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超聲波流量計工作原理及常見問題處理

時間：2021/10/25閱讀：6491

根據對信號檢測的原理，超聲流量計用的最多的為傳播速度差法、多普勒法兩大類。當超聲波束在液體中傳播時，液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正比于液體的流速。

　　1、時差法：測量順逆傳播時傳播速度不同引起的時差計算被測流體速度。2、相位差法：測量順逆傳播時傳播時由于時差引起的相位差計算速度。

　　3、頻差法：測量順逆傳播時傳播時的聲環頻率差。

　　二、結構

　　超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。

　　超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經電子線路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示。

　　三、分類

　　●插入式超聲流量計：可不停產安裝和維護。采用陶瓷傳感器，使用專用鉆孔裝置進行不停產安裝。一般為單聲道測量，為了提高測量準確度，可選擇三聲道。

　　●管段式超聲流量計：需切開管路安裝，但以后的維護可不停產。可選擇單聲道或三聲道傳感器。

　　●外夾式超聲流量計：能夠完成固定和移動測量。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，安裝時不損壞管路。

　　●便攜式超聲流量計：便攜使用，內置可充電鋰電池，適合移動測量，配接磁性傳感器。

　　●手持式超聲流量計：體積小，重量輕，內置可充電鋰電池，手持使用，配接磁性傳感器。

　　●防爆型超聲流量計：用于爆炸性環境液體流量測量，為防爆兼本安型。

　　按安裝方式不同分類：

　　四、安裝

　　安裝細解

　　超聲波流量計在安裝之前應了解現場情況，包括：

　　1．安裝傳感器處距主機距離為多少；

　　2．管道材質、管壁厚度及管徑；

　　3．管道年限；

　　4．流體類型、是否含有雜質、氣泡以及是否滿管；

　　5．流體溫度；

　　6．安裝現場是否有干擾源（如變頻、強磁場等）；

　　7．主機安放處四季溫度；

　　8．使用的電源電壓是否穩定；

　　9．是否需要遠傳信號及種類；

　　根據以上提供的現場情況，廠家可針對現場情況進行配置，必要情況下也可特制機型。

　　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，一般選擇管段應滿足下列條件：

　　1、避免在水泵、大功率電臺、變頻，即有強磁場和震動干擾處安裝機器；

　　2、選擇管材應均勻致密，易于超聲波傳輸的管段；

　　3、要有足夠長的直管段，安裝點上游直管段必須要大于10D

　　（注：D=直徑），下游要大于5D；

　　4、安裝點上游距水泵應有30D距離；

　　5、流體應充滿管道；

　　6、管道周圍要有足夠的空間便于現場人員操作，地下管道需做測試井。

　　安裝方式

　　超聲波流量計一般有兩種探頭安裝方式，即Z法和V法。

　　但是,當D<200mm而現場情況為下列條件之一者,也可采用Z法安裝：

　　1、當被測量流體濁度高，用V法測量收不到信號或信號很弱時；

　　2、當管道內壁有襯里時；

　　3、當管道使用年限太長且內壁結垢嚴重時；

　　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±100mm范圍內，使用角磨砂輪機、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，打磨點要求與原管道有同樣的弧度，切忌將安裝點打磨成平面，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：先確定一個點，按安裝距離在水平位置量出另一個點。

　　Z法安裝：先確定一個點，按安裝距離在水平位置量出另一個點，然后測出此點在管道另一側的對稱點。

　　探頭根據實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為管道內直徑)

　　二：確認管道內流體介質以及是否滿管。

　　三：確認管道材質以及壁厚(充分考慮到管道內壁結垢厚度)

　　四：確認管道使用年限，在使用10左右的管道，即使是碳鋼材質，最好也采用插入式安裝。

　　五：前四步驟完成后可確認使用何種傳感器安裝

　　六：開始向表體輸入參數以確定安裝距離。

　　七：非常重要：精確測量出安裝距離。

　　八：安裝傳感器——調試信號——做防水——歸整好信號電纜——清理現場線頭等廢棄物——安裝結束。

　　五、缺點

　　（1）超聲波流量計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、結垢、泵及其它聲源混入的超聲雜音干擾、影響測量精度。

　　（3）直管段要求嚴格，為10D，后5D.否則離散性差，測量精度差。

　　（4）安裝的不確定性，會給流量測量帶來較大誤差。

　　（5）測量管道因結垢，會嚴重影響測量準確度，帶來顯著的測量誤差，甚至在嚴重時儀表無流量顯示。

　　（6）可靠性、精度等級不高（一般為1.5～2.5級左右），重復性差。超聲波流量計是通過測量流體速度再乘以管道內截面積來確定流量。而該流量計無法直接測量內徑和管道圓度，只能根據外徑、壁厚按標準圓估算截面積，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、超聲波流量計探頭使用一段時間，會出現不定期的報警。尤其是輸送介質雜質較多時，這種問題會較常見。

　　解決辦法：定期清理探頭(建議一年清理一次)。

　　2、超聲波流量計輸送介質含有水等液體雜質時，流量計引壓管容易產生積液，氣溫較低時會出現引壓管凍堵現象，尤其在北方地區冬季較常見。

　　解決辦法：對引壓管進行吹掃或加電伴熱。

　　3、超聲波流量計對管道的要求非常嚴格不能有異響否則會影響測量誤差很大。超聲波在傳播過程中，由于受介質和介質中雜質的阻礙或吸收，其強度會產生衰減。不論是超聲波流量計還是超聲波物位計，對所接受的聲波強度都有一定要求，所以都要對各種衰減進行抑制。

　　4、外夾式超聲波流量計信號低?

　　這個取決于儀表本身的技術含量,經過現場大量的測試實例證明,像管道時間長,結垢嚴重,管徑大的問題,不同品牌質量的外夾式超聲波流量計,出信號的速度及信號穩定度均有差別。

　　解決方法:對于管徑大、結垢嚴重、建議選用品質好的外夾式超聲波流量計，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，保證探測面上有足夠的聲強透射率.

　　5、測量介質中偶爾有氣泡產生,用時差法的超聲波流量計是否有影響？

　　有影響。可選用具有雙模式外夾式超聲波流量計,當有氣泡時,可以自動轉入多普勒模式去測量,當氣泡消失時,會自動轉入時差法測量.

　　6、儀表在現場強干擾下無法使用？

　　現場有變頻器或高電壓電纜場強電磁干擾

　　建議：遠離變頻器或高電壓電纜場強電磁干擾

　　7、瞬時流量波動大?

　　信號強度大,本身測量流體波動大.

　　解決方法:調整好探頭位置,提高信號強度,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10D后5D的工況要求.

　　8、怎樣選擇一款合適的超聲波流量計？

　　解答：管道材質、管壁厚度及管徑；流體類型、是否含有雜質、氣泡以及是否滿管；流體溫度，流量計類型，是便攜的還是固定在線的。

超聲波流量計工作原理及常見問題處理

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