超聲波流量計的應用與維護

      1 前言

      近幾年來(lái)，隨著(zhù)傳感器技術(shù)及儀表技術(shù)智能化的發(fā)展，利用超聲波脈沖測量流體流量的技術(shù)發(fā)展很快，基于不同原理，適用于不同場(chǎng)合的各種型式的超聲波流量計得到了廣泛應用，同時(shí)也對廣大用戶(hù)提出如何認識超聲波流量計、怎樣選擇合適的類(lèi)型，使應用中應注意什么等一系列問(wèn)題，本文就目前國內超聲波流量計的發(fā)展情況及多年應用的實(shí)踐，對上述問(wèn)題進(jìn)行探討。

      2 原理

      目前通常采用兩種類(lèi)型的超聲波流量計，一為多普勒超聲波流量計，二為時(shí)差式超聲波流量計。多普勒型是利用相位差法測量流速，即某一已知頻率的聲波在流體中運動(dòng)，由于液體本身有一運動(dòng)速度，導致超聲波在兩接收器（或發(fā)射器）之間的頻率或相位發(fā)生相對變化，通過(guò)測量這一相對變化就可獲得液體速度；時(shí)差型是利用時(shí)間差法測量流速，即某一速度的聲波由于流體流動(dòng)而使得其在兩接收器（或發(fā)射器）之間傳播時(shí)間發(fā)生變化，通過(guò)測量這一相對變化就可獲得流體流速。廣東省韶關(guān)鋼鐵集團有限公司目前采用了時(shí)差式超聲波流量計。

      超聲波流量計由超聲波換能器、電子線(xiàn)路及流量顯示和累積系統三部分組成，超聲波發(fā)射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線(xiàn)路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算，這樣就實(shí)現了流量的檢測和顯示。

      3 超聲波流量計的選型

      面對眾多類(lèi)型的超聲波流量計，用戶(hù)要根據實(shí)際情況和測量需要合理選型。

      3.1 多譜勒式超聲波流量計

      只能用于測量含有適量能反射超聲波信號的顆�；驓馀莸牧黧w，如工廠(chǎng)排放液、未處理的污水、雜質(zhì)含量穩定的工廠(chǎng)過(guò)程液等。要注意它對被測介質(zhì)要求比較苛刻，即不能是潔凈水，同時(shí)雜質(zhì)含量要相對穩定，才可以正常測量，而且不同廠(chǎng)家的儀表性能及對被測廠(chǎng)家的要求也不一樣。選擇此類(lèi)超聲波流量計既要對被測介質(zhì)心中有數，也要對所選用的超聲波流量計的性能、精度和對被測介質(zhì)的要求有深入的了解。

      3.2 便攜式超聲波流量計

      適用于臨時(shí)性測量，主要用于校對管道上已安裝其它流量?jì)x表的運行狀態(tài)，進(jìn)行一個(gè)區域內的流體平衡測試，檢查管道的當時(shí)流量情況等，如果不作固定安裝，而用于這些用途時(shí)，選用便攜式超聲波流量計既方便又經(jīng)濟。

      3.3 時(shí)差式超聲波流量計

      目前生產(chǎn)最多、應用范圍最廣泛的是時(shí)差式超聲波流量計。它主要用來(lái)測量潔凈的流體流量，在自來(lái)水公司和工業(yè)用水領(lǐng)域，得到廣泛應用，此外它也可以測量雜質(zhì)含量不高（雜質(zhì)含量小于10g/L，粒徑小于1mm）的均勻流體，如污水等介質(zhì)的流量，而且精度可達±1.5%。實(shí)際應用表明，選用時(shí)差式超聲波流量計，對相應流體的測量都可以達到滿(mǎn)意的效果。

      3.4 管道式超聲波流量計

      精度最高，可達到±0.5%，而且不受管道材質(zhì)、襯里的限制，適用于流量測量精度要求高的場(chǎng)合，但隨著(zhù)管徑的增大，成本也會(huì )隨之增加，通常情況下，選用中小口徑的管段式超聲波流量計，較為經(jīng)濟。

      3.5 固定式超聲波流量計

      如果有足夠的安裝空間，使用插入式換能器代替外貼式換能器，徹底消除了管襯、結垢及管壁對超聲波信號衰減的影響，測量穩定性更高，也大大減小了維護工作量。而且，由于插入式換能器也可以不斷流安裝，所以其應用正在不斷推廣。

      有的廠(chǎng)家推出了內部為數字化電路的超聲波流量計，其特點(diǎn)是采用數字電路處理信號，糾錯能力增強，取樣及時(shí)，精度提高（模擬電路的精度為±1.5%，數字電路可以達到±1.0%），而且集成度提高，儀表體積大大減小，有多種信號輸出模式供選擇，在實(shí)際應用也取得了很好的效果。用戶(hù)在使用中可以和模擬電路的超聲波流量計進(jìn)行比較。

      超聲波流量計的功能選擇，用戶(hù)可以根據實(shí)際情況來(lái)確定。如果測量雙向流體，一定要選擇帶有正負計量功能的超聲波流量計；如果用戶(hù)需要定期了解流體在一定時(shí)段流量情況，可以選擇帶打印機的超聲波流量計�？傊�，所選擇的超聲波流量計的功能既要滿(mǎn)足用戶(hù)需要，也不必貪多求全，造成許多功能廢置不用，無(wú)謂增加購買(mǎi)成本。

      4 超聲波流量計的應用

      超聲波流量計在應用中，需要注意以下幾個(gè)方面。

      4.1 正確選擇

      這是超聲波流量計能夠正常工作的基礎。如果選型不當，或會(huì )造成流量無(wú)法測量，或者用戶(hù)使用不便等后果，具體選型原則，前面已做了詳細的介紹。

      4.2 合理安裝

      換能器安裝不合理是超聲波流量計不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇。確定位置時(shí)除保證足夠的上、下游直管段外，尤其要注意換能器盡量避開(kāi)有變頻調速器、電焊機等污染電源的場(chǎng)合。在安裝方式上，主要有對貼安裝方式和V方式、Z方式三種，如圖1，多譜勒式超聲波流量計采用對貼式安裝方式，時(shí)差式超聲波流量計采用V方式和Z方式，通常情況下，管徑小于300mm時(shí)，采用V方式安裝，管徑大于200mm時(shí)，采用Z方式安裝。對于既可以用V方式安裝又可以Z方式安裝的換能器，盡量選用Z方式，實(shí)踐表明，Z方式安裝的換能器超聲波信號強度高，測量的穩定性也好。

      [1] 蔡武昌，孫淮清，紀綱. 流量測量方法和儀表的選用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.