超聲波流量計的基本測量原理

介紹了超聲波流量計的基本測量原理． 從實際出發，概括了外夾式 ZCL － 1 型超聲波流量計在水處理應用的選型、安裝調試中的注意事項，并對其在應用中的故障處理進行淺顯的分析．

超聲波測流量沒有壓力損失，而且能測量腐蝕、不導電的液體，所以超聲波測流量能用于很多其它測量流量方法不能應用的場合，在寶鋼集團廣東韶關鋼鐵有限公司煉鋼、軋鋼水處理方面廣泛應用．

1.超聲波流量計測量原理

ZCL － 1 型超聲波流量計是一種外夾、通用、時間差型超聲波液體流量計． 它的基本原理是: 當超聲波束在液體中傳播，流體的流動將使傳播時間產生微小變化，并且其傳播時間的變化△T，正比于液L體的流速 V，其關系符合下列公式: V=2cos θ ×T Tup × Tdown，其中 L 為上游探頭到下游探頭長度;θ 為為聲音傳播與液體流動方向的夾角; Tup 為從下游探頭到上游探頭超聲脈沖的傳播時間; Tdowm為從上游探頭到下游探頭超聲脈沖的傳播時間;

由此可見，液體的流速 V 正比于時間差△T． 由于超聲波在不同溫度的液體內傳播的時間略有變化，故儀器本身具有溫度補償的功能． 由探頭發射并接收超聲波信號，通過轉換、放大、運算、補償處理后顯示測量流量值，不同管道所需的不同參數均由儀器內計算機軟件自動調整． 通過功能顯示鍵可隨時顯示介質流速，瞬時流量，累計流量，信號強度，從而監視儀表運轉情況．

2.主要特點

1) 外縛式安裝，安裝及更換時不用破管，省繁瑣工作及費用;

2) 工作自動尋找，確保測量的***佳狀態和精度，自動定位判斷，保證安裝正確、快速、簡便;

3) 模塊化設計，各功能塊可以互換，便于維修; 4) 測量范圍大，流速達 ± 15 m / s，管徑 80 ～000 mm，并保持標定精度;

5) 可測量多種不同液體．

3.安裝調試

3． 1  安裝時要注意的步驟

1) 觀察安裝現場管道是否滿足直管段前 10D后 5D 以及離泵 30D 的距離要求 ( D 為管道內直徑) ．

2) 確認管道內流體介質以及是否滿管．

3) 確認管道材質以及壁厚．

4) 前三步驟完成后可確認使用何種傳感器安裝．

5) 傳感器選擇完畢后，開始向表體輸入參數以確定安裝距離．

6) 測量出安裝距離至關重要．

3． 2 安裝方式

在安裝探頭前，首先要確定測量位置和安裝方式． 通常情況下采用 V 方式測量，當被測液體的濁度較高時，接受信號強度較弱時宜采用 Z 方式測量，使接收到的是較強的聲波直接折射信號，有利于儀表的穩定性．

1) Z 型安裝方式

“Z”型安裝一般適用于輸水管道粗或水介質不很潔凈或管道內壁有水垢而使“V”式安裝信號失真狀況． 一般說來，300 mm 以上管徑的輸水管道選用“Z”式安裝較適宜，“Z”式安裝的可測管徑范圍通常在 100 ～ 600 mm． 安裝傳感器( 探頭) 時須注意上下游兩傳感器( 探頭) 與輸水管道軸線在同一平面內，且下游傳感器( 探頭) 在低位、上游傳感器( 探頭) 在高位． 

2) V 型安裝方式

“V”型安裝是標準的安裝方法，可測管徑范圍為 25 ～ 400 mm． 安裝傳感器( 探頭) 時須注意上下游兩傳感器( 探頭) 水平對齊，使其中心連線與輸水管道軸線水平一致． 

3． 3 安裝調試

選擇安裝方式按規定技術確定好位置后，用汽油等溶劑將管外欲安裝探頭的區域清理干凈，除去一切銹跡油漆，選擇管材致密部分進行探頭安裝，在探頭的中心部分和管壁涂上足夠的耦合劑，然后把探頭緊貼在管壁上捆綁好，再接通電源，復查輸入數據正確無誤后，應可以正式投入運行． 需要指出的是信號強度系數，它是指上下游兩個方向上接收信號，對上下游傳感器( 即探頭) 的安裝位置、間距、管道接合度進行調整，將上下游兩個方向上接收的信號強度調整至***強( 信號強度越大則測量值越穩定、可信度越大，越能長時可靠運行) ，當信號強度太低時，應重新檢查探頭的安裝位置．

4.超聲波流量計使用中的常見故障與處理

1) 瞬時流量計波動大．

故障原因: 信號強度波動大; 本身測量流體波動大．

處理對策: 調整好探頭位置，增強信號強度( 保持在 3 !以上) 保證信號強度穩 定，如本身流體波動大，則位置不好，重新選點，確保前 10D 后 5D 的工況要求．

2) 讀數不準確．

故障原因: a) 傳感器裝在水平管道的頂部和底部的沉淀物，干擾超聲波信號． b) 傳感器裝在水流向下的管道上，管內未充滿流體．

處理對策: a) 將傳感器裝在管道兩側． b) 將傳感器裝在充滿流體的管段上．

3) 傳感器是好的，但流速低或沒有流速．

故障原因: a) 由于管道外的油漆、鐵銹未清除干凈． b) 管道面凹凸不平或安裝在焊接縫處． c) 管道圓度不好，內表面不光滑，有管襯式結垢． 若管材為鑄鐵管，則有可能出現此情況． d) 被測介質為純凈物或固體懸浮物過低． e) 傳感器安裝纖維玻璃的管道上． f) 傳感器安裝在套管上，則會削弱超聲波信號． g) 傳感器與管道耦合不好，耦合面有縫隙或氣泡．

處理對策: a) 重新清除管道，安裝傳感器． b) 將管道磨平或遠離焊縫處． c) 選擇鋼管等內表面光滑管道材質或襯的地方． d) 選用適合的其它類型儀表． e) 將玻璃纖維除去． f) 將傳感器移到無套管的管段部位上． g) 重新安裝耦合劑．

4) 開機無顯示

故障原因: 電源電壓與儀表額定值不對應或保險絲燒斷．

處理對策: 檢查電源電壓是否與儀表的額定值相對應，保險絲是否燒斷． 如不是以上原因則通知廠家專業人員處理．

5) 開機后儀表背光而無任何字符顯示．故障原因: 一般為芯片程序丟失．

處理對策: 通知廠家專業人員處理．

6) 儀表在現場強干擾下無法使用．

故障原因: 供電電源波動范圍較大或四周有變頻器或強磁場干擾或接地線不正確．

處理對策: 給儀表提供穩定的供電電源; 或將儀表安裝遠離變頻器和強磁場干擾; 或規范設置接地線．

5.定期維護

與其他流量儀表相比，超聲波流量計的維護量是比較小的． 對于外貼換能器超聲波流量計，安裝以后無水壓損失，無潛在漏水，只需定期檢查換能器是否松動，管道之間的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的雜質、水垢等有無漏水現象; 如果是一體式超聲波流量計，要檢查流量計與管道之間的法蘭鏈接是否良好，并考慮現場溫度和濕度對其電子部件的影響等． 定期維護可以確保超聲波流量計的長期穩定運行．

6.及時核校

對于現場安裝固定式超聲波流量計數量大、范圍廣的用戶，可以配備一臺同類型的便攜式超聲波流量計，用于核校現場儀表的情況． 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; 二是在線運行的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，查清流量突變的原因，弄清楚是儀表發生故障還是流量確實發生了變化． 定期維護可以確保超聲波流量計的長期穩定運行．

7.結 語

提高水處理水流量的計量準確性，降低生產成本，為監督生產過程的準確性提供行之有效的計量保證．