超聲波流量計(jì)的選型指南及應(yīng)用指導(dǎo)

　　近幾年來(lái)，電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)發(fā)展，利用超聲波脈沖測(cè)量流體流量技術(shù)發(fā)展很快，基于不同原理，適用于不同場(chǎng)合各種型式超聲波流量計(jì)到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)也對(duì)廣大用戶(hù)提出如何認(rèn)識(shí)超聲波流量計(jì)、怎樣選擇合適類(lèi)型，使用中應(yīng)注意些什么問(wèn)題等一系列問(wèn)題，本文綜合國(guó)內(nèi)超聲波流量計(jì)目前發(fā)展情況及多年應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了些探討。
　　
　　1超聲波流量計(jì)分類(lèi)
　　
　　超聲波流量計(jì)各類(lèi)很多，不同分類(lèi)方法，可以分為不同類(lèi)型超聲波流量計(jì)。
　　
　　1.1多譜勒式超聲波流量計(jì)
　　
　　換能器1發(fā)射頻率為f1超聲波信號(hào)，管道內(nèi)液體中懸浮顆粒或氣泡后，頻率發(fā)生偏移，以f2頻率反射到換能器2，這就是多譜勒將就，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。
　　
　　設(shè)流體流速為v，超聲波聲速為c，多譜勒頻移fd正比于流體流速v，即流體流速
　　
　　當(dāng)管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數(shù)，流體流速和多譜勒頻移成正比，測(cè)量頻移就可到流體流速，進(jìn)而求流體流量。
　　
　　1.2時(shí)差式超聲波流量計(jì)
　　
　　時(shí)差式超聲波流量計(jì)是利用聲波流體中順流傳播和逆流傳播時(shí)間差與流體流速成正比這一原理來(lái)測(cè)量流體流量。換能器1向換能器2發(fā)射超聲波信號(hào)，這是順流方向，其傳播時(shí)間為反之，逆流方向傳播時(shí)間為：時(shí)間差為：c>>v，故，流體流速同樣，c、L、θ均為常數(shù)，測(cè)時(shí)間差△t即可求出流體流速v進(jìn)而求流體流量。
　　
　　2超聲波流量計(jì)區(qū)別
　　
　　超聲波流量計(jì)使用場(chǎng)合不同，可以分為固定式超聲波流量計(jì)和便攜式超聲波流量計(jì)。
　　
　　2.1這兩類(lèi)超聲波流量計(jì)主要區(qū)別
　　
　　（1）適用場(chǎng)合不同
　　
　　固定式超聲波流量計(jì)用于安裝某一固定位置，對(duì)某一特定管道內(nèi)流體流量進(jìn)行長(zhǎng)期不間斷計(jì)量；便攜式超聲波流量計(jì)具有很大機(jī)動(dòng)性，主要用于對(duì)不同管道流體流量作臨時(shí)性測(cè)量。
　　
　　（2）供電方式不同
　　
　　固定式超聲波流量計(jì)要求長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，要使用220V交流電源，便攜式超聲波流量計(jì)既可以使用現(xiàn)場(chǎng)交流電源，也備有內(nèi)置充電電池，可以連續(xù)工作5～10h［小時(shí)］，大大方便了不同場(chǎng)合臨時(shí)性流量測(cè)量需要。
　　
　　（3）部分功能不同
　　
　　因定式超聲波流量計(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參數(shù)；便攜式超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)查看當(dāng)時(shí)流量和短時(shí)間內(nèi)累計(jì)流量，故一般無(wú)輸出信號(hào)功能，但方便測(cè)量不同管道流量，它具有豐富貯存功能，可以同時(shí)存貯數(shù)十條不同管道參數(shù)，供隨時(shí)調(diào)出使用。
　　
　　2.2換能器供電方式不同
　　
　　可以分為外貼式、插入式、管段式三種超聲波流量計(jì)。
　　
　　（1）外貼式
　　
　　外貼式超聲波流量計(jì)是生產(chǎn)zui早，用戶(hù)zui熟悉且應(yīng)用zui廣泛超聲波流量計(jì)，安裝換能器無(wú)需管道斷流，即貼即用，它充分體現(xiàn)了超聲波流量計(jì)安裝簡(jiǎn)單、使用方便特點(diǎn)。
　　
　　（2）管段式
　　
　　某些管道因材質(zhì)疏、導(dǎo)聲不良，銹蝕嚴(yán)重，襯里和管道內(nèi)空間有間隙等原因，導(dǎo)致超聲波信號(hào)衰減嚴(yán)重，用外貼式超聲波流量計(jì)無(wú)法正常測(cè)量，產(chǎn)生了管段式超聲波流量計(jì)。
　　
　　管段式超聲波流量計(jì)把換能器和測(cè)量管組成一體，解決了外貼式流量計(jì)測(cè)量中一個(gè)難題。測(cè)量精度也比其它超聲波流量計(jì)要高，但同時(shí)也犧牲了外貼式超聲波流量計(jì)不斷流安裝這一優(yōu)點(diǎn)，要求切開(kāi)管道安裝換能器。
　　
　　（3）插入式
　　
　　插入式超聲波流量計(jì)介于上述二者中間。安裝上可以不斷流，利用專(zhuān)門(mén)工具有水管道上打孔，把換能器插入管道內(nèi)，完成安裝。換能器管道內(nèi)，其信號(hào)發(fā)射、接受只被測(cè)介質(zhì)，而不管壁和襯里，其測(cè)量不受管質(zhì)和管襯材料限制。
　　
　　3超聲波流量計(jì)選型
　　
　　超聲波流量計(jì)除上述各種類(lèi)型外，近年來(lái)又出現(xiàn)了采用數(shù)字化電路數(shù)字式超聲波流量計(jì)，把換能器和轉(zhuǎn)換器做一起一體式超聲波流量計(jì)，等等。面對(duì)眾多類(lèi)型超聲波流量計(jì)，用戶(hù)要實(shí)際情況和測(cè)量需要合理選型。
　　
　　3.1多譜勒式超聲波流量計(jì)
　　
　　只能用于測(cè)量含有適量能反射超聲波信號(hào)顆粒或氣泡流體，如工廠排放液、未處理污水、雜志含量穩(wěn)定工廠過(guò)程液等。要注意它對(duì)被測(cè)介質(zhì)要求比較苛刻，即不能是潔凈水，同時(shí)雜技含量要相對(duì)穩(wěn)定，才可以正常測(cè)量，不同廠家儀表性能及對(duì)被測(cè)廠家要求一樣。選擇此類(lèi)超聲波流量計(jì)即要對(duì)被測(cè)介質(zhì)心中有數(shù)，也要對(duì)所選用超聲波流量計(jì)性能、精度和對(duì)被測(cè)介質(zhì)要求有深入了解。
　　
　　3.2便攜式超聲波流量計(jì)
　　
　　適用于臨時(shí)性測(cè)量，主要用于校對(duì)管道上已安裝其它流量?jī)x表運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行一個(gè)區(qū)域內(nèi)流體平衡測(cè)試，檢查管道當(dāng)時(shí)流量情況等。不作固定安裝，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)。
　　
　　3.3時(shí)差式超聲波流量計(jì)
　　
　　目前生產(chǎn)zui多、應(yīng)用范圍zui廣泛是時(shí)差式超聲波流量計(jì)。它主要用來(lái)測(cè)量潔凈流體流量，自來(lái)水公司和工業(yè)用水領(lǐng)域，到廣泛應(yīng)用。此外它也可以測(cè)量雜技含量不高（雜質(zhì)含量小于10g/L，粒徑小于1mm）均勻流體，如污水等介質(zhì)流量，精度可達(dá)±1.5%。實(shí)際應(yīng)用表明，選用時(shí)差式超聲波流量計(jì)，對(duì)相應(yīng)流體測(cè)量都可以達(dá)到滿意效果。
　　
　　3.4管道式超聲波流量計(jì)
　　
　　精度zui高，可達(dá)到±0.5%，不受管道材質(zhì)、襯里限制，適用于流量測(cè)量精度要求高場(chǎng)合。但管徑增大，成本也會(huì)隨增加，通常情況下，選用中小口徑管段式超聲波流量計(jì)，較為經(jīng)濟(jì)。
　　
　　3.5固定式超聲波流量計(jì)
　　
　　有足夠安裝空間，使用插入式換能器代替外貼式換能器，*消管襯、結(jié)垢及管壁對(duì)超聲波信號(hào)衰減影響，測(cè)量穩(wěn)定性更高，也大大減小了維護(hù)工作量。，插入式換能器也可以不斷流安裝，其應(yīng)用正不斷推廣。
　　
　　有廠家推出了內(nèi)部為數(shù)字化電路超聲波流量計(jì)，其特點(diǎn)是采用數(shù)字電路處理信號(hào)，糾錯(cuò)能力增強(qiáng)，取樣及時(shí)，精度提高（模擬電路精度為±1.5%，數(shù)字電路可以達(dá)到±1.0%），集成度提高，儀表體積大大減小，有多種信號(hào)輸出模式供選擇，實(shí)際應(yīng)用也取了很好效果。用戶(hù)使用中可以和模擬電路超聲波流量計(jì)進(jìn)行比較。
　　
　　超聲波流量計(jì)功能選擇，用戶(hù)可以實(shí)際情況來(lái)確定。測(cè)量雙向流體，一定要選擇帶有正負(fù)計(jì)量功能超聲波流量計(jì)；用戶(hù)需要定期了解流體一定時(shí)段有流量情況，可以選擇帶打印機(jī)超聲波流量計(jì)。總之，所選擇超聲波流量計(jì)功能既要滿足用戶(hù)需要，必貪多求全，造成許多功能閉置不用，而增加購(gòu)買(mǎi)成本。
　　
　　4超聲波流量計(jì)應(yīng)用
　　
　　超聲波流量計(jì)應(yīng)用中，需要注意以下幾個(gè)方面問(wèn)題：
　　
　　4.1正確選擇
　　
　　這是超聲波流量計(jì)能夠正常工作基礎(chǔ)。選型不當(dāng)，或會(huì)造成流量無(wú)法測(cè)量，用戶(hù)使用不做便等后果。具體選型原則，前面已做了詳細(xì)介紹。
　　
　　4.2合理安裝
　　
　　換能器安裝不合理是超聲波流量計(jì)不能正常工作主要原因。安裝換能器需要考慮位置確定和方式選擇兩個(gè)問(wèn)題。確定位置時(shí)除保證足夠上、下游直管段外，尤其要注意換能器盡量避開(kāi)有變頻調(diào)速?lài)獭㈦姾笝C(jī)等污染電源場(chǎng)合。安裝方式上，主要有對(duì)貼安裝方式和V方式、Z方式三種，如圖3。多譜勒式超聲波流量計(jì)采用對(duì)貼式安裝方式，時(shí)差式超聲波流量計(jì)采用V方式和Z方式，通常情況下，管徑小于300mm時(shí)，采用V方式安裝，管徑大于200mm時(shí)，采用Z方式安裝。即可以用V方式安裝又可以方式安裝換能器，盡量選用Z方式。實(shí)踐表明，Z方式安裝換能器超聲波信號(hào)強(qiáng)度高，測(cè)量穩(wěn)定性也好。
　　
　　4.3及時(shí)核校
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)安裝固定式超聲波流量計(jì)數(shù)量大、范圍廣用戶(hù)，可以配備一臺(tái)同類(lèi)型便攜式超聲波流量計(jì)，用于核校現(xiàn)場(chǎng)儀表情況。一是堅(jiān)持一裝一校，即對(duì)每一臺(tái)新裝超聲波流量計(jì)安裝調(diào)試時(shí)進(jìn)行核校，確保選位好、安裝好、測(cè)量準(zhǔn)；二是對(duì)線運(yùn)行超聲波流量計(jì)發(fā)生流量突變時(shí)，要利用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行及時(shí)核校，查清流量突變?cè)颍宄莾x表發(fā)生故障流量確實(shí)發(fā)生了變化。
　　
　　4.4定期維護(hù)
　　
　　他流量?jī)x表相比，超聲波流量計(jì)維護(hù)量是比較小。外貼換能器超聲波流量計(jì)，安裝以后無(wú)水壓損失，無(wú)潛漏水，只需定期檢查換能器是否松動(dòng)，與管道之間粘合劑是否良好即可；插入式超聲波流量計(jì)，要定期清理探頭上沉積雜質(zhì)、水垢等有無(wú)漏水現(xiàn)象；是一體式超聲波流量計(jì)，要檢查流量計(jì)與管道之間法蘭鏈接是否良好，并考慮現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度對(duì)其電子部件影響，等待。定期維護(hù)可以確保超聲波流量計(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。