本文主要介紹超聲波流量計(jì)的工作原理、使用特點(diǎn)、探頭安裝管段的選擇、使用和維護(hù)。

目前流量測(cè)量己有很大發(fā)展，新型流量?jī)x表也不斷出現(xiàn)，沒(méi) 有一種流量?jī)x表能適用于所有工業(yè)介質(zhì)的流量測(cè)量，它們?cè)谛阅?上有其特點(diǎn)和相應(yīng)的適用范圍。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)合的各種形式的超 聲波流量計(jì)己相繼出現(xiàn)。外夾、時(shí)差式超聲波液體流量計(jì)，適用 于工業(yè)環(huán)境下連續(xù)測(cè)量不含大濃度懸浮粒子或氣體的絕大多數(shù)清 潔均勻液體的流量和熱量，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利 和污水處理等行業(yè)。

1.超聲波流量計(jì)的工作原理和特點(diǎn)

1.1超聲波流量計(jì)的工作原理

超聲脈沖在流體中傳播的速度與流體速度有對(duì)應(yīng)的關(guān)系，即 順流時(shí)的超聲脈沖傳播速度比逆流時(shí)傳播的速度要快，這兩種超 聲脈沖傳播的時(shí)間差越大，則流量也越大，據(jù)此，實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。 在實(shí)際工作過(guò)程中，處在上下游的傳感器將同時(shí)發(fā)射超聲波脈沖， 如圖1所示，顯然一個(gè)是逆流傳播，一個(gè)是順流傳播。流體的作 用將使兩束脈沖以不同的傳播時(shí)間到達(dá)接收換能器。由于兩束脈 沖傳播的實(shí)際路程相同，傳輸時(shí)間的不同直接反映了流體流速的大小。

時(shí)差法測(cè)量技術(shù)：兩個(gè)傳感器既作為超聲信號(hào)發(fā)射器和接收 器。當(dāng)傳感器安裝在管線上他們相互之間進(jìn)行聲信號(hào)通訊，工作 時(shí)，每一個(gè)傳感器作為發(fā)射器，發(fā)射一定量的聲脈沖，然后作為 接收器接收相同數(shù)量的信號(hào)，順流與逆流方向上聲信號(hào)發(fā)射與接 收的時(shí)間間隔被測(cè)量，當(dāng)管內(nèi)流體靜止時(shí)，順流與逆流方向的聲 傳播時(shí)間相等，當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，順流方向的信號(hào)傳播時(shí)間短于逆 流方向。順流與逆流方向傳播的時(shí)間差與流速成正比。

1.2超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)

超聲波流量計(jì)是一種非接觸式儀表，流體中未設(shè)置任何阻礙 件，屬無(wú)阻礙流量計(jì)，對(duì)流束無(wú)影響，也沒(méi)有壓力損失，它既可 用于任何流體，特別是具有高黏度、強(qiáng)腐蝕，非導(dǎo)電性等性能的 液體的流量測(cè)量，也能測(cè)量氣體流量。特別在大口徑流量測(cè)量方 面有較突出的優(yōu)點(diǎn)，它是發(fā)展迅速的一類流量計(jì)之一。

現(xiàn)今所存在的缺點(diǎn)主要是可測(cè)流體的溫度范圍受超聲波傳感 器器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測(cè)流 體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。另外，超聲波流量計(jì)的測(cè)量線路比 一般流量計(jì)復(fù)雜。

2.超聲波流量計(jì)的安裝

2.1超聲波流量計(jì)安裝管段的選擇

選擇安裝管段對(duì)于順利地通過(guò)安裝程序，獲得最高的測(cè)量精 度是至關(guān)重要的。所選管段應(yīng)避開(kāi)干擾和渦流這兩種對(duì)測(cè)量精度 影響較大的情況，一般選擇管段應(yīng)滿足下列條件：避免在水泵、 大功率電臺(tái)、變頻，即有強(qiáng)磁場(chǎng)和震動(dòng)干擾的地方；上下游直管 段內(nèi)徑與流量計(jì)內(nèi)徑之差小于流量計(jì)內(nèi)徑的1 %，其絕對(duì)值應(yīng)小于 5 mm。緊鄰流量計(jì)的上、下游須安裝一定長(zhǎng)度的直管段，上游要 大于10D(注：D=直徑)，下游要大于5D;安裝傳感器的位置能夠 保證管道始終滿管，如果流體不滿管，就會(huì)造成超聲波信號(hào)的阻 斷，無(wú)法正常安裝和測(cè)量。不要直接安裝在能夠產(chǎn)生壓降的設(shè)備 下游，如擴(kuò)徑、閥門、插入裝置等，由于管道內(nèi)的液體當(dāng)壓力降 低時(shí)會(huì)不同程度地釋出氣體，產(chǎn)生氣泡，液體中氣體含量增加會(huì) 降低信號(hào)的強(qiáng)度，同時(shí)增加了噪聲。選擇管材應(yīng)均勻致密，易于 超聲波傳輸?shù)墓芏危绯ス艿辣砻嫒菀讋兟涞挠推幔F銹， 水垢等雜物，保證和換能器接觸的管道面平整不會(huì)存在氣泡。如 果管道的涂漆是非常質(zhì)密的，無(wú)需完全清除掉，只需要表面光滑 平整。確認(rèn)所選位置管道的口徑和儀表編程一致。管道外徑必須 精確地實(shí)際測(cè)量。傳感器安裝在垂直管道時(shí)，首選的方向是自下 而上，只有在現(xiàn)場(chǎng)條件不具備時(shí)，才考慮自上而下，但是這時(shí)必 須保證管道內(nèi)的背壓，確保管道內(nèi)液體處于滿管狀態(tài)。

2.2傳感器的安裝方式

探頭安裝方式常用的基本兩種，這兩種方式分別稱為V法和 Z法。一般地在小管徑時(shí)(DN100?300 mm)可先選用V法，如圖2 所示；V法一般情況下是標(biāo)準(zhǔn)的安裝方法，使用方便，測(cè)量準(zhǔn)確。 可測(cè)管徑范圍為25 mm至大約400 mm;安裝探頭時(shí)，注意兩探 頭水平對(duì)齊，其中心線與管道軸線水平一線。

當(dāng)管道很粗或由于液體中存在懸浮物、管內(nèi)壁結(jié)垢太厚或襯 里太厚，造成V法安裝信號(hào)弱，機(jī)器不能正常工作時(shí)，選用Z法 安裝。V法測(cè)不到信號(hào)或信號(hào)質(zhì)量差時(shí)則選用Z法,管徑在DN300 mm以上或測(cè)量鑄鐵管時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用Z法。

Z法可測(cè)管徑范圍為100 mm至大約3000 mm。實(shí)際安裝流 量計(jì)時(shí)，建議300 mm以上的管道都要選用Z法，如圖3所示。

3.超聲波流量計(jì)的維護(hù)及故障處理

超聲波流量計(jì)的維護(hù)量非常低，常規(guī)維護(hù)為6?12月一次：檢 查探頭端面是否有油或灰塵附著物，具體時(shí)間間隔根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況定。

3.1超聲波流量計(jì)維護(hù)

3.1.1零流量的檢查

當(dāng)管道液體靜止，而且周圍無(wú)強(qiáng)磁場(chǎng)干擾、無(wú)強(qiáng)烈振動(dòng)的情 況下，表頭顯示為零，此時(shí)自動(dòng)設(shè)置零點(diǎn)，消除零點(diǎn)飄移，運(yùn)行 時(shí)須做小信號(hào)切除，通常流量小于滿程流量的5%,自動(dòng)切除。 同時(shí)零點(diǎn)也可通過(guò)菜單進(jìn)行調(diào)整。

3.1.2儀表面板鍵盤操作

啟動(dòng)儀表運(yùn)行前，首先要對(duì)參數(shù)進(jìn)行有效設(shè)置，例如，使用 單位制、安裝方式、管道直徑、管道壁厚、管道材料、管道粗糙 度、流體類型、兩探頭間距、流速單位、最小速度、最大速度等。 只有所有參數(shù)輸入正確，儀表方可正確顯示實(shí)際流量值。

3.1.3流量計(jì)的定期校驗(yàn)

為了保證流量計(jì)的準(zhǔn)確度，需進(jìn)行定期的校驗(yàn)，通常采用更 高精度的便攜式流量計(jì)進(jìn)行直接對(duì)比，利用所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算： 誤差=(測(cè)量值-標(biāo)準(zhǔn)值)/標(biāo)準(zhǔn)值，利用計(jì)算的相對(duì)誤差，修正系數(shù)， 使得測(cè)量誤差滿足±2%的誤差，即可滿足計(jì)量要求。

3.1.4定期維護(hù)

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)，與管道之間的黏合劑是否良好即可；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)與管道之間的法蘭連接是否良好，并考慮現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度 對(duì)其電子部件的影響，等等。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。

3.2超聲波流量計(jì)常見(jiàn)故障與處理：

3.2.1故障現(xiàn)象：無(wú)信號(hào) 故障原因及解決方法：

(1)換能器與主機(jī)之間連線斷開(kāi)了。解決方法：重新連接；（2) 出現(xiàn)了電源污染。解決方法：凈化電源；（3)換能器位置發(fā)生了移 動(dòng)。解決方法：重新調(diào)整換能器位置。

3.2.2故障現(xiàn)象：瞬時(shí)流量穩(wěn)定，但比實(shí)際值偏大 故障原因及解決方法：

換能器聲楔出現(xiàn)故障。解決方法：更換換能器。

3.2.3故障現(xiàn)象：瞬時(shí)流量波動(dòng)大

故障原因及解決方法：（1)流體受到干擾，流態(tài)不穩(wěn)。解決方 法：更換換能器位置；（2)主機(jī)阻尼系數(shù)設(shè)置太小。解決方法：增 大阻尼系數(shù)。

3.2.4故障現(xiàn)象：瞬時(shí)與累計(jì)流量不一致 故障原因及解決方法：

主機(jī)出現(xiàn)了故障。解決方法：更換主機(jī)。

4.結(jié)束語(yǔ)

超聲波流量計(jì)作為一種以微電技術(shù)為基礎(chǔ)的高精度測(cè)量設(shè) 備，雖然其本身具有一定的抗外界電磁和電子干擾的能力，但是 安裝現(xiàn)場(chǎng)往往復(fù)雜多變，如果不對(duì)使用環(huán)境中的“電氣噪聲”提 出要求，那么在設(shè)計(jì)和安裝時(shí)就有可能由于疏忽將其置于電磁場(chǎng) 合電子干擾環(huán)境之中，比如變壓器或固定的無(wú)線通訊場(chǎng)所附近， 儀表測(cè)量的準(zhǔn)確性及工作的可靠性就因此可能受到影響。超聲波 流量計(jì)均可管外安裝、非接觸測(cè)流，儀表造價(jià)基本上與被測(cè)管道 口徑大小無(wú)關(guān)，是較好的大管徑流量測(cè)量?jī)x表。并且超聲波流量 計(jì)不用在流體中安裝測(cè)量元件，故不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，不 產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行。