超聲波流量計如何選

  一 概述

      近幾年來(lái)，基于不同原理，適用于不同場(chǎng)合的各種形式的超聲流量計得到了廣泛應用，同時(shí)也對廣大用戶(hù)提出了如何認識超聲流量計、怎樣選擇合適的類(lèi)型、使用中應注意些什么等一系列問(wèn)題。本文綜合國內超聲流量計目前的發(fā)展情況及多年應用的實(shí)踐，對上述問(wèn)題進(jìn)行了一些探討。

      二 超聲流量計的分類(lèi)

      1 按使用原理分類(lèi)

      （1）多普勒式超聲流量計

      多普勒式超聲流量計是利用多普勒效應原理來(lái)測量流體流量的。

      如圖1所示，換能器1發(fā)射頻率為f₁的超聲波信號，經(jīng)過(guò)管道內液體中的懸浮顆�；驓馀莺�，頻率發(fā)生偏移，以f₂的頻率反射到換能器2，這就是多譜勒效應，f₂與f₁之差即為多譜勒頻差f_d。

      設流體流速為v，超聲波聲速為c，多譜勒頻移f_d正比于流體流速v，即：

所以流體流速

      當管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、f₁、θ即為常數，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過(guò)測量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。

      （2）時(shí)差式超聲流量計

      時(shí)差式超聲流量計是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時(shí)間差與流體流速成正比這一原理來(lái)測量流體流量的。

      如圖2所示，換能器1向換能器2發(fā)射超聲波信號，這是順流方向，其傳播時(shí)間為：

反之，逆流方向的傳播時(shí)間為：

時(shí)間差為：

由于c>>v，故

所以，流體流速

      同樣，c、L、q均為常數，測得時(shí)間差Δt即可求出流體流速v，進(jìn)而求得流體流量。

      2 按使用場(chǎng)合分類(lèi)

      根據超聲流量計使用場(chǎng)合不同，可以分為固定式超聲流量計和便攜式超聲流量計。
這兩類(lèi)超聲流量計的主要區別在于：

      （1）適用的場(chǎng)合不同

      固定式超聲流量計安裝在某一固定位置，對某一特定管道內流體的流量進(jìn)行長(cháng)期不間斷計量；便攜式超聲流量計具有很大的機動(dòng)性，主要用于對不同管道的流體流量作臨時(shí)性測量。

      （2）供電方式不同

      固定式超聲流量計長(cháng)期連續運行，所以要使用220v交流電源，便攜式超聲流量計既可以使用現場(chǎng)的交流電源，也備有內置充電電池，可以連續工作5~10h，大大方便了不同場(chǎng)合臨時(shí)性流量測量的需要。

      （3）功能不同

      固定式超聲流量計，通常都有4~20mA信號輸出等功能，供遠傳顯示使用，但其內部只能存儲一條管道的參數；便攜式超聲流量計只是為了現場(chǎng)查看當時(shí)流量和 短時(shí)間內的累計流量，故一般無(wú)輸出信號功能，但為了方便測量不同管道流量，它具有豐富的儲存功能，可以同時(shí)存儲數十條不同管道的參數，供隨時(shí)調出使用。

      3 按換能器供電方式分類(lèi)

      根據換能器供電方式不同，可以分為外貼式、插入式、管段式3種超聲流量計。

      （1）外貼式超聲流量計

      是生產(chǎn)最早、用戶(hù)最熟悉且應用最廣泛的超聲流量計，安裝換能器無(wú)需管道斷流，即貼即用，它充分體現了超聲流量計安裝簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn)。

      （2）管段式超聲流量計

      某些管道因材質(zhì)疏松、導聲不良，或者銹蝕嚴重、襯里和管道內有間隙等原因，導致超聲波信號衰減嚴重，用外貼式超聲流量計無(wú)法正常測量，所以產(chǎn)生了管段式超聲流量計。

      管段式超聲流量計把換能器和測量管組成一體，解決了外貼式流量計在測量中一個(gè)難題，而且測量精確度也比其他超聲流量計高，但同時(shí)也犧牲了外貼式超聲流量計的不斷流安裝這一優(yōu)點(diǎn)，要求切開(kāi)管道安裝換能器。

      （3）插入式超聲流量計

      介于上述兩者之間。在安裝上可以不斷流，利用專(zhuān)門(mén)工具在有水的管道上打孔，把換能器插入管道內，完成安裝。由于換能器在管道內，其信號的發(fā)射、接受只經(jīng)過(guò)被測介質(zhì)，而不經(jīng)過(guò)管壁和襯里，所以其測量不受管質(zhì)和管襯材料限制。

      三 超聲流量計的選型

      超聲流量計除上述各種類(lèi)型外，近年來(lái)又出現了采用數字化電路的數字式超聲流量計、把換能器和轉換器做在一起的一體式超聲流量計等。

      （1）多普勒式超聲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，既不能是潔凈水，同時(shí)雜質(zhì)含量要求相對穩定，才可以正常測量，而且不同廠(chǎng)家的儀表性能及對被測介質(zhì)要求也不一樣。選擇此類(lèi)超聲流 量計既要對被測介質(zhì)心中有數，也要對所選用的超聲流量計的性能、精確度和對被測介質(zhì)的要求有深入的了解。

      （2）便攜式超聲流量計適用于臨時(shí)性測量，主要用于核校管道上已安裝的其他流量?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)，選用便攜式超聲流量計既方便又經(jīng)濟。

      （3）時(shí)差式超聲流量計是目前生產(chǎn)最多、應用范圍最廣泛的超聲流量計。它主要用來(lái)測量潔凈的液體流量，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）的均質(zhì)流體，如污水等介質(zhì)的流量，而且精確度可達±1.5%。實(shí)際應用表明，時(shí)差式超 聲流量計對相應流體的測量效果令人滿(mǎn)意。

      （4）管道式超聲流量計精確度最高，可達到±0.5%，而且不受管道材質(zhì)、襯里的限制，適用于流量測量精確度要求高的場(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流量計，較為經(jīng)濟。

      （5）對于固定式超聲流量計，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。

      （6）目前，有廠(chǎng)家推出了內部為數字化電路的超聲流量計，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)，精確度提高（模擬電路的精確度 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)際應用中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流量計進(jìn)行比較。

      （7）對于超聲流量計的功能選擇，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流量計；如果用戶(hù)需要定期了解流體在 某一時(shí)段的流量情況，可選擇帶打印機的超聲流量計�？傊�，所選擇的超聲流量計的功能既要滿(mǎn)足用戶(hù)需要，也不必貪多求全，造成許多功能閑置不用，而增加購買(mǎi) 成本。