超聲波流量計原理及安裝方法

一、超聲波流量計原理簡介

超聲波流量計，是一種利用速度差法的原理來對管內液體流量進行測量的裝置，可分為外夾式和管段式，常與數字信號處理技術、多脈沖技術、糾錯技術等結合使用以達到適應環境、增強其可靠性等目的，現已在化工、電力、石油、冶金等領域得到廣泛應用。

二、超聲波流量計結構

超聲波流量計主要由超聲波發生器、超聲波接收器、電子線路、流量顯示、累積系統幾大部分構成。其中，超聲波發生器主要用于產生超聲波并將其發射到流體中;超聲波接收器主要用于接受通過流體后的超聲波;超聲波被接收到后經電子線路的放大、轉換等處理后以電信號的形式將流量傳送給顯示屏并將結果顯示出來;累積系統完成流量的累加計算。

三、超聲波流量計原理

超聲波流量計通過檢測流體流動對超聲波產生的影響來對液體流量進行測量，其利用的是“時差法”。

首先，使用探頭1發射信號，信號穿過管壁1、流體、管壁2后被另一側的探頭2接收到;在探頭1發射信號的同時探頭2也發出同樣的信號，經過管壁2、流體、管壁1后被探頭1接收到;由于流速的存在使得兩時間不等，存在時間差，因此根據時間差便可求得流速，進而得到流量值。

四、超聲波流量計優缺點

由于超聲波流量計利用超聲波對流體的流量進行測量，因此其不僅可以測量常規管道流量，還可以測量不易觀察、不易接觸的管道的流量;其不僅可以測量常規流體流量，還可對具有強腐蝕性、放射性、易燃、易爆等特點的流體進行流量的測量。

超聲波測流體流量的范圍如此之廣，但其也有缺點所在。超聲波流量計對所測流體的溫度范圍有所限制，目前我國的超聲波流量計僅可用于200℃以下流體的測量;而且，超聲波流量計的測量線路相當復雜，若需測量結果準確度為1%，則對聲速的測量準確度需達到10-5～10-6數量級，對測量線路要求較高。

五、超聲波流量安裝注意事項

1、滿管

為保證超聲波流量計測量精度和穩定性,測量點的流體必須充滿管段(否則測量值會偏大或者不能測量)。所以應滿足下列條件:兩個傳感器應該安裝在管道軸面的水平方向上,在如圖2所示范圍內安裝,以防止上部有不滿管、氣泡或下部有沉淀等現象影響傳感器正常測量。

滿管有可能不滿管選擇流體垂直向上流動的安裝點流體垂直向下流動的管道選擇流體斜向上流動的安裝點流體斜向下流動的管道選擇管道系統中的最低點安裝管道系統的最高點,流體為自然流管道無壓力的流體

2、穩流

穩定流動的流體有助于保證測量精度,而流動狀態混亂的流體會使測量精度難以得到保證。

滿足穩流條件的標準要求:

管道遠離泵出口、半開閥門,上游10D,下游5D(D為外管徑);

距離泵出口、半開閥門30D。

達不到穩流條件的標準要求,下列情況也可以嘗試測量:

泵出口、半開閥門和安裝點之間有彎頭或者緩沖裝置;I

泵的入口、閥門的上游;

流體的流速為中、低流速。

(低流速:流速<1m/s;中流速: 流速為1-2m/s;高流速:流速>2m/s) 下列情況很難保證穩流,超聲波流量計安裝時需慎重。

距離泵出口、半開閥門直管段不能保證10D,且沒有彎頭等緩沖裝置;

距離泵出口、半開閥門直管段不能保證10D,流速較高;

垂直向下流動,斜向下流動

下游距離管道敞開出口處小于10D。

注:判斷穩流如有困難，可用便攜式超聲波流量計進行實際測量,觀察信號情況。

3、結垢

超聲波流量計管內壁結垢若表減超聲波信號的傳輸,并且會使管道內徑變小。所以管內壁結垢的管道會使流量計不能正常測量或影響測量精度。因此,要盡量避免選擇管道內壁結垢的地方作為安裝點。如果無法避開結垢的安裝點,可采取下列措施消除或減小管道內壁結垢的測量的影響。

更換一段測量點的管道。

用錘子用力敲擊測量點的管道直到測量點的信號明顯增大。

選用2法測量,并把結垢設置為襯里以取得更好的測量精度。

4、溫度

超出傳感器的使用溫度范圍很容易造成傳感器的損壞或者大幅縮短傳感器的壽命。因此,安裝點的流體溫度必須在傳感器的安裝使用范圍內。且盡量選擇溫度更低的安裝點。所以,同一管線盡量避免鍋爐水出口、換熱器出口的地方,盡可能安在回水管道上(條件允許下,最好測量安裝點的溫度)。

5、壓力

插入式和管段式傳感器可承受的最大壓力理論值為：1.6MPa。安裝時應了解或觀察安裝點的壓力,超過此壓力進行安裝,會給安裝人員造成危險。即使安裝成功,長期使用傳感器漏水的可能性也, 會增大。

6.干擾

超聲波流量計的主機、傳感器以及電纜很容易受到變頻器、電臺、電視臺、微波通訊站、手機基站、高壓線等干擾源的干擾。所以選擇傳感器和主機安裝點時,盡量遠離這些干擾源;主機機殼、傳感器、超聲波電纜的屏蔽層都要接地(插入式傳感器已經將接地線做成了接線柱);不要和變頻器采用同一路電源,應采用隔離的電源,給主機供電。

六、超聲波流量計的調試

1、按流量計要求輸入管道參數，并記錄。

2、對上下游傳感器（即探頭）的安裝位置、間距、管道接合度進行調整，將上下游兩個方向上接收的信號強度調整至最強。

七、常見故障分析

故障現象：瞬時流量計波動大。

故障原因：信號強度波動大；本身測量流體波動大。

處理對策：調整好探頭位置，提高信號強度,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，確保前10D后5D的工況要求。

故障現象：外夾式流量計信號低

故障原因：管徑過大或管道結垢嚴重或安裝方式不對。

處理對策：對管徑過大、結垢嚴重者采用插入式探頭；重新選擇安裝方式。

故障現象：插入式探頭使用一段時間后信號降低

故障原因：可能探頭發生偏移或探頭表面水垢厚。