超聲波流量計的選型指南及應用指導

近幾年來，電子技術、數字技術發展，利用超聲波脈沖測量流體流量技術發展很快，基于不同原理，適用于不同場合各種型式超聲波流量計到了廣泛應用，同時也對廣大用戶提出如何認識超聲波流量計、怎樣選擇合適類型，使用中應注意些什么問題等一系列問題，本文綜合國內超聲波流量計目前發展情況及多年應用實踐，對上述問題進行了些探討。
　　
　　1超聲波流量計分類
　　
　　超聲波流量計各類很多，不同分類方法，可以分為不同類型超聲波流量計。
　　
　　1.1多譜勒式超聲波流量計
　　
　　換能器1發射頻率為f1超聲波信號，管道內液體中懸浮顆粒或氣泡后，頻率發生偏移，以f2頻率反射到換能器2，這就是多譜勒將就，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。
　　
　　設流體流速為v，超聲波聲速為c，多譜勒頻移fd正比于流體流速v，即流體流速
　　
　　當管道條件、換能器安裝位置、發射頻率、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，測量頻移就可到流體流速，進而求流體流量。
　　
　　1.2時差式超聲波流量計
　　
　　時差式超聲波流量計是利用聲波流體中順流傳播和逆流傳播時間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流量。換能器1向換能器2發射超聲波信號，這是順流方向，其傳播時間為反之，逆流方向傳播時間為：時間差為：c>>v，故，流體流速同樣，c、L、θ均為常數，測時間差△t即可求出流體流速v進而求流體流量。
　　
　　2超聲波流量計區別
　　
　　超聲波流量計使用場合不同，可以分為固定式超聲波流量計和便攜式超聲波流量計。
　　
　　2.1這兩類超聲波流量計主要區別
　　
　?。?）適用場合不同
　　
　　固定式超聲波流量計用于安裝某一固定位置，對某一特定管道內流體流量進行長期不間斷計量；便攜式超聲波流量計具有很大機動性，主要用于對不同管道流體流量作臨時性測量。
　　
　?。?）供電方式不同
　　
　　固定式超聲波流量計要求長期連續運行，要使用220V交流電源，便攜式超聲波流量計既可以使用現場交流電源，也備有內置充電電池，可以連續工作5～10h［小時］，大大方便了不同場合臨時性流量測量需要。
　　
　　（3）部分功能不同
　　
　　因定式超聲波流量計，通常都有4-20mA信號輸出等功能，供遠傳顯示使用，但其內部只能存貯一條管道參數；便攜式超聲波流量計現場查看當時流量和短時間內累計流量，故一般無輸出信號功能，但方便測量不同管道流量，它具有豐富貯存功能，可以同時存貯數十條不同管道參數，供隨時調出使用。
　　
　　2.2換能器供電方式不同
　　
　　可以分為外貼式、插入式、管段式三種超聲波流量計。
　　
　　（1）外貼式
　　
　　外貼式超聲波流量計是生產zui早，用戶zui熟悉且應用zui廣泛超聲波流量計，安裝換能器無需管道斷流，即貼即用，它充分體現了超聲波流量計安裝簡單、使用方便特點。
　　
　?。?）管段式
　　
　　某些管道因材質疏、導聲不良，銹蝕嚴重，襯里和管道內空間有間隙等原因，導致超聲波信號衰減嚴重，用外貼式超聲波流量計無法正常測量，產生了管段式超聲波流量計。
　　
　　管段式超聲波流量計把換能器和測量管組成一體，解決了外貼式流量計測量中一個難題。測量精度也比其它超聲波流量計要高，但同時也犧牲了外貼式超聲波流量計不斷流安裝這一優點，要求切開管道安裝換能器。
　　
　?。?）插入式
　　
　　插入式超聲波流量計介于上述二者中間。安裝上可以不斷流，利用專門工具有水管道上打孔，把換能器插入管道內，完成安裝。換能器管道內，其信號發射、接受只被測介質，而不管壁和襯里，其測量不受管質和管襯材料限制。
　　
　　3超聲波流量計選型
　　
　　超聲波流量計除上述各種類型外，近年來又出現了采用數字化電路數字式超聲波流量計，把換能器和轉換器做一起一體式超聲波流量計，等等。面對眾多類型超聲波流量計，用戶要實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顆粒或氣泡流體，如工廠排放液、未處理污水、雜志含量穩定工廠過程液等。要注意它對被測介質要求比較苛刻，即不能是潔凈水，同時雜技含量要相對穩定，才可以正常測量，不同廠家儀表性能及對被測廠家要求一樣。選擇此類超聲波流量計即要對被測介質心中有數，也要對所選用超聲波流量計性能、精度和對被測介質要求有深入了解。
　　
　　3.2便攜式超聲波流量計
　　
　　適用于臨時性測量，主要用于校對管道上已安裝其它流量儀表運行狀態，進行一個區域內流體平衡測試，檢查管道當時流量情況等。不作固定安裝，而用于這些用途時，選用便攜式超聲波流量計既方便又經濟。
　　
　　3.3時差式超聲波流量計
　　
　　目前生產zui多、應用范圍zui廣泛是時差式超聲波流量計。它主要用來測量潔凈流體流量，自來水公司和工業用水領域，到廣泛應用。此外它也可以測量雜技含量不高（雜質含量小于10g/L，粒徑小于1mm）均勻流體，如污水等介質流量，精度可達±1.5%。實際應用表明，選用時差式超聲波流量計，對相應流體測量都可以達到滿意效果。
　　
　　3.4管道式超聲波流量計
　　
　　精度zui高，可達到±0.5%，不受管道材質、襯里限制，適用于流量測量精度要求高場合。但管徑增大，成本也會隨增加，通常情況下，選用中小口徑管段式超聲波流量計，較為經濟。
　　
　　3.5固定式超聲波流量計
　　
　　有足夠安裝空間，使用插入式換能器代替外貼式換能器，*消管襯、結垢及管壁對超聲波信號衰減影響，測量穩定性更高，也大大減小了維護工作量。，插入式換能器也可以不斷流安裝，其應用正不斷推廣。
　　
　　有廠家推出了內部為數字化電路超聲波流量計，其特點是采用數字電路處理信號，糾錯能力增強，取樣及時，精度提高（模擬電路精度為±1.5%，數字電路可以達到±1.0%），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，實際應用也取了很好效果。用戶使用中可以和模擬電路超聲波流量計進行比較。
　　
　　超聲波流量計功能選擇，用戶可以實際情況來確定。測量雙向流體，一定要選擇帶有正負計量功能超聲波流量計；用戶需要定期了解流體一定時段有流量情況，可以選擇帶打印機超聲波流量計?？傊?，所選擇超聲波流量計功能既要滿足用戶需要，必貪多求全，造成許多功能閉置不用，而增加購買成本。
　　
　　4超聲波流量計應用
　　
　　超聲波流量計應用中，需要注意以下幾個方面問題：
　　
　　4.1正確選擇
　　
　　這是超聲波流量計能夠正常工作基礎。選型不當，或會造成流量無法測量，用戶使用不做便等后果。具體選型原則，前面已做了詳細介紹。
　　
　　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主要原因。安裝換能器需要考慮位置確定和方式選擇兩個問題。確定位置時除保證足夠上、下游直管段外，尤其要注意換能器盡量避開有變頻調速囂、電焊機等污染電源場合。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3。多譜勒式超聲波流量計采用對貼式安裝方式，時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，采用V方式安裝，管徑大于200mm時，采用Z方式安裝。即可以用V方式安裝又可以方式安裝換能器，盡量選用Z方式。實踐表明，Z方式安裝換能器超聲波信號強度高，測量穩定性也好。
　　
　　4.3及時核校
　　
　　現場安裝固定式超聲波流量計數量大、范圍廣用戶，可以配備一臺同類型便攜式超聲波流量計，用于核校現場儀表情況。一是堅持一裝一校，即對每一臺新裝超聲波流量計安裝調試時進行核校，確保選位好、安裝好、測量準；二是對線運行超聲波流量計發生流量突變時，要利用便攜式超聲波流量計進行及時核校，查清流量突變原因，弄清楚是儀表發生故障流量確實發生了變化。
　　
　　4.4定期維護
　　
　　他流量儀表相比，超聲波流量計維護量是比較小。外貼換能器超聲波流量計，安裝以后無水壓損失，無潛漏水，只需定期檢查換能器是否松動，與管道之間粘合劑是否良好即可；插入式超聲波流量計，要定期清理探頭上沉積雜質、水垢等有無漏水現象；是一體式超聲波流量計，要檢查流量計與管道之間法蘭鏈接是否良好，并考慮現場溫度和濕度對其電子部件影響，等待。定期維護可以確保超聲波流量計長期穩定運行。