超聲波流量計
超聲波流量計是近代發展起來的一種新型測量流量的儀表，只要能傳播聲音的流體均可以用超聲波流量計測量；超聲波流量計可以測量高粘度液體、非導電性液體或氣體的流量，其測量流速的原理是：超聲波在流體中的傳播速度會隨被測流體流速而變化。
超聲波流量計一般不作結算計量儀表使用，對于現場計量點損壞生產不能停機更換，又需要檢測參數指導生產的情況也往往用到超聲波流量計。超聲波流量計zui大優勢是用于大口徑流量測量(管徑大于2米)，即使有些結算用計量點，經過使用雙方認可，選用精度高的超聲波流量計，可以節約成本，并減少維護量。
超聲波流量計的選型及應用
摘要超聲波流量計是一種利用超聲波脈沖來測量流體流量的速度式流量儀表，它從80年代開始進入我國工業生產和計量領域，并在90年代得到迅速發展。文章對我佃國內市場上出現了各類超聲波流量進行了深入研究分析，結合多年的實際應用經驗，系統闡述了超聲波流量計的分類方法；從儀表性能、被測介質經濟性，實用性等方面總結了選用超聲波流量的原則，并對應用中如何選位、安裝、維護提出具體建議，為用戶合理選擇和應用超聲波流量計提供了一些可以借鑒的經驗和方法。
關鍵詞超聲流量計；換能器；時差式；安裝方式
近幾年來，隨著電子技術、數字技術的發展，利用超聲波脈沖測量流體流量的技術發展很快，基于不同原理，適用于不同場合的各種型式的超聲波流量計得到了廣泛應用，同時也對廣大用戶提出如何認識超聲波流量計、怎樣選擇合適的類型，使用中應注意些什么問題等一系列問題，本文綜合國內超聲波流量計目前的發展情況及多年應用的實踐，對上述問題進行了些探討。
1 超聲波流量計的分類
超聲波流量計的各類很多，依照不同的分類方法，可以分為不同類型的超聲波流量計。
1.1多譜勒式超聲波流量計
換能器1發射頻率為f1的超聲波信號，經過管道內液體中的懸浮顆粒或氣泡后，頻率發生偏移，以f2的頻率反射到換能器2，這就是多譜勒將就，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。
當管道條件、換能器安裝位置、發射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過測量頻移就可得到流體流速，進而求得流體流量。
1.2時差式超聲波流量計
時差式超聲波流量計是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流量的。
2 區別
根據超聲波流量計使用場合不同，可以分為固定式超聲波流量計和便攜式超聲波流量計。
2.1這兩類超聲波流量計的主要區別
(1)適用的場合不同
固定式超聲波流量計用于安裝在某一固定位置，對某一特定管道內流體的流量進行長期不間斷的計量；便攜式超聲波流量計具有很大的機動性，主要用于對不同管道的流體流量作臨時性測量。
(2)供電方式不同
固定式超聲波流量計要求長期連續運行，所以要使用220V交流電源，便攜式超聲波流量計既可以使用現場的交流電源，也備有內置充電電池，可以連續工作5～10h［小時］，大大方便了不同場合臨時性流量測量的需要。
(3)部分功能不同
因定式超聲波流量計，通常都有4-20mA信號輸出等功能，供遠傳顯示使用，但其內部只能存貯一條管道的參數；便攜式超聲波流量計只是為了現場查看當時流量和短時間內的累計流量，故一般無輸出信號功能，但為了方便測量不同管道流量，它具有豐富的貯存功能，可以同時存貯數十條不同管道的參數，供隨時調出使用。
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。
(1)外貼式
外貼式超聲波流量計是生產zui早，用戶zui熟悉且應用zui廣泛的超聲波流量計，安裝換能器無需管道斷流，即貼即用，它充分體現了超聲波流量計安裝簡單、使用方便的特點。
(2)管段式
某些管道因材質疏、導聲不良，或者銹蝕嚴重，襯里和管道內空間有間隙等原因，導致超聲波信號衰減嚴重，用外貼式超聲波流量計無法正常測量，所以產生了管段式超聲波流量計。
管段式超聲波流量計把換能器和測量管組成一體，解決了外貼式流量計在測量中的一個難題。而且測量精度也比其它超聲波流量計要高，但同時也犧牲了外貼式超聲波流量計不斷流安裝這一優點，要求切開管道安裝換能器。
(3)插入式
插入式超聲波流量計介于上述二者中間。在安裝上可以不斷流，利用專門工具在有水的管道上打孔，把換能器插入管道內，完成安裝。由于換能器在管道內，其信號的發射、接受只經過被測介質，而不經過管壁和襯里，所以其測量不受管質和管襯材料限制。
3 超聲波流量計的選型
超聲波流量計除上述各種類型外，近年來又出現了采用數字化電路的數字式超聲波流量計，把換能器和轉換器做在一起的一體式超聲波流量計，等等。面對眾多類型的超聲波流量計，用戶要根據實際情況和測量需要合理選型。
3.1多譜勒式超聲波流量計
只能用于測量含有適量能反射超聲波信號的顆粒或氣泡的流體，如工廠排放液、未處理的污水、雜志含量穩定的工廠過程液等。要注意它對被測介質要求比較苛刻，即不能是潔凈水，同時雜技含量要相對穩定，才可以正常測量，而且不同廠家的儀表性能及對被測廠家的要求也不一樣。選擇此類超聲波流量計即要對被測介質心中有數，也要對所選用的超聲波流量計的性能、精度和對被測介質的要求有深入的了解。
3.2便攜式超聲波流量計
適用于臨時性測量，主要用于校對管道上已安裝其它流量儀表的運行狀態，進行一個區域內的流體平衡測試，檢查管道的當時流量情況等。如果不作固定安裝，而用于這些用途時，選用便攜式超聲波流量計既方便又經濟。
3.3時差式超聲波流量計
目前生產zui多、應用范圍zui廣泛的是時差式超聲波流量計。它主要用來測量潔凈的流體流量，在自來水公司和工業用水領域，得到廣泛應用。此外它也可以測量雜技含量不高(雜質含量小于10g/L，粒徑小于1mm)的均勻流體，如污水等介質的流量，而且精度可達±1.5%。實際應用表明，選用時差式超聲波流量計，對相應流體的測量都可以達到滿意的效果。
3.4管道式超聲波流量計
精度zui高，可達到±0.5%，而且不受管道材質、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，成本也會隨增加，通常情況下，選用中小口徑的管段式超聲波流量計，較為經濟。
3.5固定式超聲波流量計
如果有足夠的安裝空間，使用插入式換能器代替外貼式換能器，*消除了管襯、結垢及管壁對超聲波信號衰減的影響，測量穩定性更高，也大大減小了維護工作量。而且，由于插入式換能器也可以不斷流安裝，所以其應用正在不斷推廣。
有的廠家推出了內部為數字化電路的超聲波流量計，其特點是采用數字電路處理信號，糾錯能力增強，取樣及時，精度提高(模擬電路的精度為±1.5%，數字電路可以達到±1.0%)，而且集成度提高，儀表體積大大減小，有多種信號輸出模式供選擇，在實際應用也取得了很好的效果。用戶在使用中可以和模擬電路的超聲波流量計進行比較。
超聲波流量計的功能選擇，用戶可以根據實際情況來確定。如果測量雙向流體，一定要選擇帶有正負計量功能的超聲波流量計；如果用戶需要定期了解流體在一定時段有流量情況，可以選擇帶打印機的超聲波流量計。總之，所選擇的超聲波流量計的功能既要滿足用戶需要，也不必貪多求全，造成許多功能閉置不用，而增加購買成本。
4 超聲波流量計的應用
超聲波流量計在應用中，需要注意以下幾個方面的問題：
4.1正確選擇
這是超聲波流量計能夠正常工作的基礎。如果選型不當，或會造成流量無法測量，或者用戶使用不做便等后果。具體選型原則，前面已做了詳細的介紹。
4.2合理安裝
換能器安裝不合理是超聲波流量計不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個問題。確定位置時除保證足夠的上、下游直管段外，尤其要注意換能器盡量避開有變頻調速囂、電焊機等污染電源的場合。在安裝方式上，主要有對貼安裝方式和V方式、Z方式三種。多譜勒式超聲波流量計采用對貼式安裝方式，時差式超聲波流量計采用V方式和Z方式，通常情況下，管徑小于300mm時，采用V方式安裝，管徑大于200mm時，采用Z方式安裝。對于即可以用V方式安裝又可以方式安裝的換能器，盡量選用Z方式。實踐表明，Z方式安裝的換能器超聲波信號強度高，測量的穩定性也好。
4.3及時核校
對于現場安裝固定式超聲波流量計數量大、范圍廣的用戶，可以配備一臺同類型的便攜式超聲波流量計，用于核校現場儀表的情況。一是堅持一裝一校，即對每一臺新裝超聲波流量計在安裝調試時進行核校，確保選位好、安裝好、測量準；二是對在線運行的超聲波流量計發生流量突變時，要利用便攜式超聲波流量計進行及時核校，查清流量突變的原因，弄清楚是儀表發生故障還是流量確實發生了變化。
4.4定期維護
與其他流量儀表相比，超聲波流量計的維護量是比較小的。對于外貼換能器超聲波流量計，安裝以后無水壓損失，無潛在漏水，只需定期檢查換能器是否松動，與管道之間的粘合劑是否良好即可；插入式超聲波流量計，要定期清理探頭上沉積的雜質、水垢等有無漏水現象；如果是一體式超聲波流量計，要檢查流量計與管道之間的法蘭鏈接是否良好，并考慮現場溫度和濕度對其電子部件的影響，等待。定期維護可以確保超聲波流量計的長期穩定運行。
5.超聲波流量計使用中注意事項
5.1、瞬時流量計波動大？
A、信號強度波動大；B、本身測量流體波動大；
解決方法：調整好探頭位置，提高信號強度(保持在3%以上)保證信號強度穩定，如本身流體波動大，則位置不好，重新選點，確保*D后5D的工況要求。
5.2、外夾式流量計信號低？
管徑過大，管道結垢嚴重，或選擇安裝方式不對。
解決方法：對于管徑過大、結垢嚴重，建議采用插入式探頭，或選擇“Z"型安裝方式。
5.3、插入式探頭使用一段時間后信號降低？
可能探頭發生偏移或探頭表面水垢厚。
解決方法：重新調整探頭位置，清冼探頭發射面。
5.4、開機無顯示
檢查電源屬性是否與儀表的額定值相對應，保險絲是否燒斷，如以上問題不薦在，對建議把儀器發回我司由專業技術人員檢查。
5.5、開機后儀表僅有背光，無任何字符顯示
此情況一般為程序芯片失，建議把儀器發回我司進行處理。
5.6、儀表在現場強干擾下無法使用？
供電電源波動范圍較大，周圍有變頻器或強磁場干擾，接地線不正確。
解決方法：給儀表提供穩定的供電電源，儀表安裝遠離變頻器和強磁場干擾，有良好的接地線。
6.超聲波流量計種類：
●插入式 超聲流量計 ：可不停產安裝和維護。采用陶瓷傳感器，使用我公司鉆孔裝置進行不停產安裝。一般為單聲道測量，為了提高測量準確度，可選擇三聲道。
●管段式 超聲流量計 ：需切開管路安裝，但以后的維護可不停產。可選擇單聲道或三聲道傳感器。
● 外夾式超聲流量計 ：能夠完成固定和移動測量。采用耦合劑(室溫固化的硅橡膠或高溫長鏈聚合油脂)安裝，安裝時不損壞管路。
● 便攜式超聲流量計 ：便攜使用，內置可充電鋰電池，適合移動測量，配接磁性傳感器。
● 手持式超聲流量計 ：體積小，重量輕，內置可充電鋰電池，手持使用，配接磁性傳感器。
●防爆型超聲流量計：用于爆炸性環境液體流量測量，為防爆兼本安型。即轉換器為防爆型，傳感器為本質安全型。
●流量測量系統：由多臺超聲流量計和系統主站組成。適于多條管路的集中測量。
●超聲熱量計：用于供熱系統的熱量測量。
●電池供電型超聲流量計：采用一節鋰電池供電的一體式超聲流量計。適于無市電供應的測量場合，一節電池可使用十年，具有多種測量功能。
系列明渠流量計，用于液體明渠流量測量，測量傳感器可采用超聲速度傳感器、帕氏槽、P－B槽、三角堰、矩形堰和全寬堰，并采用超聲液位測量。該系統明渠流量計測量準確、可靠。采用超聲速度傳感器時，可測量大型渠道或涵洞的液體流量。
●堰槽式明渠流量計：可使用帕氏槽、P－B槽、三角堰、矩形堰、全寬堰進行明渠流量測量，液位傳感器采用超聲傳感器。
●超聲式明渠流量計：采用超聲傳感器測量流速及液位。測量準確度高，適于大型渠道和涵洞的流量測量。根據測量準確度要求，超聲速度測量可選擇單聲道、雙聲道和三聲道。
