時差法超聲波流量計安裝應注意的問題

根據時差法超聲波流量計的工作原理， 深入分析討論各種工作條件下流量計的安裝方法，結合工程實例，總結出流量計安裝中應注意的問題。

時差法超聲波流量計具有安裝使用方便、對水流無擾動、測量精度較高等優點，在輸水工程中廣泛應用。 但在工程實際應用中，由于設計或施工單位對超聲波流量計原理理解深度不夠，僅考慮流量計安裝樣本提出的前后端直管段長度要求，不深入考慮輸水過程中水力形態實際變化對流量計測流造成的影響，致使出現測量不準確甚至流量計不工作等情況。

1.超聲波流量計主要分類和基本原理

超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲波的作用以測量流量的儀表，根據測量基本原理可分為時差法、相位差法、頻率法、波速偏移法、多普勒法等等，其中國內采用的多為時差法。

當超聲波束在液體中傳播時，液體的流動將使傳播時間產生微小變化，并且其傳播時間的變化正比于液體的流速，其關系符合下列表達式：

V＝（MD/sin2θ）·（ T/T ·T ）

up down

其中：θ 為聲束與液體流動方向的夾角；M 為

聲束在液體內的直線傳播次數；D 為管道直徑； Tup 為聲束在正方向上的傳播時間；Tdown 為聲束在逆方向上的傳播時間； T=Tup–Tdown。

2.超聲波流量計安裝方式和使用條件

超聲波流量計常用安裝方式有 V 法、Z 法、N法和 W 法四種。

1）V 法：V 法是比較標準的安裝方法， 使用方便，測量準確，安裝時兩傳感器水平對齊，其中心線與管道軸線水平即可， 可測管徑范圍為DN15 mm～DN400 mm。

2）Z 法：當管道很粗或由于液體中存在懸浮物、管內壁結垢太厚或襯里太厚等原因，造成 V法安裝信號弱，機器不能正常工作時，就需要選用 Z 法安裝。 Z 法的特點是超聲波在管道中直接傳輸，沒有反射，信號衰耗小。 Z 法安裝可測管徑范圍為 100 mm 至 6 000 mm。 現場實際安裝時，建議 200 mm 以上的管道都要選用 Z 法安裝。

為解決管道內水流紊亂問題、 提高測量精度，通過再增加一組探頭，可將 Z 法改為 2Z 法、V法改為 2 V 法。

3）N 法：N 法安裝的特點是通過延長超聲波傳輸距離來提高測量精度。 使用 N 法安裝時，超聲波束在管道中反射兩次穿過流體三次，適于測量小管徑管道。

4）W 法：同 N 法安裝一樣，W 法安裝也通過延長超聲波傳輸距離的辦法來提高小管徑測量精度。 W 法安裝適于測量 50mm 以下的小管。 使用 W 法安裝時，超聲波束在管內反射三次，穿過流體四次。

3.安裝注意問題及工程失敗實例

1）安裝位置。 （1）選擇滿足至少上游直管段 10D、下游 5D 條件的位置（其中 D 為管道直徑），若需雙向計量，前后段均需滿足 10 D 要求。 現場條件允許則上下游管道盡量長一些，如果安裝位置附近有泵或閥門或其他導致流態不穩定設施或管件則需要更多的直管段。 （2）不要直接安裝在能夠產生壓降的設備下游，如調流調壓閥、擴徑、閥門、管道內插入裝置等， 原因是由于管道內液體在壓力降低時會不同程度地釋出氣體，產生氣泡，液體中氣體含量增加會降低信號的強度，同時增加了噪聲。

2）保證水流滿管狀態。 測流計測量期間要保證水流始終滿管，如果流體不滿管，就會造成超聲波信號的阻斷，無法正常安裝和測量。 另外，測流計安裝要遠離管道焊縫，避免安裝于水平管道的 6 點或 12 點位置并在安裝前除去管道表面容易剝落的油漆，鐵銹，水垢等雜物。

4.結語

上述工程出現問題后，通過認真分析查找超聲波流量計測流不準確或不工作原因，對流量計安裝位置進行調整。 到目前，流量計使用運行正常，達到了使用效果。