大型汽輪發(fā)電機定子線棒冷卻水通道發(fā)生堵塞或泄漏都會導致嚴重的事故，因此在發(fā)電機的生產(chǎn)及運行過程中都要進行流量試驗，以保證發(fā)電機的安全運行。雖然現(xiàn)今市場上已有許多液體流量計，但都不能用于發(fā)電機定子線棒冷卻水的檢測，現(xiàn)場只能采取人工檢測方法進行測量，所以迫切需要研制一套能測試發(fā)電機定子線棒冷卻水流量的裝置。從發(fā)電廠的現(xiàn)場使用環(huán)境出發(fā)，我們采用超聲波時差法研制了這套發(fā)電機定子線棒冷卻水超聲波流量計。本流量計將能替代落后的人工檢測方法，對發(fā)電機小管徑、低流速的定子線棒冷卻水進行檢測，可直接判斷冷卻水管的堵、漏，保證發(fā)電機的安全運行，它還可用于汽輪發(fā)電機制造廠新機的出廠與交接，成為工藝質(zhì)量檢查的重要工具。
由于發(fā)電機定子線棒冷卻水引出管管徑小，冷卻水流速低，用超聲波時差法檢測時，單次時間差極小，難于精確測量，因此我們對傳統(tǒng)的單次時差測量方法進行改進，采用多脈沖聲循環(huán)法對微小時間進行累積，然后測量累積后的時間，進而換算出冷卻水流速，克服了一般超聲波流量計對小管徑、低流速水測量所存在的困難。上述方法很適合于汽輪發(fā)電機冷卻水的檢測，故此我們采用多脈沖聲循環(huán)法設計了本超聲波流量計。
在該流量計的研制過程中，關鍵是設計重復頻率高的超聲波發(fā)射電路和較高增益、寬頻帶的超聲波接收放大電路。超聲波發(fā)射電路的優(yōu)劣對整機性能影響很大。傳統(tǒng)的超聲波發(fā)射電路采用開關速度低的可控硅（SCR）作發(fā)射控制元件，發(fā)射重復率低，不能滿足要求，我們采用新型金屬氧化物半導體場效應管（MOSFET）作為發(fā)射控制元件研制出了高重復頻率的超聲波發(fā)射電路。根據(jù)需要我們還設計了超聲波接收放大電路，其中包括抗阻塞電路、檢波器及邊緣加強電路，以放大本儀器的超聲波接收信號。
控制測量電路及抗干擾電路是本流量計的核心部分。為實現(xiàn)流量計的智能化，我們采用單片機控制儀器的工作時序，完成收發(fā)換能器的切換并將測量的數(shù)據(jù)通信給上位機，以便上位機進一步處理。又利用高速計數(shù)器和高頻方波發(fā)生電路設計了測量電路，使測量精度得到提高。此外，我們還根據(jù)儀器的干擾情況采取了一系列硬件抗干擾措施，提高了儀器的抗干擾能力。
針對本超聲波流量計的硬件配置我們設計了單片機的各種軟件，并在軟件上采取了合適的抗干擾措施，增強了單片機運行的穩(wěn)定性，經(jīng)過模擬實驗可知，在采取了各種抗干擾措施，特別是采用了綜合數(shù)字濾波后，流量計數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性極大提高，對靜水和低速流水能較清晰的分別，說明該超聲波流量計可對大型汽輪發(fā)電機定子線棒的小管徑、低流速冷卻水進行檢測。我們還運用Microsoft Visual Basic語言設計了上位機的系統(tǒng)軟件，使流量計操作方便，十分利于現(xiàn)場的測量。
本課題研制的超聲波流量計，適用于大型汽輪發(fā)電機定子線棒冷卻水流量的檢測，在小管徑、低流速超聲波流量計這一領域有所創(chuàng)新，對研制應用于其它類似場合的時差法超聲波流量計也將具有一定的參考價值。
