排水管网监测设备——流量监测设备

排水管网的在线监测设备常包括雨量监测、水量监测、水质监测、气体监测和视频监测设备等。在线监测设备通常易安装维护、稳定性强、可靠性高、能智能报警，并建立集中统一的在线监测系统。本文主要介绍几种常用的流量监测设备，包括超声波多普勒流量计、超声波时差流量计、雷达流量计和电磁流量计。

1.工作原理：（点流速原理）基于多普勒效应，当超声波遇到随流体运动的固体颗粒或气泡时，反射波的频率会发生变化（即多普勒频移），这种频率变化与流体速度成正比。因此，通过测量频率变化，可以计算出水流速度，从而得到流量。在排水管网中，污水等流体中含有杂质、颗粒或气泡，这些物质成为测量流速的关键因素。

2.适用场景：适用于含有悬浮颗粒的流体，如污水和雨水管道监测，能够很好地适应复杂水质情况；可测满管与非满管；可应对不同时段、不同天气（如暴雨期排水流量增大）下的流量测量，确保准确性。

3.优点：① 流体适应性较强，适合中小管路；也可应用于自然水域、渠道或管道中测量水的流速和流量；

② 安装方便，不需要像电磁流量计一样截断管道安装传感器，也无需使用截流装置或固定的堰槽来控制水流。可从管道顶部放支架固定，传感器可通过夹紧、插入或法兰连接等方式安装在管道底部，正对水流方向；

③ 易于维护和校准。传感器与流体直接接触，维护人员可以更方便地对流量计进行检查、清洗和校准，有助于确保流量计的长期稳定性和准确性；

④ 价格便宜。

4.缺点：由于该设备需浸入水体进行监测，排水管网中可能存在淤泥、油污和漂浮物等，这些因素可能导致传感器探头被覆盖，从而无法正常工作，影响监测数据的有效性；液体中的颗粒和杂质也会降低洁净液体的测量可重复性；管道内流速过低会增加测量难度；测量精度受颗粒尺寸分布和浓度的影响，同时流体速度分布也会对结果产生影响。安装和校准需要一定的专业知识，不正确的安装可能导致测量误差，而校准过程也相对复杂。

1.工作原理：（时间差法）超声波时差流量计利用超声波在水体中顺流（传播速度快）和逆流（传播速度慢）传播相同距离时的时间差，这种传播时间的差异与被测水体的流动速度有关。通过测出时间差，可以计算出水体的流速，并采用相关公式计算出断面流量。根据安装情况的不同，超声波时差法流量计可以分为V型时差法流量计、Z型时差法流量计和W型时差法流量计。

2.适用场景：用于清水；也应用于水、气、酸、碱等多种介质的超纯水体流量测量，特别适合于不便测量的场合，如腐蚀性液体、高粘度液体、气体或高温高压液体等。

3.优点：测量精度高，且高于多普勒法，量程宽；流体适应性较强；运行稳定可靠；安装方便，可外夹式安装在管道上；可测满管与非满管；价格较高。

3.缺点：水中气泡或杂质会阻碍超声波传播，影响测量结果准确度；受温度和压力影响较大，影响测速精度；需要与水体接触，水体中的杂质/漂浮物容易将探头覆盖，影响测量精度或传感器失效。

1.工作原理：（表面流速原理）雷达流量计由雷达流速仪和雷达水位计组成。雷达流速仪采用多普勒效应原理测流体表面流速。当雷达流速仪与水体以相对速度V发生对运动时，雷达流速仪所收到的电磁波频率与雷达自身所发出的电磁波频率有所不同，此频率差称为多普勒频移。通过计算多普勒频移与V的关系，得到流体表面流速。

 

2.适用场景：适用于水位低（非满管状态）、流态好的管道，可测量污水、化学液体等，适应性强。

3.优点：雷达流量计不受温度梯度、压力、空气密度、风或其他气象环境条件的影响；高精度测量，误差常在1%以内，量程范围宽；低功耗；体积小巧不影响监测；产品耐腐蚀；无需与水体接触，安装方便；不受水体杂物覆盖、腐蚀等影响，水体流态稳定的断面即可安装；后期无需经常性维护。

4.缺点：排水管道满管状态下，该传感器无法监测数据。泥水污水脏，长期被污水泡着，容易损坏传感器，导致无法工作；安装与校准需要专业技术人员操作；相对于超声波多普勒流量计，购置和维护成本较高。

1.工作原理：（电磁感应法）电磁流量计根据法拉第电磁感应原理，在与测量管轴线和磁力线相垂直的管壁上安装检测电极，当导电液体沿测量管轴线运动时，导电液体切割磁力线产生感应电势，此感应电势由检测电极测出，其数值大小与流速成正比例。

2.适用场景：适用于导电的液体，不适用于非导电液体。对于电导率低于一定阈值（通常大于20μS/cm，具体数值根据设备而异）的液体，电磁流量计无法提供准确测量。

3.优点：流体适应性较强；可测满管。

4.缺点：电磁流量计的测量精度与流体的电导率密切相关，测量精度一般；需要与水体接触，水体中的杂质/漂浮物容易将探头覆盖会影响测量；流速精度会受到水质导电率的影响，水质导电率变化会影响电磁探头测到的感应电动势，从而影响感应电动势和水体流速的换算关系，进而影响测量精度；由于排水管道中的污水具有腐蚀性，可能会将电磁流量计的传感器探头腐蚀（探头是金属的）。