超声水流量传感器通常采用传播时间差测量法。管道内的流速或流量与超声波的传播时间及时间差成正比。超声水流量传感器也是一种性能优良的无机械运动机构的传感器,同样具有压力损失小、测量重复性好、测量范围宽、传感器结构简单等特点。
射流水流量传感器是一种流体振荡型传感器,通常采用射流附壁效应及反馈控制原理进行工作。在一定流量范围内,管道汇总流体的流速与射流振荡频率成正比。射流水流量传感器的特性一致性好,使用可靠、工作寿命长,抗干扰能力强。但此传感器的测量上限受到压力损失增大的限制,测量下限受到流体粘性增加不易振荡的限制。因此与上述两种传感器相比,射流水流量传感器的测量范围和压力损失指标均占劣势。
水流量传感器的发展趋势
当前,封闭管道内用于贸易结算和用水量管理的水的计量与测量工作主要还靠各类水表实现的,其中水流量传感器则是以机械运动机构的叶轮式传感器为主导。随着淡水资源日益紧缺,节约用水和科学用水提到了非常重要的位置上,因此水流量仪表的作用也就更加凸显了。如何提高水流量的计量准确度,拓展流量测量范围,提升测量可靠性和使用寿命,增加水流量仪表的使用功能(如:数据传输与通信、智能阀控制、网络接入等功能),是眼前亟需面对的问题。
从市场应用角度看,除了饮用水计量外,农业灌溉计量、污水计量、生活热水计量、供热热水计量、消防用水计量等的需求也在不断扩大。通常,这些被测介质的水质不好,常常带有杂志和污物,采用机械运动机构的水流量传感器不能满足可靠、持续测量的需求。因此需要用到无机械运动机构传感器组成的流量仪表,如电磁、超声、射流等水流量计量仪表。
目前,已经有越来越多的无机械运动机构的智能电子水表进入市场应用。在先进发达国家,宽量程、高准确度、长使用寿命、带通信接口的小口径电磁水表和超声水表已经得到初步的推广与应用,大口径电磁水表和超声水表在生活饮用水、污水、灌溉用水计量,以及工农业过程测量等方面也已进入全面应用的阶段;在国内,很多企业已将水流量仪表研发重点转入无机械运动机构的智能电子水表等方面,并在大口径管网中得到了一定程度的应用。
从水流量传感器新技术应用角度看,流量传感与信号处理技术、微功耗设计技术等得到了广泛的重视与应用,为流量传感器测量准确度的提升、测量范围的拓展、测量可靠性和使用寿命的保证作出了重要的贡献。为了能使原有比较“脆弱”的电子仪表工作在恶劣的环境中,因此密封技术,抗气候、电磁、机械环境变化技术,可靠性设计与试验等技术也得到了应有的重视和研究。由于智能电子水表内置嵌入式计算机系统,因此可以对传感器特性开展自动校正、自动置零、自动补偿等工作,使水流量传感器更能满足测量的需求。随着物联网和信息化技术的大量应用,也要求水流量传感器或仪表具有网络接入及可测可控等功能,以满足地下管网水流体参数的几种监测和管网自动调度等需求。
从技术标准发展趋势看,由于需求提升,要求水流量传感器的测量准确度必须提高,测量范围必须加宽,测量重复性必须保证,抗干扰特性必须加强。ISO4064/R49国际水表新标准对封闭管道的饮用水水表的测量准确度从原来的2级(最大允许误差为±2%、±5%)提高为1级(最大允许误差为±1%、±3%)与2级两个级别;测量范围从原有的R=10~800提升至R=80~1000;提出了测量重复性要求(小于最大允许误差绝对值的1/3);加强了对电磁环境、气候环境、机械环境等的试验要求。
水流量传感器的挑战变革
水流量传感器是液体传感器的重要一员,用于贸易结算和用水管理的水计量工作又是水流量传感器的主要应用领域。由传统机械运动机构组成的水流量传感器以及由其组成的各类水表、热量表等计量表计,目前使用量十分庞大,处于主导应用地位。随着应用范围的不断拓展,对水流量传感器乃至仪表的适应性和使用特性的要求不断提升,新技术的大量涌现,用户需求的不断增加,都对传统水流量传感器提出了挑战与变革的新要求。新型水流量传感器因其优良的使用特性和可靠性,以及功能的多样性,是今后的研究重点和发展的重要方向,值得大家努力和期盼。