淺談超聲波流量計(jì)

 超聲波流量計(jì)具有高度、*測量以及較低的總體擁有成本等優(yōu)點(diǎn)，正在快速發(fā)展成為流量測量領(lǐng)域，尤其是計(jì)量碳?xì)浠衔锏模⒃谑秃吞烊粴忸I(lǐng)域得到普及。超聲波流量計(jì)是一種使用十分方便的流量儀表，特別是在大口徑管線上，便攜式超聲波流量計(jì)可以將探頭安裝在管道外表面，實(shí)現(xiàn)不斷流、不破壞原有管線測量流量，因此受到廣大用戶的歡迎。

      1 超聲波流量計(jì)的工作原理及組成

      超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息，因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。根據(jù)檢測的方式，可分為傳播速度差法（時(shí)差法、相位差法和頻差法）、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計(jì)。目前zui常采用的測量方法主要有兩類：時(shí)差法和多普勒效應(yīng)法。

      超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)3部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號(hào)，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)，供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算，這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測和顯示。

      2 優(yōu)點(diǎn)

      （1）外夾式超聲波流量計(jì)可以實(shí)現(xiàn)非接觸測流量，即使是插入式或內(nèi)貼式超聲波流量計(jì)，其壓損也幾乎為零，其測流量的方便性與經(jīng)濟(jì)性是*的。（2）超聲波流量計(jì)水、氣、油各種介質(zhì)都可以測量，其應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣闊。（3）超聲波流量計(jì)的制造成本幾乎和口徑無關(guān)，在大口徑流量計(jì)量場合有著價(jià)格合理、安裝使用方便的綜合競爭優(yōu)勢。（4）便攜式超聲波流量計(jì)可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)流量計(jì)在各種管徑、各種材質(zhì)的管線上測流量，是作為標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行在線校準(zhǔn)、比對或期間核查的流量計(jì)類型。（5）超聲波流量計(jì)具有其測流原理基于長度與時(shí)間兩個(gè)基本物理量的溯源方便性，可以預(yù)見它必將超越其他原理的流量計(jì)成為流量標(biāo)準(zhǔn)甚至是流量基準(zhǔn)的載體。（6）超聲波流量計(jì)運(yùn)行能耗極小，可方便地實(shí)現(xiàn)長年電池供電，加之*的智能化主機(jī)可方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)無線通信，其應(yīng)用前景更加廣闊。

      3 缺點(diǎn)

      超聲波流量計(jì)目前所存在的缺點(diǎn)主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能器及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國只能用于測量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計(jì)的測量線路比一般流量計(jì)復(fù)雜。這是因?yàn)椋话愎I(yè)計(jì)量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m／s左右，被測流體流速（流量）變化帶給聲速的變化量zui大也是10^-3數(shù)量級(jí)。若要求測量流速的準(zhǔn)確度為±1%，則對聲速的測量準(zhǔn)確度需為10^-5～10^-6數(shù)量級(jí)，因此必須有完善的測量線路才能實(shí)現(xiàn)，這也正是超聲波流量計(jì)只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實(shí)際應(yīng)用的原因。

      4 超聲波流量計(jì)的選型應(yīng)用

      4.1 根據(jù)原理不同造型

      4.1.1 多普勒式超聲波流量計(jì)的選型

      多普勒法超聲波流量計(jì)依靠水中雜質(zhì)的反射來測量水的流速，因此適用于雜質(zhì)含量較多的臟水和漿體，如城市污水、污泥、工廠排放液、雜質(zhì)含量穩(wěn)定的工廠過程液等，而且可以測量連續(xù)混入氣泡的液體。但是根據(jù)測量原理，被測介質(zhì)中必須含有一定數(shù)量的散射體（顆粒或氣泡），否則儀表就不能正常工作。

      4.1.2 時(shí)差式超聲波流量計(jì)的選型

      目前生產(chǎn)zui多、應(yīng)用范圍zui廣泛的是時(shí)差式超聲波流量計(jì)。它主要用來測量潔凈的流體流量，在自來水公司和工業(yè)用水及江河水、回用水領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。時(shí)差式超聲波流量計(jì)此外可以測量雜質(zhì)含量不高（雜質(zhì)含量＜10g/L，粒徑＜1mm）的均勻流體，如污水等介質(zhì)的流量，但不能測量含有影響超聲波傳播的連續(xù)混入氣泡或體積較大固體物的液體。在這種情況下應(yīng)用，應(yīng)在換能器的上游進(jìn)行消氣、沉淀或過濾。在懸浮顆粒含量過多或因管道條件致使超聲信號(hào)嚴(yán)重衰減而不能測量時(shí)，有時(shí)可以試降低換能器頻率，予以解決。而且精度可達(dá)±1%。實(shí)際應(yīng)用表明，選用時(shí)差式超聲波流量計(jì)，對相應(yīng)流體的測量都可以達(dá)到滿意的效果。

      4.2 根據(jù)現(xiàn)場工況安裝方式選型

      4.2.1 便攜式超聲波流量計(jì)

      便攜式超聲波流量計(jì)具有很大的機(jī)動(dòng)性，適用于臨時(shí)性測量，主要用于校對管道上已安裝其他流量儀表的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行一個(gè)區(qū)域內(nèi)的流體平衡測試，檢查管道的當(dāng)時(shí)流量情況等。如果不做固定安裝，而用于這些用途時(shí)，選用便攜式超聲波流量計(jì)既方便又經(jīng)濟(jì)。便攜式超聲波流量計(jì)既可以使用現(xiàn)場的交流電源，也備有內(nèi)置充電電池，可以連續(xù)工作5～10h，大大方便了不同場合臨時(shí)性流量測量的需要。便攜式超聲波流量計(jì)只是為了現(xiàn)場查看當(dāng)時(shí)流量和短時(shí)間內(nèi)的累計(jì)流量，故一般無輸出信號(hào)功能，但為了方便測量不同管道流量，它具有豐富的貯存功能，可以同時(shí)存貯數(shù)十條不同管道的參數(shù)，供隨時(shí)調(diào)出使用。

      4.2.2 固定式超聲波流量計(jì)

      固定式超聲波流量計(jì)用于安裝在某一固定位置，對某一特定管道內(nèi)流體的流量進(jìn)行長期不間斷的計(jì)量；固定式超聲波流量計(jì)要求長期連續(xù)運(yùn)行，所以要使用220V交流電源，固定式超聲波流量計(jì)，通常都有4～20mA信號(hào)輸出等功能，供遠(yuǎn)傳顯示使用，但其內(nèi)部只能存貯一條管道的參數(shù)。

      4.2.3 管段式超聲波流量計(jì)

      精度zui高，可達(dá)到±0.5%，而且不受管道材質(zhì)、襯里的限制，適用于流量測量精度要求高的場合。但隨著管徑的增大，成本也會(huì)隨增加，通常情況下，選用中小口徑的管段式超聲波流量計(jì)，較為經(jīng)濟(jì)。

      5 常見故障原因與處理方法（表1）

      6 超聲波流量計(jì)安裝步驟

      （1）觀察安裝現(xiàn)場管道是否滿足直管段*D后5D以及離泵30D的距離（D為管道內(nèi)直徑）。（2）確認(rèn)管道內(nèi)流體介質(zhì)以及是否滿管。（3）確認(rèn)管道材質(zhì)以及壁厚。（4）前三步驟完成后可確認(rèn)使用何種傳感器安裝。（5）傳感器選擇完畢后，開始向表體輸入?yún)?shù)以確定安裝距離。（6）測量出安裝距離。

      外夾可選安裝傳感器大概距離，然后不斷調(diào)試活動(dòng)傳感器以達(dá)到信號(hào)和傳輸比的匹配。

      插入使用工具測量管道上安裝點(diǎn)距離，這個(gè)距離很重要，它直接影響表的實(shí)際測量精度，所以進(jìn)行多次測量以求較高精度。然后，開孔→安裝傳感器→調(diào)試信號(hào)→做防水→歸整好信號(hào)電纜→清理現(xiàn)場線頭等廢棄物。

      7 結(jié)束語

       超聲波流量計(jì)是一種的流量測量儀表，它給測量流量帶來的方便性和經(jīng)濟(jì)性是別的流量計(jì)*的。因此，應(yīng)按照超聲波流量計(jì)使用條件和使用環(huán)境的要求正確安裝使用，準(zhǔn)確設(shè)置管道參數(shù)，定期對超聲波流量計(jì)進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)，這樣才能保證超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確測量以及延長它的使用壽命。