摘 要：能源计量是钢铁企业计量的组成部分，能源计量介质包括水、压缩空气、煤气、氧气、氮气、氩气、蒸汽等。主要介绍超声波流量计的构成及工作原理，对超声波流量计在承钢能源计量系统水计量方面的应用进行简要阐述；根据运用计算机技术在承钢能源计量系统的实施情况，叙述能源计量管理信息系统组成结构以及实施情况。

关键词：超声波流量计；传感器；能源计量系统；RS485；串口通讯

钢铁企业不但是耗能大户也是耗淡水大戶。水是地球上的一种特殊资源，特别是淡水更是频临稀缺资源，地下水的吨水成本逐年大幅提高。节约用水已经不仅仅是一个企业经济问题，更重要的是一个关乎企业持续发展与社会民生和谐发展的重大社会问题。

1 超声波流量计的工作原理及应用

1.1 超声波流量计的工作原理

声波是一种机械波，频率超过20kHz的声波，人耳是听不到的，故统称为超声波。利用超声波在流动的介质中传播时，其速度与流体流动的速度有关的原理，通过对超声波顺流传播及逆流传播速度差的测量，就可以制成超声波流量计。超声波流量测量技术主要用于液体和气体流量的测量。到目前为止，液体流量测量技术较成熟地应用于工业测量环境。超声波流量计主要由超声波传感器和转换器两部分组成。测量时，将超声波传感器安装于被测管路上，根据流体流动的方向，按安装位置分上游传感器和下游传感器，上游传感器是液体在流动方向上首先通过的传感器，而后通过的传感器称作下游传感器。转换器用于对测量控制、计算、显示和输出等。

1.2 超声波流量计的应用

承钢的水计量系统共有125个水计量检测点。分布在承钢各二级分厂，点多面广且比较分散。现场的水流量测量采用MLF型超声波流量计，MLF型超声波流量计采用数字分析和纠错技术，使仪表更适应工业现场的恶劣环境，测量准确、可靠。水流量测量仪表的标定采用经开封大流量检定中心检定过的日本富士FLC便携式超声波流量计进行周期比对的方法完成，经现场实际应用，这种方法既方便又有效，从而保证了仪表的精度。目前在承钢使用的超声波流量计传感器有外夹式、插人式、管段式三种：

外夹式传感器：能够方便地进行管外流量测量，测量过程是将传感器贴装在管路外侧，该方式除适用于固定式外，也适合于便携式。外夹式安装需将管外壁安装位置打磨干净，然后用耦合剂将传感器贴于管路外壁，用专用装置固定。

插人式传感器：由于外夹式传感器采用耦合剂贴于管路外侧，容易由于耦合剂的问题引起测量不稳定（信号接收状态变坏）。插人式传感器可避免耦合剂的问题，也可避免由于管内壁结垢带来的不稳定测量问题，能够在管路内壁严重结垢或流体含气的情况下，实现稳定可靠的测量。安装过程是用钻孔工具在不停产的情况下将传感器插入至管路内壁。

管段式传感器：管段式传感器的主要特点是测量准确度高，已经过专门的出厂标定。采用标准法兰连接，安装时需要切开管路，但传感器可以不停产维修。

2 能源计量系统

承钢的能源计量管理涉及到水、电力和各种气体介质，其能源计量管理信息系统集自动化仪表、计算机技术、网络通讯等各项专业技术为一体，以超声波流量计、孔板、差压变送器、智能流量积算仪等现场仪表为基础，有线或无线通讯方式为依托，将各种能源数据实时采集到上位机，由计算机动态显示能源数据以及仪表计量状况，具备实时显示、历史查询、数据统计、报表打印、故障检测等功能。

2.1 能源计量信息系统结构

为了应对当前企业能源计量要求，考虑各种能源介质特性并兼顾区域规划特征，承钢的能源计量采集系统采用数据采集和数据处理分离的原则。在数据采集层面建立各个采集分站，然后将各个采集分站采集的数据统一汇总到系统主站做分析处理。针对水计量的实际情况，单独建立水计量采集分站，对数据进行统一处理；针对计量点集中区域，采用RS485总线通讯方式，分别建立有线采集分站；对于区域分散而又没有特殊要求的计量检测点，把每个检测点按照区域就近的原则，设立无线采集站；对于厂距离主厂区较远，不便于传输的计量检测点，单独建立GPRS采集分站。

2.2 能源计量信息系统软件设计

能源计量信息管理系统软件设计方面，针对各个采集站硬件及网络结构不同的特点，我们单独开发了适用于各个采集站的采集软件。均使用.NET Framework2.0技术支持的.NET开发平台开发完成，各个采集分站使用了易于维护的SQL Server数据库，能源主站使用了适应于大量数据存储的ORACLE数据库。为实现能源计量的高标准管理要求，我们在实现能源计量基础数据采集的基础上，从软件技术层面建立了采集系统、诊断系统、接口系统、监控系统和计量管理系统，各个系统分功能管理，设置网络安全管理策略来实现能源计量管理信息系统（见图1）。

3 应用效果

超声波流量计的应用，在测量管路内无可动部件或突出于管路内部的部件，因此不但压力损失小，而且不存在堵塞管路的现象，不但降低了我们的维护工作量，而且大大地提高了水资源的计量精度，减少了厂际间的计量异议。

作者简介：

张艳玲，女，河北科技大学2000年毕业，河钢股份有限公司承德分公司自动化中心设备检修科，工程师。