超聲波流量計(jì)

　　超聲波流量計(jì)是近代發(fā)展起來(lái)的一種新型測(cè)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(jì)測(cè)量；超聲波流量計(jì)可以測(cè)量高粘度液體、非導(dǎo)電性液體或氣體的流量，其測(cè)量流速的原理是：超聲波在流體中的傳播速度會(huì)隨被測(cè)流體流速而變化。

     超聲波流量計(jì)一般不作結(jié)算計(jì)量?jī)x表使用，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量點(diǎn)損壞生產(chǎn)不能停機(jī)更換，又需要檢測(cè)參數(shù)指導(dǎo)生產(chǎn)的情況也往往用到超聲波流量計(jì)。超聲波流量計(jì)zui大優(yōu)勢(shì)是用于大口徑流量測(cè)量(管徑大于2米)，即使有些結(jié)算用計(jì)量點(diǎn)，經(jīng)過(guò)使用雙方認(rèn)可，選用精度高的超聲波流量計(jì)，可以節(jié)約成本，并減少維護(hù)量。

　　超聲波流量計(jì)的選型及應(yīng)用

　　摘要超聲波流量計(jì)是一種利用超聲波脈沖來(lái)測(cè)量流體流量的速度式流量?jī)x表，它從80年代開始進(jìn)入我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)和計(jì)量領(lǐng)域，并在90年代得到迅速發(fā)展。文章對(duì)我佃國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上出現(xiàn)了各類超聲波流量進(jìn)行了深入研究分析，結(jié)合多年的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)闡述了超聲波流量計(jì)的分類方法；從儀表性能、被測(cè)介質(zhì)經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性等方面總結(jié)了選用超聲波流量的原則，并對(duì)應(yīng)用中如何選位、安裝、維護(hù)提出具體建議，為用戶合理選擇和應(yīng)用超聲波流量計(jì)提供了一些可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)和方法。

　　關(guān)鍵詞超聲流量計(jì)；換能器；時(shí)差式；安裝方式

　　近幾年來(lái)，隨著電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，利用超聲波脈沖測(cè)量流體流量的技術(shù)發(fā)展很快，基于不同原理，適用于不同場(chǎng)合的各種型式的超聲波流量計(jì)得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)也對(duì)廣大用戶提出如何認(rèn)識(shí)超聲波流量計(jì)、怎樣選擇合適的類型，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)目前的發(fā)展情況及多年應(yīng)用的實(shí)踐，對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了些探討。

　　1 超聲波流量計(jì)的分類

　　超聲波流量計(jì)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(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的超聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)管道內(nèi)液體中的懸浮顆粒或氣泡后，頻率發(fā)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(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，通過(guò)測(cè)量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。

　　1.2時(shí)差式超聲波流量計(jì)

　　時(shí)差式超聲波流量計(jì)是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時(shí)間差與流體流速成正比這一原理來(lái)測(cè)量流體流量的。

　　2 區(qū)別

　　根據(jù)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這兩類超聲波流量計(jì)的主要區(qū)別

　　(1)適用的場(chǎng)合不同

　　固定式超聲波流量計(jì)用于安裝在某一固定位置，對(duì)某一特定管道內(nèi)流體的流量進(jìn)行長(zhǎng)期不間斷的計(jì)量；便攜式超聲波流量計(jì)具有很大的機(jī)動(dòng)性，主要用于對(duì)不同管道的流體流量作臨時(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，所以要使用220V交流電源，便攜式超聲波流量計(jì)既可以使用現(xiàn)場(chǎng)的交流電源，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)量的需要。

　　(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的參數(shù)；便攜式超聲波流量計(jì)只是為了現(xiàn)場(chǎng)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(wú)輸出信號(hào)功能，但為了方便測(cè)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。

　　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zui熟悉且應(yīng)用zui廣泛的超聲波流量計(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、使用方便的特點(diǎn)。

　　(2)管段式

　　某些管道因材質(zhì)疏、導(dǎo)聲不良，或者銹蝕嚴(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，所以產(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)在測(cè)量中的一個(gè)難題。而且測(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。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(nèi)，完成安裝。由于換能器在管道內(nèi)，其信號(hào)的發(fā)射、接受只經(jīng)過(guò)被測(cè)介質(zhì)，而不經(jīng)過(guò)管壁和襯里，所以其測(cè)量不受管質(zhì)和管襯材料限制。

　　3 超聲波流量計(jì)的選型

　　超聲波流量計(jì)除上述各種類型外，近年來(lái)又出現(xiàn)了采用數(shù)字化電路的數(shù)字式超聲波流量計(jì)，把換能器和轉(zhuǎn)換器做在一起的一體式超聲波流量計(jì)，等等。面對(duì)眾多類型的超聲波流量計(jì)，用戶要根據(jù)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)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(wěn)定的工廠過(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，而且不同廠家的儀表性能及對(duì)被測(cè)廠家的要求也不一樣。選擇此類超聲波流量計(jì)即要對(duì)被測(cè)介質(zhì)心中有數(shù)，也要對(duì)所選用的超聲波流量計(jì)的性能、精度和對(duì)被測(cè)介質(zhì)的要求有深入的了解。

　　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表的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行一個(gè)區(qū)域內(nèi)的流體平衡測(cè)試，檢查管道的當(dāng)時(shí)流量情況等。如果不作固定安裝，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廣泛的是時(shí)差式超聲波流量計(jì)。它主要用來(lái)測(cè)量潔凈的流體流量，在自來(lái)水公司和工業(yè)用水領(lǐng)域，得到廣泛應(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)的均勻流體，如污水等介質(zhì)的流量，而且精度可達(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)流體的測(cè)量都可以達(dá)到滿意的效果。

　　3.4管道式超聲波流量計(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(cè)量精度要求高的場(chǎng)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)。

　　3.5固定式超聲波流量計(jì)

　　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(jié)垢及管壁對(duì)超聲波信號(hào)衰減的影響，測(cè)量穩(wěn)定性更高，也大大減小了維護(hù)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(yīng)用正在不斷推廣。

　　有的廠家推出了內(nèi)部為數(shù)字化電路的超聲波流量計(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(模擬電路的精度為±1.5%，數(shù)字電路可以達(dá)到±1.0%)，而且集成度提高，儀表體積大大減小，有多種信號(hào)輸出模式供選擇，在實(shí)際應(yīng)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(jì)進(jìn)行比較。

　　超聲波流量計(jì)的功能選擇，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。如果測(cè)量雙向流體，一定要選擇帶有正負(fù)計(jì)量功能的超聲波流量計(jì)；如果用戶需要定期了解流體在一定時(shí)段有流量情況，可以選擇帶打印機(jī)的超聲波流量計(jì)。總之，所選擇的超聲波流量計(jì)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(gòu)買成本。

　　4 超聲波流量計(jì)的應(yīng)用

　　超聲波流量計(jì)在應(yīng)用中，需要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

　　4.1正確選擇

　　這是超聲波流量計(jì)能夠正常工作的基礎(chǔ)。如果選型不當(dāng)，或會(huì)造成流量無(wú)法測(cè)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(xì)的介紹。

　　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(gè)問(wèn)題。確定位置時(shí)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(diào)速囂、電焊機(jī)等污染電源的場(chǎng)合。在安裝方式上，主要有對(duì)貼安裝方式和V方式、Z方式三種。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。對(duì)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(shí)踐表明，Z方式安裝的換能器超聲波信號(hào)強(qiáng)度高，測(cè)量的穩(wěn)定性也好。

　　4.3及時(shí)核校

　　對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝固定式超聲波流量計(jì)數(shù)量大、范圍廣的用戶，可以配備一臺(tái)同類型的便攜式超聲波流量計(jì)，用于核校現(xiàn)場(chǎng)儀表的情況。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)在安裝調(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)在線運(yùn)行的超聲波流量計(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，查清流量突變的原因，弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實(shí)發(fā)生了變化。

　　4.4定期維護(hù)

　　與其他流量?jī)x表相比，超聲波流量計(jì)的維護(hù)量是比較小的。對(duì)于外貼換能器超聲波流量計(jì)，安裝以后無(wú)水壓損失，無(wú)潛在漏水，只需定期檢查換能器是否松動(dòng)，與管道之間的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的雜質(zhì)、水垢等有無(wú)漏水現(xiàn)象；如果是一體式超聲波流量計(jì)，要檢查流量計(jì)與管道之間的法蘭鏈接是否良好，并考慮現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度對(duì)其電子部件的影響，等待。定期維護(hù)可以確保超聲波流量計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

　5.超聲波流量計(jì)使用中注意事項(xiàng)

　　5.1、瞬時(shí)流量計(jì)波動(dòng)大？

　　A、信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)大；B、本身測(cè)量流體波動(dòng)大；

　　解決方法：調(diào)整好探頭位置，提高信號(hào)強(qiáng)度(保持在3%以上)保證信號(hào)強(qiáng)度穩(wěn)定，如本身流體波動(dòng)大，則位置不好，重新選點(diǎn)，確保*D后5D的工況要求。

　　5.2、外夾式流量計(jì)信號(hào)低？

　　管徑過(guò)大，管道結(jié)垢嚴(yán)重，或選擇安裝方式不對(duì)。

　　解決方法：對(duì)于管徑過(guò)大、結(jié)垢嚴(yán)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(shí)間后信號(hào)降低？

　　可能探頭發(fā)生偏移或探頭表面水垢厚。

　　解決方法：重新調(diào)整探頭位置，清冼探頭發(fā)射面。

　　5.4、開機(jī)無(wú)顯示

　　檢查電源屬性是否與儀表的額定值相對(duì)應(yīng)，保險(xiǎn)絲是否燒斷，如以上問(wèn)題不薦在，對(duì)建議把儀器發(fā)回我司由專業(yè)技術(shù)人員檢查。

　　5.5、開機(jī)后儀表僅有背光，無(wú)任何字符顯示

　　此情況一般為程序芯片失，建議把儀器發(fā)回我司進(jìn)行處理。

　　5.6、儀表在現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)干擾下無(wú)法使用？

　　供電電源波動(dòng)范圍較大，周圍有變頻器或強(qiáng)磁場(chǎng)干擾，接地線不正確。

　　解決方法：給儀表提供穩(wěn)定的供電電源，儀表安裝遠(yuǎn)離變頻器和強(qiáng)磁場(chǎng)干擾，有良好的接地線。

 6.超聲波流量計(jì)種類：

       ●插入式 超聲流量計(jì) ：可不停產(chǎn)安裝和維護(hù)。采用陶瓷傳感器，使用我公司鉆孔裝置進(jìn)行不停產(chǎn)安裝。一般為單聲道測(cè)量，為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，可選擇三聲道。

　　●管段式 超聲流量計(jì) ：需切開管路安裝，但以后的維護(hù)可不停產(chǎn)。可選擇單聲道或三聲道傳感器。

　　● 外夾式超聲流量計(jì) ：能夠完成固定和移動(dòng)測(cè)量。采用耦合劑(室溫固化的硅橡膠或高溫長(zhǎng)鏈聚合油脂)安裝，安裝時(shí)不損壞管路。

　　● 便攜式超聲流量計(jì) ：便攜使用，內(nèi)置可充電鋰電池，適合移動(dòng)測(cè)量，配接磁性傳感器。

　　● 手持式超聲流量計(jì) ：體積小，重量輕，內(nèi)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(jì)：用于爆炸性環(huán)境液體流量測(cè)量，為防爆兼本安型。即轉(zhuǎn)換器為防爆型，傳感器為本質(zhì)安全型。

　　●流量測(cè)量系統(tǒng)：由多臺(tái)超聲流量計(jì)和系統(tǒng)主站組成。適于多條管路的集中測(cè)量。

　　●超聲熱量計(jì)：用于供熱系統(tǒng)的熱量測(cè)量。

　　●電池供電型超聲流量計(jì)：采用一節(jié)鋰電池供電的一體式超聲流量計(jì)。適于無(wú)市電供應(yīng)的測(cè)量場(chǎng)合，一節(jié)電池可使用十年，具有多種測(cè)量功能。

　　系列明渠流量計(jì)，用于液體明渠流量測(cè)量，測(cè)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(cè)量。該系統(tǒng)明渠流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確、可靠。采用超聲速度傳感器時(shí)，可測(cè)量大型渠道或涵洞的液體流量。

　　●堰槽式明渠流量計(jì)：可使用帕氏槽、P－B槽、三角堰、矩形堰、全寬堰進(jìn)行明渠流量測(cè)量，液位傳感器采用超聲傳感器。

　　●超聲式明渠流量計(jì)：采用超聲傳感器測(cè)量流速及液位。測(cè)量準(zhǔn)確度高，適于大型渠道和涵洞的流量測(cè)量。根據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確度要求，超聲速度測(cè)量可選擇單聲道、雙聲道和三聲道。