超声波流量计原理及安装方法

一、超声波流量计原理简介

超声波流量计，是一种利用速度差法的原理来对管内液体流量进行测量的装置，可分为外夹式和管段式，常与数字信号处理技术、多脉冲技术、纠错技术等结合使用以达到适应环境、增强其可靠性等目的，现已在化工、电力、石油、冶金等领域得到广泛应用。

二、超声波流量计结构

超声波流量计主要由超声波发生器、超声波接收器、电子线路、流量显示、累积系统几大部分构成。其中，超声波发生器主要用于产生超声波并将其发射到流体中;超声波接收器主要用于接受通过流体后的超声波;超声波被接收到后经电子线路的放大、转换等处理后以电信号的形式将流量传送给显示屏并将结果显示出来;累积系统完成流量的累加计算。

三、超声波流量计原理

超声波流量计通过检测流体流动对超声波产生的影响来对液体流量进行测量，其利用的是“时差法”。

首先，使用探头1发射信号，信号穿过管壁1、流体、管壁2后被另一侧的探头2接收到;在探头1发射信号的同时探头2也发出同样的信号，经过管壁2、流体、管壁1后被探头1接收到;由于流速的存在使得两时间不等，存在时间差，因此根据时间差便可求得流速，进而得到流量值。

四、超声波流量计优缺点

由于超声波流量计利用超声波对流体的流量进行测量，因此其不仅可以测量常规管道流量，还可以测量不易观察、不易接触的管道的流量;其不仅可以测量常规流体流量，还可对具有强腐蚀性、放射性、易燃、易爆等特点的流体进行流量的测量。

超声波测流体流量的范围如此之广，但其也有缺点所在。超声波流量计对所测流体的温度范围有所限制，目前我国的超声波流量计仅可用于200℃以下流体的测量;而且，超声波流量计的测量线路相当复杂，若需测量结果准确度为1%，则对声速的测量准确度需达到10-5～10-6数量级，对测量线路要求较高。

五、超声波流量安装注意事项

1、满管

为保证超声波流量计测量精度和稳定性,测量点的流体必须充满管段(否则测量值会偏大或者 不能测量)。所以应满足下列条件:两个传感器应该安装在管道轴面的水平方向上,在如图2所示范围 内安装,以防止上部有不满管、气泡或下部有沉淀等现象影响传感器正常测量。

满管有可能不满管选择流体垂直向上流动的安装点流体垂直向下流动的管道选择流体斜向上流动的 安装点流体斜向下流动的管道选择管道系统中的最低点安装管道系统的最高点,流体为自然流 管道无 压力的流体

2、稳流

稳定流动的流体有助于保证测量精度,而流动状态混乱的流体会使测量精度难以得到保证。

满足稳流条件的标准要求:

管道远离泵出口、半开阀门,上游10D,下游5D(D为外管径);

距离泵出口、半开阀门30D。

达不到稳流条件的标准要求,下列情况也可以尝试测量:

泵出口、半开阀门和安装点之间有弯头或者缓冲装置;I

泵的入口、阀门的上游;

流体的流速为中、低流速。

(低流速:流速<1m/s;中流速: 流速为1-2m/s;高流速:流速>2m/s) 下列情况很难保证稳流,超声波流量计安装时需慎重。

距离泵出口、半开阀门直管段不能保证10D,且没有弯头等缓冲装置;

距离泵出口、半开阀门直管段不能保证10D,流速较高;

垂直向下流动,斜向下流动

下游距离管道敞开出口处小于10D。

注:判断稳流如有困难，可用便携式超声波流量计进行实际测量,观察信号情况。

3、结垢

超声波流量计管内壁结垢若表减超声波信号的传输,并且会使管道内径变小。所以管内壁结垢的 管道会使流量计不能正常测量或影响测量精度。因此,要尽量避免选择管道内壁结垢的地方作为安装 点。如果无法避开结垢的安装点,可采取下列措施消除或减小管道内壁结垢的测量的影响。

更换一段测量点的管道。

用锤子用力敲击测量点的管道直到测量点的信号明显增大。

选用2法测量,并把结垢设置为衬里以取得更好的测量精度。

4、温度

超出传感器的使用温度范围很容易造成传感器的损坏或者大幅缩短传感器的寿命。因此,安装点 的流体温度必须在传感器的安装使用范围内。且尽量选择温度更低的安装点。所以,同一管线尽量避 免锅炉水出口、换热器出口的地方,尽可能安在回水管道上(条件允许下,最好测量安装点的温度)。

5、压力

插入式和管段式传感器可承受的最大压力理论值为：1.6MPa。安装时应了解或观察安装点的压 力,超过此压力进行安装,会给安装人员造成危险。即使安装成功,长期使用传感器漏水的可能性也, 会增大。

6.干扰

超声波流量计的主机、传感器以及电缆很容易受到变频器、电台、电视台、微波通讯站、手机基 站、高压线等干扰源的干扰。所以选择传感器和主机安装点时,尽量远离这些干扰源;主机机壳、传 感器、超声波电缆的屏蔽层都要接地(插入式传感器已经将接地线 做成了接线柱);不要和变频器采 用同一路电源,应采用隔离的电源,给主机供电。

六、超声波流量计的调试

1、按流量计要求输入管道参数，并记录。

2、对上下游传感器（即探头）的安装位置、间距、管道接合度进行调整，将上下游两个方向上接收的信号强度调整至最强。

七、常见故障分析

故障现象：瞬时流量计波动大。

故障原因：信号强度波动大；本身测量流体波动大。

处理对策：调整好探头位置，提高信号强度,保证信号强度稳定，如本身流体波动大，则位置不好，重新选点，确保前10D后5D的工况要求。

故障现象：外夹式流量计信号低

故障原因：管径过大或管道结垢严重或安装方式不对。

处理对策：对管径过大、结垢严重者采用插入式探头；重新选择安装方式。

故障现象：插入式探头使用一段时间后信号降低

故障原因：可能探头发生偏移或探头表面水垢厚。

处理对策：重新调整探头位置，清冼探头发射面。

故障现象：开机无显示

故障原因：电源属性与仪表额定值不对应或保险丝烧断。

处理对策：检查电源属性是否与仪表的额定值相对应，保险丝是否烧断。如以上问题无则通知厂家专业人员处理。

故障现象：开机后仪表仅有背光而无任何字符显示

故障原因：一般为程序丢失。

处理对策：通知厂家专业人员处理。

故障现象：仪表在现场强干扰下无法使用

故障原因：供电电源波动范围较大或周围有变频器或强磁场干扰或接地线不正确。

处理对策：给仪表提供稳定的供电电源；或将仪表安装远离变频器和强磁场干扰；或规范设置接地线。

超声波线用屏蔽线,电源线分开取,然后在电源输入加磁环隔离变压器。从文中的研究可以看出，超声波流量计的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力粘度、密度等参数的影响，安装可以在不断管，不停止运行的情况下进行，性价比高，已成为多行业的首选产品。

补充——不同情况下的流量计选择

1、污水、纸浆等浑浊液体介质，可选择的流量计品种是：超声波流量计及智能电磁流量计，但在选用流量计时要考虑液体中不含较多空气或气泡。

2、石油、柴油等油品介质，可选择的流量计品种是：超声波流量计。

3、砂浆、电粉浆等大浓度、固体颗粒含量大的介质，可选择的流量计品种是：电磁流量计。

4、自来水大流量的介质，可选择的流量计品种是：适用选型为智能电磁流量计、超声波流量计。其他诸如涡街流量计、孔板流量计等也可以。

5、气体介质，可选择的流量计品种是：1、超声波气体流量计。2、涡街流量计。如气体温度超过300℃,可选气压式流量计。

6、纯净水、除盐水等电导率低的介质，可选择的流量计品种是：超声波流量计非常适合测量这类流体。

7、酸、碱液等强腐蚀性介质，可选择的流量计品种是：1、抗酸碱内衬的电磁流量计。2、外夹式超声波流量计。

编辑：黄飞