1 測量原理

超聲波測量封閉管道流量的方法根據檢測原理可分為多種，主要有時差法、多普勒法和聲束偏移法。多普勒法主要用于測量氣液兩相流體或氣固兩相流體，而聲束偏移法利用超聲波在流體中傳播時因流體流動而產生的偏移程度來反映流速或流量值^[1]。
便攜式超聲波流量計采用的是時差法進行測量，聲波在流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會增大，逆流方向則減小，同一傳播距離就有不同的傳播時間，利用傳播時間之差與被測流體流速之間的關系可求取流體流速，計算出流體流量。其測量原理如圖1所示。
便攜式超聲波流量計是將換能器用夾裝件固定在測量管道的外壁上，無需管道斷流，安裝簡單、使用方便。測量時，晶體發出的聲波通過聲楔、耦合劑、管道壁、襯里等物件傳到被測流體。

在測量時需確定被測管道外徑、管道厚度及襯里厚度以計算管道流通截面積，確定管道材質、襯里材質、流體名稱和流體黏度以計算超聲波的傳播速度，還需確定換能器的安裝方式以計算超聲波的傳播長度。

當以上這些數據輸入到流量計的主機后，主機可以精確地計算出換能器的安裝距離。

2 安裝方法

換能器常見的3種安裝方式為Z法、V法、W法，如圖2所示。

通常情況下，管徑小于300mm時，采用V法安裝，管徑大于200mm或接收到的信號較弱時，宜采用Z法安裝。對于既可以用V法安裝又可以用Z法安裝的換能器，盡量選用Z法。實踐表明，Z法安裝的換能器超聲波信號強度高，測量的穩定性也好。當管道直徑非常小，在DN80以下時，可采用W法，但此種測量方法超聲波經多次反射，接收到的信號非常弱，而且對安裝的要求也很高，建議盡量不要采用此方法。
安裝換能器時，管道外表面應去除保溫層、去漆，銹跡應砂平，涂勻耦合劑，不能有空隙，否則聲波會在固、氣界面上發生折射，無法傳到被測流體。

換能器前后要有足夠長的直管段，以確保流體所需的流速分布，一般情況下要求前直管段10D以上，后直管段5D以上，而且上游30D內不能裝泵、閥等擾動設備。換能器安裝在傾斜和水平管道上時，不要裝在上部或底部，以免管道內的氣體或雜質進入測量聲道。換能器的安裝要使超聲波傳播途徑通過管道中心^[2]。

3 測量精度

將便攜式超聲波流量計安裝在水流量標定裝置不同管徑的管道上，對其進行實流測試，由測試數據可以看出，便攜式超聲波流量計的測量精度可達1.5級。當在現場安裝使用時，因受現場條件、介質狀態、管道數據及安裝的影響，測量精度略有降低，但測量誤差不應超過其實際流量的士5%，因此，使用便攜式超聲波流量計對在線流量計進行在線比對是*可行的。

4 在線測量中易出現的問題及對策

如果便攜式超聲波流量計安裝啟動后，出現輸出時有時無，且誤差大的現象，有以下幾種可能。

（1）換能器的安裝距離不對。此時需檢查換能器的安裝距離與主機計算出的數據是否一致，輕微調整換能器的安裝位置與距離，提高信號強度。
（2）儀表設定的管徑、襯里、流體等參數有誤。此時需要對參數重新進行核實。
（3）換能器的安裝位置不對。換能器安裝時應避開管道的焊縫及連接處，也不能裝在傾斜或水平管道的上部或底部，上部有可能流體不滿管，底部則有可能有雜質或泥沙。
（4）流體中氣泡太多。此種情況下排除氣體即可得到穩定的信號。
（5）管道內部有結垢，凹凸不平。此時可以用手錘擊打測量點的管壁，如果接收到的信號強度不斷上升，則說明是管道內壁結垢太厚引起的，可繼續擊打測量點，使接收的信號達到要求為止。
（6）附近有泵或有無線電波干擾。換能器的安裝需避開這些位置。

5 結論

綜上所述可以看出，便攜式超聲波流量計在實際應用中具有不可替代的優勢：可實現不斷流測量，設備體積小，便于攜帶，安裝方便；外卡式探頭，不干擾流場，無壓力損失；儀表無可動及易損部件，穩定性好；適用范圍廣，可用于各種類型流量計的在線比對；適應性強，可用于不同管徑的比對；標準表價格基本與所測管徑無關，性價比高。

但便攜式超聲波流量計受其自身測量方式的限制，測量精度受到很多外界因素的影響，在實際應用中也存在著一些不足之處。

（1）要求用戶確定管道條件，包括管道材質、確切的管道外徑、壁厚、襯里材質和厚度等，當管道條件不確定時，會降低測量準確度。
（2）對管道內壁要求較高，不能有腐蝕、結垢、結晶等現象，銹蝕會改變超聲波傳播路徑，襯里與內管壁剝離的管道有氣體會嚴重衰減超聲波信號，襯里或結垢太厚的管道也會帶來較大的流量誤差。
（3）人為因素對測量的影響較大，對操作人員要求很高。
（4）便攜式超聲波流量計的精度相對低一些，不能用作流量計標定，只可提供在線流量計的參考數據。
（5）主要用來測量潔凈的流體和雜質含量不高（雜質含量小于10g/L，粒徑小于1mm）的均勻流體，而不能用來測量氣體流量，因為管道和被測氣體的密度相差太大，聲波在管道壁中的傳播速度遠大于氣體中的傳播速度，聲波經過管壁折射后已無法滿足測量要求。

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