近幾年來(lái),隨著(zhù)電子技術(shù)、數字技術(shù)的發(fā)展,利用超聲波脈沖測量流體流量的技術(shù)發(fā)展很快,基于不同原理,適用于不同場(chǎng)合的各種型式的超聲波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波流量計、怎樣選擇合適的類(lèi)型,使用中應注意些什么問(wèn)題等一系列問(wèn)題,本文綜合國內超聲波流量計目前的發(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。

1 超聲波流量計的分類(lèi)

超聲波流量計的種類(lèi)很多,依照不同的分類(lèi)的方法,可以分為不同類(lèi)型的超聲波流量計。

1.1 多譜勒式超聲波流量計

多譜勒式超聲波流量計是以利用多譜勒效應原理來(lái)測量流體流量的。

如圖1,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,介與fd之差即為多譜勒頻差九。

1.2 時(shí)差式超聲波流量計

時(shí)差式超聲波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,換能器1向換能器2發(fā)射超聲波信號,這是順流方向。

2區別

根據超聲波流量計使用場(chǎng)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(lèi)超聲波流,計的主要區別

(l)適用的場(chǎng)合不同

固定式超聲波流量計用于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;便攜式超聲波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

固定式超聲波流量計要求長(cháng)期連續運行,所以要使用22Ov交流電源,便攜式超聲波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5一10h〔小時(shí)〕,大大方便了不同場(chǎng)合臨時(shí)性流量測量的需要。

(3)部分功能不同

固定式超聲波流量計,通常都有4一20mA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的參數;便攜式超聲波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,它具有豐富的貯存功能,可以同時(shí)存貯數十條不同管道的參數,供**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。

(l)外貼式

外貼式超聲波流量計是生產(chǎn)*早、用戶(hù)*熟悉且應用*廣泛的超聲波流量計,安裝換能器無(wú)需管道斷流,即貼即用,它充分體現了超聲波流量計安裝簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn)。

(2)管段式

某些管道因材質(zhì)疏、導聲不良,或者銹蝕嚴重,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(wú)法正常測量,所以產(chǎn)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在測量中一個(gè)難題。而且測量精度也比其它超聲波流量計要高,但同時(shí)也犧牲了外貼式超聲波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

插入式超聲波流量計介于上述二者中間。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。

3超聲波流量計的選型

超聲波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波流量計,把換能器和轉換器做在一起的一體式超聲波流量計,等等。面對眾多類(lèi)型的超聲波流量計,用戶(hù)要根據實(shí)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)超聲波流量計既要對被測介質(zhì)心中有數,也要對所選用的超聲波流量計的性能、精度和對被測介質(zhì)的要求有深人的了解。

3.2便攜式超聲波流量

適用于臨時(shí)性測量,主要用于校對管道上已安裝其它流量?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),選用便攜式超聲波流量計既方便又經(jīng)濟。

3.3時(shí)差式超聲波流量計

目前生產(chǎn)*多、應用范圍*廣泛的是時(shí)差式超聲波流量計。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,而且精度可達士1.5%。實(shí)際應用表明,選用時(shí)差式超聲波流量計,對相應流體的測量都可以達到滿(mǎn)意的效果。

3.4管道式超聲波流量計

精度*高,可達到士0.5%,而且不受管道材質(zhì)、襯里的限制,適用于流量測量精度要求高的場(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波流量計,較為經(jīng)濟。

3.5固定式超聲波流量計

如果有足夠的安裝空間,使用插人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,由于插人式換能器也可以不斷流安裝,所以其應用正在不斷推廣。

有的廠(chǎng)家推出了內部為數字化電路的超聲波流量計,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),精度提高(模擬電路的精度為士1.5%,數字電路可以達到土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波流量計進(jìn)行比較。

超聲波流量計的功能選擇,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波流量計;如果用戶(hù)需要定期了解流體在某一時(shí)段有流量情況,可選擇帶打印機的超聲波流量計?？傊?所選擇的超聲波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。

4 超聲波流量計的應用

超聲波流量計在應用中,需要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:

4.1正確選型

這是超聲波流量計能夠正常工作的基礎。如果選型不當,或會(huì )造成流量無(wú)法測量,或者用戶(hù)使用不便等后果。具體選型原則,前面已經(jīng)作了詳細的介紹。

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的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個(gè)問(wèn)題。確定位置時(shí)除保證足夠的上、下游直管段外,尤其要注意換能器盡量避開(kāi)有變頻調速器、電焊機等污染電源的場(chǎng)合。在安裝方式上,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(shí)差式超聲波流量計采用V方式或Z方式,通常情況下,管徑小于30Omm時(shí),采用V方式安裝,管徑大于Zoomm時(shí),采用Z方式安裝。對于既可以用V方式又可以用Z方式安裝的換能器,盡量選Z方式。實(shí)踐表明,Z方式安裝的換能器超聲波信號強度高,測量的穩定性也好。

4.3及時(shí)核校

對于現場(chǎng)安裝固定式超聲波流量計數量大、范圍廣的用戶(hù),可以配備一臺同類(lèi)型的便攜式超聲波流量計,用于核?，F場(chǎng)儀表的測量情況。一是堅持一裝一校,即對每一臺新裝超聲波流量計在安裝調試時(shí)進(jìn)行核校,確保選位好、安裝好、測量準;二是對在線(xiàn)運行的超聲波流量計發(fā)生流量突變時(shí),要利用便攜式超聲波流量計進(jìn)行及時(shí)核校,查清流量突變的原因,弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實(shí)發(fā)生了變化。

4.4定期維護

與其它流量?jì)x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(wú)水壓損失,無(wú)潛在漏水,只需定期檢查換能器是否松動(dòng),與管道之間的粘合劑是否良好即可;插人式超聲波流量計,要定期清理探頭上沉積的雜質(zhì)、水垢并檢查有無(wú)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連接是否良好,并考慮現場(chǎng)溫度和濕度對其電子部件的影響,等等。定期維護可以確保超聲波流量計的長(cháng)期穩定運行。

4.5故障排除

超聲波流量計常見(jiàn)的故障原因及排除故障的方法如表: