超聲波流量計(jì)工作原理及常見問題處理
點(diǎn)擊次數(shù)：4634 更新時(shí)間：2021-10-25
根據(jù)對信號檢測的原理，超聲流量計(jì)用的最多的為傳播速度差法、多普勒法兩大類。當(dāng)超聲波束在液體中傳播時(shí)，液體的流動(dòng)將使傳播時(shí)間產(chǎn)生微小變化，并且其傳播時(shí)間的變化正比于液體的流速。
1、時(shí)差法：測量順逆?zhèn)鞑r(shí)傳播速度不同引起的時(shí)差計(jì)算被測流體速度。2、相位差法：測量順逆?zhèn)鞑r(shí)傳播時(shí)由于時(shí)差引起的相位差計(jì)算速度。
3、頻差法：測量順逆?zhèn)鞑r(shí)傳播時(shí)的聲環(huán)頻率差。
二、結(jié)構(gòu)
超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。
超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)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)電子線路放大并轉(zhuǎn)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(xiàn)了流量的檢測和顯示。
三、分類
●插入式超聲流量計(jì)：可不停產(chǎn)安裝和維護(hù)。采用陶瓷傳感器，使用專用鉆孔裝置進(jìn)行不停產(chǎn)安裝。一般為單聲道測量，為了提高測量準(zhǔn)確度，可選擇三聲道。
●管段式超聲流量計(jì)：需切開管路安裝，但以后的維護(hù)可不停產(chǎn)。可選擇單聲道或三聲道傳感器。
●外夾式超聲流量計(jì)：能夠完成固定和移動(dòng)測量。采用專用耦合劑（室溫固化的硅橡膠或高溫長鏈聚合油脂）安裝，安裝時(shí)不損壞管路。
●便攜式超聲流量計(jì)：便攜使用，內(nèi)置可充電鋰電池，適合移動(dòng)測量，配接磁性傳感器。
●手持式超聲流量計(jì)：體積小，重量輕，內(nèi)置可充電鋰電池，手持使用，配接磁性傳感器。
●防爆型超聲流量計(jì)：用于爆炸性環(huán)境液體流量測量，為防爆兼本安型。
按安裝方式不同分類：
四、安裝
安裝細(xì)解
超聲波流量計(jì)在安裝之前應(yīng)了解現(xiàn)場情況，包括：
1．安裝傳感器處距主機(jī)距離為多少；
2．管道材質(zhì)、管壁厚度及管徑；
3．管道年限；
4．流體類型、是否含有雜質(zhì)、氣泡以及是否滿管；
5．流體溫度；
6．安裝現(xiàn)場是否有干擾源（如變頻、強(qiáng)磁場等）；
7．主機(jī)安放處四季溫度；
8．使用的電源電壓是否穩(wěn)定；
9．是否需要遠(yuǎn)傳信號及種類；
根據(jù)以上提供的現(xiàn)場情況，廠家可針對現(xiàn)場情況進(jìn)行配置，必要情況下也可特制機(jī)型。
安裝位置
選擇安裝管段對測試精度影響很大，所選管段應(yīng)避開干擾和渦流這兩種對測量精度影響較大的情況，一般選擇管段應(yīng)滿足下列條件：
1、避免在水泵、大功率電臺(tái)、變頻，即有強(qiáng)磁場和震動(dòng)干擾處安裝機(jī)器；
2、選擇管材應(yīng)均勻致密，易于超聲波傳輸?shù)墓芏危?/span>
3、要有足夠長的直管段，安裝點(diǎn)上游直管段必須要大于10D
（注：D=直徑），下游要大于5D；
4、安裝點(diǎn)上游距水泵應(yīng)有30D距離；
5、流體應(yīng)充滿管道；
6、管道周圍要有足夠的空間便于現(xiàn)場人員操作，地下管道需做測試井。
安裝方式
超聲波流量計(jì)一般有兩種探頭安裝方式，即Z法和V法。
但是,當(dāng)D<200mm而現(xiàn)場情況為下列條件之一者,也可采用Z法安裝：
1、當(dāng)被測量流體濁度高，用V法測量收不到信號或信號很弱時(shí)；
2、當(dāng)管道內(nèi)壁有襯里時(shí)；
3、當(dāng)管道使用年限太長且內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重時(shí)；
對于管道條件較好者，即使D稍大于200mm，為了提高測量精度，也可采用V法安裝。
管道處理
確定探頭位置之后，在兩安裝點(diǎn)±100mm范圍內(nèi)，使用角磨砂輪機(jī)、銼、砂紙等工具將管道打磨至光亮平滑無蝕坑。
要求：光澤均勻，無起伏不平，手感光滑圓潤。需要特別注意，打磨點(diǎn)要求與原管道有同樣的弧度，切忌將安裝點(diǎn)打磨成平面，用酒精或汽油等將此范圍擦凈，以利于探頭粘接。
探頭位置
1、將管道參數(shù)輸入儀表，選擇探頭安裝方式，得出安裝距離；
2、在水平管道上，一般應(yīng)選擇管道的中部，避開頂部和底部（頂部可能含有氣泡、底部可能有沉淀）；
3、V法安裝：先確定一個(gè)點(diǎn)，按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn)。
Z法安裝：先確定一個(gè)點(diǎn)，按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn)，然后測出此點(diǎn)在管道另一側(cè)的對稱點(diǎn)。
探頭根據(jù)實(shí)際測量管道可分三種：
S型傳感器(15~100mm)
M型傳感器(50~700mm)
L型傳感器(300~6000mm)
操作步驟
一：觀察安裝現(xiàn)場管道是否滿足直管段10D后5D以及離泵30D的距離。(D為管道內(nèi)直徑)
二：確認(rèn)管道內(nèi)流體介質(zhì)以及是否滿管。
三：確認(rèn)管道材質(zhì)以及壁厚(充分考慮到管道內(nèi)壁結(jié)垢厚度)
四：確認(rèn)管道使用年限，在使用10左右的管道，即使是碳鋼材質(zhì)，最好也采用插入式安裝。
五：前四步驟完成后可確認(rèn)使用何種傳感器安裝
六：開始向表體輸入?yún)?shù)以確定安裝距離。
七：非常重要：精確測量出安裝距離。
八：安裝傳感器——調(diào)試信號——做防水——歸整好信號電纜——清理現(xiàn)場線頭等廢棄物——安裝結(jié)束。
五、缺點(diǎn)
?。?）超聲波流量計(jì)的溫度測量范圍不高，一般只能測量溫度低于200℃的流體。
（2）抗干擾能力差。易受氣泡、結(jié)垢、泵及其它聲源混入的超聲雜音干擾、影響測量精度。
?。?）直管段要求嚴(yán)格，為10D，后5D.否則離散性差，測量精度差。
?。?）安裝的不確定性，會(huì)給流量測量帶來較大誤差。
?。?）測量管道因結(jié)垢，會(huì)嚴(yán)重影響測量準(zhǔn)確度，帶來顯著的測量誤差，甚至在嚴(yán)重時(shí)儀表無流量顯示。
（6）可靠性、精度等級不高（一般為1.5～2.5級左右），重復(fù)性差。超聲波流量計(jì)是通過測量流體速度再乘以管道內(nèi)截面積來確定流量。而該流量計(jì)無法直接測量內(nèi)徑和管道圓度，只能根據(jù)外徑、壁厚按標(biāo)準(zhǔn)圓估算截面積，由此帶來的不確定性已超過1％，因此精度受到限制。
六、常見問題
1、超聲波流量計(jì)探頭使用一段時(shí)間，會(huì)出現(xiàn)不定期的報(bào)警。尤其是輸送介質(zhì)雜質(zhì)較多時(shí)，這種問題會(huì)較常見。
解決辦法：定期清理探頭(建議一年清理一次)。
2、超聲波流量計(jì)輸送介質(zhì)含有水等液體雜質(zhì)時(shí)，流量計(jì)引壓管容易產(chǎn)生積液，氣溫較低時(shí)會(huì)出現(xiàn)引壓管凍堵現(xiàn)象，尤其在北方地區(qū)冬季較常見。
解決辦法：對引壓管進(jìn)行吹掃或加電伴熱。
3、超聲波流量計(jì)對管道的要求非常嚴(yán)格不能有異響否則會(huì)影響測量誤差很大。超聲波在傳播過程中，由于受介質(zhì)和介質(zhì)中雜質(zhì)的阻礙或吸收，其強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生衰減。不論是超聲波流量計(jì)還是超聲波物位計(jì)，對所接受的聲波強(qiáng)度都有一定要求，所以都要對各種衰減進(jìn)行抑制。
4、外夾式超聲波流量計(jì)信號低?
這個(gè)取決于儀表本身的技術(shù)含量,經(jīng)過現(xiàn)場大量的測試實(shí)例證明,像管道時(shí)間長,結(jié)垢嚴(yán)重,管徑大的問題,不同品牌質(zhì)量的外夾式超聲波流量計(jì),出信號的速度及信號穩(wěn)定度均有差別。
解決方法:對于管徑大、結(jié)垢嚴(yán)重、建議選用品質(zhì)好的外夾式超聲波流量計(jì)，探頭安裝處管道要打磨干凈,用耦合劑或耦合片排除探頭與工件表面之間的空氣，使超聲波能有效地傳入管道內(nèi)，保證探測面上有足夠的聲強(qiáng)透射率.
5、測量介質(zhì)中偶爾有氣泡產(chǎn)生,用時(shí)差法的超聲波流量計(jì)是否有影響？
有影響。可選用具有雙模式外夾式超聲波流量計(jì),當(dāng)有氣泡時(shí),可以自動(dòng)轉(zhuǎn)入多普勒模式去測量,當(dāng)氣泡消失時(shí),會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入時(shí)差法測量.
6、儀表在現(xiàn)場強(qiáng)干擾下無法使用？
現(xiàn)場有變頻器或高電壓電纜場強(qiáng)電磁干擾
建議：遠(yuǎn)離變頻器或高電壓電纜場強(qiáng)電磁干擾
7、瞬時(shí)流量波動(dòng)大?
信號強(qiáng)度大,本身測量流體波動(dòng)大.
解決方法:調(diào)整好探頭位置,提高信號強(qiáng)度,保證信號強(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10D后5D的工況要求.
8、怎樣選擇一款合適的超聲波流量計(jì)？
解答：管道材質(zhì)、管壁厚度及管徑；流體類型、是否含有雜質(zhì)、氣泡以及是否滿管；流體溫度，流量計(jì)類型，是便攜的還是固定在線的。