一、超聲波流量計(jì)原理簡(jiǎn)介

超聲波流量計(jì)，是一種利用速度差法的原理來(lái)對(duì)管內(nèi)液體流量進(jìn)行測(cè)量的裝置，可分為外夾式和管段式，常與數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、多脈沖技術(shù)、糾錯(cuò)技術(shù)等結(jié)合使用以達(dá)到適應(yīng)環(huán)境、增強(qiáng)其可靠性等目的，現(xiàn)已在化工、電力、石油、冶金等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

二、超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)

超聲波流量計(jì)主要由超聲波發(fā)生器、超聲波接收器、電子線路、流量顯示、累積系統(tǒng)幾大部分構(gòu)成。其中，超聲波發(fā)生器主要用于產(chǎn)生超聲波并將其發(fā)射到流體中;超聲波接收器主要用于接受通過(guò)流體后的超聲波;超聲波被接收到后經(jīng)電子線路的放大、轉(zhuǎn)換等處理后以電信號(hào)的形式將流量傳送給顯示屏并將結(jié)果顯示出來(lái);累積系統(tǒng)完成流量的累加計(jì)算。

三、超聲波流量計(jì)原理

超聲波流量計(jì)通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲波產(chǎn)生的影響來(lái)對(duì)液體流量進(jìn)行測(cè)量，其利用的是“時(shí)差法”。

首先，使用探頭1發(fā)射信號(hào)，信號(hào)穿過(guò)管壁1、流體、管壁2后被另一側(cè)的探頭2接收到;在探頭1發(fā)射信號(hào)的同時(shí)探頭2也發(fā)出同樣的信號(hào)，經(jīng)過(guò)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(shí)間不等，存在時(shí)間差，因此根據(jù)時(shí)間差便可求得流速，進(jìn)而得到流量值。

四、超聲波流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)

由于超聲波流量計(jì)利用超聲波對(duì)流體的流量進(jìn)行測(cè)量，因此其不僅可以測(cè)量常規(guī)管道流量，還可以測(cè)量不易觀察、不易接觸的管道的流量;其不僅可以測(cè)量常規(guī)流體流量，還可對(duì)具有強(qiáng)腐蝕性、放射性、易燃、易爆等特點(diǎn)的流體進(jìn)行流量的測(cè)量。

超聲波測(cè)流體流量的范圍如此之廣，但其也有缺點(diǎn)所在。超聲波流量計(jì)對(duì)所測(cè)流體的溫度范圍有所限制，目前我國(guó)的超聲波流量計(jì)僅可用于200℃以下流體的測(cè)量;而且，超聲波流量計(jì)的測(cè)量線路相當(dāng)復(fù)雜，若需測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度為1%，則對(duì)聲速的測(cè)量準(zhǔn)確度需達(dá)到10-5～10-6數(shù)量級(jí)，對(duì)測(cè)量線路要求較高。

五、超聲波流量安裝注意事項(xiàng)

1、滿管

為保證超聲波流量計(jì)測(cè)量精度和穩(wěn)定性,測(cè)量點(diǎn)的流體必須充滿管段(否則測(cè)量值會(huì)偏大或者 不能測(cè)量)。所以應(yīng)滿足下列條件:兩個(gè)傳感器應(yīng)該安裝在管道軸面的水平方向上,在如圖2所示范圍 內(nèi)安裝,以防止上部有不滿管、氣泡或下部有沉淀等現(xiàn)象影響傳感器正常測(cè)量。

滿管有可能不滿管選擇流體垂直向上流動(dòng)的安裝點(diǎn)流體垂直向下流動(dòng)的管道選擇流體斜向上流動(dòng)的 安裝點(diǎn)流體斜向下流動(dòng)的管道選擇管道系統(tǒng)中的最低點(diǎn)安裝管道系統(tǒng)的最高點(diǎn),流體為自然流 管道無(wú) 壓力的流體

2、穩(wěn)流

穩(wěn)定流動(dòng)的流體有助于保證測(cè)量精度,而流動(dòng)狀態(tài)混亂的流體會(huì)使測(cè)量精度難以得到保證。

滿足穩(wěn)流條件的標(biāo)準(zhǔn)要求:

管道遠(yuǎn)離泵出口、半開(kāi)閥門(mén),上游10D,下游5D(D為外管徑);

距離泵出口、半開(kāi)閥門(mén)30D。

達(dá)不到穩(wěn)流條件的標(biāo)準(zhǔn)要求,下列情況也可以嘗試測(cè)量:

泵出口、半開(kāi)閥門(mén)和安裝點(diǎn)之間有彎頭或者緩沖裝置;I

泵的入口、閥門(mén)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(wěn)流,超聲波流量計(jì)安裝時(shí)需慎重。

距離泵出口、半開(kāi)閥門(mén)直管段不能保證10D,且沒(méi)有彎頭等緩沖裝置;

距離泵出口、半開(kāi)閥門(mén)直管段不能保證10D,流速較高;

垂直向下流動(dòng),斜向下流動(dòng)

下游距離管道敞開(kāi)出口處小于10D。

注:判斷穩(wěn)流如有困難，可用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量,觀察信號(hào)情況。

3、結(jié)垢

超聲波流量計(jì)管內(nèi)壁結(jié)垢若表減超聲波信號(hào)的傳輸,并且會(huì)使管道內(nèi)徑變小。所以管內(nèi)壁結(jié)垢的 管道會(huì)使流量計(jì)不能正常測(cè)量或影響測(cè)量精度。因此,要盡量避免選擇管道內(nèi)壁結(jié)垢的地方作為安裝 點(diǎn)。如果無(wú)法避開(kāi)結(jié)垢的安裝點(diǎn),可采取下列措施消除或減小管道內(nèi)壁結(jié)垢的測(cè)量的影響。

更換一段測(cè)量點(diǎn)的管道。

用錘子用力敲擊測(cè)量點(diǎn)的管道直到測(cè)量點(diǎn)的信號(hào)明顯增大。

選用2法測(cè)量,并把結(jié)垢設(shè)置為襯里以取得更好的測(cè)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(diǎn) 的流體溫度必須在傳感器的安裝使用范圍內(nèi)。且盡量選擇溫度更低的安裝點(diǎn)。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(cè)量安裝點(diǎn)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(shí)應(yīng)了解或觀察安裝點(diǎn)的壓 力,超過(guò)此壓力進(jìn)行安裝,會(huì)給安裝人員造成危險(xiǎn)。即使安裝成功,長(zhǎng)期使用傳感器漏水的可能性也, 會(huì)增大。

6.干擾

超聲波流量計(jì)的主機(jī)、傳感器以及電纜很容易受到變頻器、電臺(tái)、電視臺(tái)、微波通訊站、手機(jī)基 站、高壓線等干擾源的干擾。所以選擇傳感器和主機(jī)安裝點(diǎn)時(shí),盡量遠(yuǎn)離這些干擾源;主機(jī)機(jī)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(jīng)將接地線 做成了接線柱);不要和變頻器采 用同一路電源,應(yīng)采用隔離的電源,給主機(jī)供電。

六、超聲波流量計(jì)的調(diào)試

1、按流量計(jì)要求輸入管道參數(shù)，并記錄。

2、對(duì)上下游傳感器（即探頭）的安裝位置、間距、管道接合度進(jìn)行調(diào)整，將上下游兩個(gè)方向上接收的信號(hào)強(qiáng)度調(diào)整至最強(qiáng)。

七、常見(jiàn)故障分析

故障現(xiàn)象：瞬時(shí)流量計(jì)波動(dòng)大。

故障原因：信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)大；本身測(cè)量流體波動(dòng)大。

處理對(duì)策：調(diào)整好探頭位置，提高信號(hào)強(qiáng)度,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)，確保前10D后5D的工況要求。

故障現(xiàn)象：外夾式流量計(jì)信號(hào)低

故障原因：管徑過(guò)大或管道結(jié)垢嚴(yán)重或安裝方式不對(duì)。

處理對(duì)策：對(duì)管徑過(guò)大、結(jié)垢嚴(yán)重者采用插入式探頭；重新選擇安裝方式。

故障現(xiàn)象：插入式探頭使用一段時(shí)間后信號(hào)降低

故障原因：可能探頭發(fā)生偏移或探頭表面水垢厚。

處理對(duì)策：重新調(diào)整探頭位置，清冼探頭發(fā)射面。

故障現(xiàn)象：開(kāi)機(jī)無(wú)顯示

故障原因：電源屬性與儀表額定值不對(duì)應(yīng)或保險(xiǎn)絲燒斷。

處理對(duì)策：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)題無(wú)則通知廠家專業(yè)人員處理。

故障現(xiàn)象：開(kāi)機(jī)后儀表僅有背光而無(wú)任何字符顯示

故障原因：一般為程序丟失。

處理對(duì)策：通知廠家專業(yè)人員處理。

故障現(xiàn)象：儀表在現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)干擾下無(wú)法使用

故障原因：供電電源波動(dòng)范圍較大或周圍有變頻器或強(qiáng)磁場(chǎng)干擾或接地線不正確。

處理對(duì)策：給儀表提供穩(wěn)定的供電電源；或?qū)x表安裝遠(yuǎn)離變頻器和強(qiáng)磁場(chǎng)干擾；或規(guī)范設(shè)置接地線。

超聲波線用屏蔽線,電源線分開(kāi)取,然后在電源輸入加磁環(huán)隔離變壓器。從文中的研究可以看出，超聲波流量計(jì)的流量測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、壓力粘度、密度等參數(shù)的影響，安裝可以在不斷管，不停止運(yùn)行的情況下進(jìn)行，性價(jià)比高，已成為多行業(yè)的首選產(chǎn)品。

補(bǔ)充——不同情況下的流量計(jì)選擇

1、污水、紙漿等渾濁液體介質(zhì)，可選擇的流量計(jì)品種是：超聲波流量計(jì)及智能電磁流量計(jì)，但在選用流量計(jì)時(shí)要考慮液體中不含較多空氣或氣泡。

2、石油、柴油等油品介質(zhì)，可選擇的流量計(jì)品種是：超聲波流量計(jì)。

3、砂漿、電粉漿等大濃度、固體顆粒含量大的介質(zhì)，可選擇的流量計(jì)品種是：電磁流量計(jì)。

4、自來(lái)水大流量的介質(zhì)，可選擇的流量計(jì)品種是：適用選型為智能電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)。其他諸如渦街流量計(jì)、孔板流量計(jì)等也可以。

5、氣體介質(zhì)，可選擇的流量計(jì)品種是：1、超聲波氣體流量計(jì)。2、渦街流量計(jì)。如氣體溫度超過(guò)300℃,可選氣壓式流量計(jì)。

6、純凈水、除鹽水等電導(dǎo)率低的介質(zhì)，可選擇的流量計(jì)品種是：超聲波流量計(jì)非常適合測(cè)量這類流體。

7、酸、堿液等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，可選擇的流量計(jì)品種是：1、抗酸堿內(nèi)襯的電磁流量計(jì)。2、外夾式超聲波流量計(jì)。

編輯：黃飛

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