：通過時序電信號計算液位高度，根據液位—流量公式計算流量，顯示、存儲、

輸出測量結果。

4.2 基本要求

4.2.1 儀器的標識應符合 GB/T 13306 規定的要求，應在適當的明顯位置固定標牌，其上應

有如下標識：

a）制造廠名稱、地址；

b）儀器名稱、型號規格；

c）出廠編號；

d）制造日期；

e）測量范圍；

f）工作條件。

4.2.2 流量計的表面涂層應噴涂均勻，不得有剝皮、生銹或劃痕，具有防腐功能。探頭應

密封完好。聯接部分應緊固可靠。調節時使用的電位器、螺釘在裝配完畢后，應點上清漆。流量計應具有防腐蝕功能。

4.2.3 流量計應用于有防爆要求的環境中時，應符合 GB 3836. 1 中有關防爆技術要求，取

得相應的防爆合格認證。

4.2.4 流量計的絕緣強度應滿足在電源進線與機殼之間應能承受 50 Hz ，1500 V 交流有效

值連續 1 min 電壓試驗，無飛弧和擊穿現象。電源進線與機殼之間絕緣電阻應≥20 MΩ。

4.3 功能要求

4.3.1 流量計應具有顯示及打印瞬時液位、瞬時流量、累積流量及該累積流量的計量總時

間（min 或 h）的功能。流量計應具有數據記憶、貯存功能，在其停機狀態下保持已有數據的最短時間應不小于 1 年。

4.3.2 流量計應具有自動鎖定流量計算參數和存儲數據功能，防止人為更改儀器流量計算

參數和已有累積流量、累積計量時間等內存數據。

4.3.3 流量計變更堰槽、校準液位、校準時間等關鍵參數的修改要在儀器的運行日志里做

相應的記錄，應至少保存 1 年的記錄。

4.3.4 流量計應具有數字量輸出接口或模擬量輸出接口。

4.3.5 量水堰槽的有關要求參照 JJG 711 執行，量水堰槽流量計算公式中的參數可通過明

渠流量標準檢定裝置檢定給出。

4.4 環境適應性要求

4.4.1 流量計一次儀表應符合 GB/T 17214. 1 中戶外場所（D1 級）的要求。

4.4.2 流量計二次儀表應符合 GB/T 17214. 1 中掩蔽場所（C1 級）的要求。

4.4.3 流量計應在被測介質表面無泡沫或無其他漂浮物質存在的條件下工作。

5 性能指標要求

流量計在嚴格按照規范安裝并符合 JJG 711 要求的量水堰槽的前提下，應滿足表 1 規定的性能指標。

表 1 流量計性能指標

性能指標	技術要求	檢測方法
液位測量誤差	≤3 mm	6.3. 1
流量測量誤差	≤2 %	6.3.2
液位精密度	≤0.5 %	6.3.3
流量精密度	≤0.5 %	6.3.4
期間漂移	≤1 %	6.3.5
電壓穩定性	≤1 %	6.3.6

性能指標	技術要求	檢測方法
液位比對誤差	≤4 mm	6.3.7
流量比對誤差	≤5 %	6.3.8
計時誤差	≤0.5 ‰	6.3.9
最小維護周期	≥168 h	6.3. 10

6 性能指標檢測

6.1 檢測用設備

6.1.1 流量計實驗室檢測裝置：由高度卡尺（測量范圍0～1000 mm ，最小刻度值小于0.5

mm ，不確定度小于0.5 mm）、反射板（平面度不超過0. 1 mm ，帶指針，能指示反射板的高度位置）和一次儀表組成，如圖2所示。

6.1.2 明渠流量比對裝置：可采用液位計（液位測量精度≤1 mm）加標準流量計算公式的

方式進行現場比對。

6.1.3 秒表。

6.2 檢測條件

環境溫度： 5℃～40℃；

相對濕度： 65%±20%；

電源電壓：交流電壓，220 V±22 V；

電源頻率： 50 Hz±0.5 Hz。

6.3 檢測方法

6.3.1 液位測量誤差

利用流量計實驗室檢測裝置，將流量計一次儀表固定在高度卡尺上方的支架上，將反射板移動至高度卡尺 0 mm 處，流量計液位歸零。依次移動反射板在高度卡尺最大刻度（1000

mm ）的 20% ，50% ，80%處分別停留 1 次，再依次反向移動反射板在高度卡尺 80% ，50%，

20%處分別停留 1 次。記錄各流量計液位示值 Hi ，計算液位示值和高度卡尺刻度值 Hi 的差值絕對值的最大值作為液位測量誤差，按公式（ 1）計算。

Hi Hi … … … … … … … … … … … … … … … （ 1）

式中： ——液位測量誤差，mm；

Hi ——第 i 次停留處的流量計液位示值，mm；

Hi ——第 i 次停留處的高度卡尺示值，mm；

i——測定順序號，i=1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6。

6.3.2 流量測量誤差

利用流量計實驗室檢測裝置，將流量計一次儀表固定在高度卡尺上方的支架上，按如下步驟檢驗流量測量誤差：

a）設置流量計堰槽為 90°三角堰（p/B 取 0.2）；

b）把高度卡尺調到零點，校正流量計液位零點；

c ）把高度卡尺依次調到堰槽允許的最大液位高度的 20% 、50% 、80%處，待流量計示值穩定后，分別記錄流量顯示值；

d）設置流量計堰槽為矩形缺口薄壁堰（堰寬 0.5 m ，渠寬取 1.0 m，p 取 0.25 m），設置完成后重復b 、c 步驟，記錄流量顯示值；

e）設置流量計堰槽為 4 號巴歇爾槽，重復b 、c 步驟，記錄流量顯示值。

計算流量顯示值與流量理論值的最大差值相對于量程值的百分率作為流量測量誤差，按公式（2）計算。

Qn Qni Qns max 100% … … … … … … … … … … … … （2）

式中： Qn ——第 n 種堰槽的流量測量誤差，%；

Qni ——第 n 種堰槽不同液位高度流量顯示值，m3/h；

Qns ——第 n 種堰槽不同液位高度的流量理論值，m3/h。

6.3.3 液位精密度

利用流量計實驗室檢測裝置，將流量計一次儀表固定在高度卡尺上方的支架上，將反射板移動至高度卡尺 0 mm 處，流量計液位歸零。將反射板移動至高度卡尺最大刻度（ 1000 mm）的 80%處，液位示值穩定后記錄流量計液位示值，然后把反射板移動至高度卡尺零刻度，再次移動至高度卡尺最大刻度（1000 mm ）的 80%處，穩定后記錄流量計液位示值，如此重復

測量 6 次。計算 6 次液位測定值相對標準偏差作為液位精密度，按公式（3）計算。

式中： SH ——液位精密度，%；

Hi ——第 i 次液位測定值，mm；

H —— n 次液位測定值的平均值，mm；

n ——測定次數， n =6；

i——測定順序號，i=1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6。

6.3.4 流量精密度

利用流量計實驗室檢測裝置，按如下步驟檢驗流量精密度：

a）把流量計堰槽類型設置為 4 號巴歇爾槽；

b）把高度卡尺調到零點，校正流量計液位零點；

c ）把高度卡尺調到 400 mm 處，等流量計示值穩定后，記錄流量顯示值，再把高度卡尺調到零點；

d）按上述步驟 c 重復測定 6 次，記錄流量顯示值。

計算 6 次測定值相對標準偏差作為流量精密度，按公式（4）計算。

式中： SQ ——流量精密度，%；

Qi ——第 i 次流量測定值，m3/h；

Q —— n 次測定值的平均值，m3/h；

n ——測定次數， n =6；

i——測定順序號，i =1 ，2 ，3 ，4 ，5 ，6。

6.3.5 期間漂移

將流量計堰槽設置為 4 號巴歇爾槽，將一次儀表固定在一定高度，液位校準至 400 mm，穩定 10 min 后，記錄流量初始顯示值，流量計通電持續運行，期間不允許進行任何維護、校準，168 h 后記錄流量最終顯示值，最終顯示值與初始顯示值的相對偏差絕對值作為期間

漂移，按公式（5）計算。

式中： Q ——期間漂移，%；

Q a ——流量初始顯示值，m3/h；

Qb ——流量最終顯示值，m3/h。

6.3.6 電壓穩定性

將流量計堰槽設置為 4 號巴歇爾槽，將一次儀表固定在一定高度，液位校準至 400 mm，將輸入電壓調為 220 V ，記錄流量顯示值作為初始值；調節流量計電源電壓至 242 V ，顯示穩定后記錄流量顯示值；調節流量計電源電壓至 198 V ，顯示穩定后記錄流量顯示值；按照下列公式計算電壓變化引起的相對誤差，取兩個電壓下相對誤差的較大值作為流量計電壓穩

定性的判定值，按公式（6）計算。

QV Qi QS max 100% … … … … … … … … … … … … … （6）

式中： ΔQV —— 電壓穩定性誤差，%；

Qs ——220 V 時流量顯示值，m3/h；

Qi ——242 V 和 198 V 時流量顯示值，m3/h。

6.3.7 液位比對誤差

分別用明渠流量比對裝置和被測流量計測量同一水位觀測斷面處的液位值，進行現場比對檢測，每分鐘讀取 6 次數據，連續讀取 30 min，分別計算明渠流量比對裝置和被測流量計的液位均值，按公式（7）計算。

Hi Hx Hs … … … … … … … … … … … … … … … （7）

式中： Hi ——液位比對誤差，mm；

Hx ——被測流量計測量液位值均值，mm；

Hs —— 明渠流量比對裝置測量液位值均值，mm；

6.3.8 流量比對誤差

分別用明渠流量比對裝置和被測流量計測量同一水位觀測斷面處的瞬時流量，進行現場比對檢測，待數據穩定后，開始計時，計時 30 min（或累計流量大于 100 m3），分別讀取明渠流量比對裝置在該時段內的累積流量和被測流量計在該時段內的累積流量，按公式（8）計算。

Q Qi QS max 100% … … … … … … … … … … … … … （ 8）

式中： ΔQ ——流量比對誤差，%；

Qs —— 明渠流量比對裝置累計流量顯示值，m3；

Qi ——被測流量計累計流量顯示值，m3。

6.3.9 計時誤差

在流量計正常工作條件下，讀取并記錄流量計的顯示時間 T0 作為起始時間，同時啟動秒表開始計時，當流量計連續運行 48 h 后，分別讀取和記錄流量計顯示時間 T1 及秒表顯示時間 T2 ，按公式（9）計算計時誤差。

T 1 0 2 1000‰ … … … … … … .. … … … … … （9）

式中： ΔT ——計時誤差，‰；

T0 ——流量計起始顯示時間；

T1 ——計時結束時流量計顯示時間；

T2 ——計時結束時秒表顯示時間。

6.3.10 最小維護周期

在流量計測試的 168 h 內，不能對流量計進行任何維護，流量計不能出現影響流量運行和測量的任何故障，如出現故障則該項檢驗不合格。

7 隨機資料

儀器的說明書等隨機資料應至少包括以下內容：儀器原理、儀器構造圖、現場安裝條件及方法、儀器操作方法、部件標識及注意事項、儀器校準及使用方法、常見故障處理、日常維護說明等。

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