超聲波流量計(jì)原理及應(yīng)用

超聲波流量計(jì)原理及應(yīng)用吐爾遜古麗(獨(dú)山子石化公司煉油廠儀表車間新疆獨(dú)山子833600)摘要：超聲波流量計(jì)廣泛應(yīng)用于我廠各生產(chǎn)裝置，其檢測(cè)的介質(zhì)有水、烴類、堿液等。我廠采用的超聲波流量計(jì)有國(guó)產(chǎn)、國(guó)外的多種型號(hào)和規(guī)格。和傳統(tǒng)的機(jī)械式流量?jī)x表、電磁式流量?jī)x表相比它的計(jì)量精度高、對(duì)管徑的適應(yīng)性強(qiáng)、非接觸流體、使用方便、易于數(shù)字化管理等等。文章討論了利用超聲波流量計(jì)測(cè)量液體流量的有關(guān)問題，重點(diǎn)闡明了超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理、分類，安裝、使用。超聲波流量計(jì)原理：超聲波流量計(jì)廣泛應(yīng)用于我廠各生產(chǎn)裝置，其檢測(cè)的介質(zhì)有水、烴類、堿液等。我廠采用的超聲波流量計(jì)有國(guó)產(chǎn)、國(guó)外的多種型號(hào)和規(guī)格。超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。它與水位計(jì)聯(lián)動(dòng)可進(jìn)行敞開水流的流量測(cè)量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測(cè)量元件故不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行因而是一種理想的節(jié)能型流量計(jì)。超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測(cè)流體中，接收器接收到的超聲波信號(hào)，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測(cè)和顯示。另外，超聲測(cè)量?jī)x表的流量測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測(cè)量?jī)x表，故可解決其它類型儀表所難以測(cè)量的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測(cè)量問題。超聲波流量計(jì)的電子線路包括發(fā)射、接收、信號(hào)處理和顯示電路。測(cè)得的瞬時(shí)流量和累積流量值用數(shù)字量或模擬量顯示。二、超聲波流量計(jì)特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)：它是一種非接觸式流量測(cè)量?jī)x表，可測(cè)量液體、氣體介質(zhì)的體積流量，除具有電磁流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)（無壓力損失、不干擾流場(chǎng)、能測(cè)量強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)、含雜質(zhì)污物的介質(zhì)等）外，還可測(cè)量非導(dǎo)電介質(zhì)的流量，而且不受流體壓力、溫度、粘度、密度的影響；通用性好，同一臺(tái)表可測(cè)不同口徑的管道內(nèi)的介質(zhì)流量；安裝維修方便，不需要切斷流體，不影響管道內(nèi)流體的正常流通。安裝時(shí)不需要閥門、法蘭、旁通管等；特別適用于大口徑管道的流量測(cè)量，由于沒有壓力損失，節(jié)能效果顯著。缺點(diǎn)：安裝時(shí)不能離震動(dòng)原太近，容易影響探頭的測(cè)量；在測(cè)量水的流量時(shí)，由于水常時(shí)間在管道中容易產(chǎn)生水垢，對(duì)探頭信號(hào)強(qiáng)度有影響；還不能測(cè)量懸浮.三.超聲波的分類超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。根據(jù)檢測(cè)的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計(jì)。超聲波流量計(jì)的各類很多，依照不同的分類方法，可以分為不同類型的超聲波流量計(jì)。除了檢測(cè)的方式，還有按探頭（換能器）安裝方式分，按聲道數(shù)目，按性能，根據(jù)使用場(chǎng)合不同等等。目前通常采用兩種類型的超聲波流量計(jì)，一種為多普勒超聲波流量計(jì)，另一類為時(shí)差式超聲波流量計(jì)。多普勒型是利用相位差法測(cè)量流速，即某一已知頻率的聲波在流體中運(yùn)動(dòng)，由于液體本身有一運(yùn)動(dòng)速度，導(dǎo)致超聲波在兩接收器（或發(fā)射器）之間的頻率或相位發(fā)生相對(duì)變化，通過測(cè)量這一相對(duì)變化就可獲得液體速度；時(shí)差型是利用時(shí)間差法測(cè)量流速，即某一速度的聲波由于流體流動(dòng)而使得其在兩接收器（或發(fā)射器）之間傳播時(shí)間發(fā)生變化，通過測(cè)量這一相對(duì)變化就可獲得流體流速。我廠多為采用的是時(shí)差式超聲波流量計(jì)，下面簡(jiǎn)單介紹一下這兩種類型超聲波流量計(jì)，具體測(cè)量方法。1.多譜勒式超聲波流量計(jì)換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號(hào)，經(jīng)過管道內(nèi)液體中的懸浮顆?；驓馀莺螅l率發(fā)生偏移，以f2的頻率反射到換能器2，這就是多譜勒將就，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。

設(shè)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，即所以流體流速當(dāng)管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數(shù)，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過測(cè)量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。2.2時(shí)差法超聲波流量計(jì)時(shí)差法超聲波流量計(jì)（TransitTimeUltrasonicFlowmeter）其工作原理如圖1所示。他是利用一對(duì)超聲波換能器相向交替（或同時(shí)）收發(fā)超聲波，通過觀測(cè)超聲波在介質(zhì)中的順溜和逆流傳播時(shí)間差來間接測(cè)量流體的流速，在通過流速來計(jì)算流量的一種間接測(cè)量方法。雷諾數(shù)d管內(nèi)徑u流體平均流速v運(yùn)動(dòng)粘度雷諾數(shù)與流速、流體粘度及管內(nèi)徑有關(guān).四、現(xiàn)場(chǎng)安裝事項(xiàng):（1）、詳細(xì)了解現(xiàn)場(chǎng)情況超聲波流量計(jì)在安裝之前應(yīng)了解現(xiàn)場(chǎng)情況：安裝傳感器處距主機(jī)距離為多少；管道材質(zhì)、管壁厚度及管徑；管道年限；流體類型、是否含有雜質(zhì)、氣泡以及是否滿管；流體溫度；安裝現(xiàn)場(chǎng)是否有干擾源（如變頻、強(qiáng)磁場(chǎng)等）；主機(jī)安放處四季溫度；使用的電源電壓是否穩(wěn)定；是否需要遠(yuǎn)傳信號(hào)及種類；根據(jù)以上提供的現(xiàn)場(chǎng)情況，廠家可針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行配置，必要情況下也可特制機(jī)型（2）、超聲波探頭安裝主要有三種方式:對(duì)貼式安裝式V方式Z方式在我廠的超聲波流量計(jì)中,多數(shù)才用V方式,Z方式的安裝方法，管徑小于300mm時(shí)，采用V方式安裝，管徑大于300mm時(shí)，采用Z方式安裝，在現(xiàn)場(chǎng)用Z方式的安裝站多數(shù).這說明了,Z方式安裝的換能器超聲波信號(hào)強(qiáng)度高，測(cè)量的穩(wěn)定性也好.在換能器的安裝上注意水平直徑成45度的范圍內(nèi)，避免在垂直直徑位置附近安裝。否則在測(cè)量液體時(shí)換能器聲波表面易受氣體或顆粒影響，在測(cè)量氣體時(shí)受液滴或顆粒影響。

（3）、安裝連接六、常見的故障及處理:在安裝設(shè)定完后顯示測(cè)量窗口會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤代碼：*R表示系統(tǒng)工作正常*R系統(tǒng)工作正常系統(tǒng)正常*I表示沒有檢測(cè)到接收信號(hào)*I沒有檢測(cè)到接收信號(hào)*收不到信號(hào)*探頭與管道接觸不緊或耦合劑太少*探頭安裝不合適*內(nèi)壁結(jié)垢太甚*新?lián)Q襯里*確保探頭靠緊管道,使用充分的耦合劑*確保管道表面干凈無銹跡,無油漆，無腐蝕眼使用鐵刷子清理管道表面*檢查初始參數(shù)是否設(shè)置正確。*只能清除結(jié)垢或置換結(jié)垢管段，但一般情況下可換換測(cè)試點(diǎn)，可能另個(gè)結(jié)垢少的點(diǎn)，機(jī)器可能正常工作。*等待襯里固化飽和以后再測(cè)。*H表示接收信號(hào)差*H接收信號(hào)質(zhì)量差*信號(hào)質(zhì)量太差*包括上述所有原因*同對(duì)應(yīng)問題解決辦法*K表示管道是空的*K管道空,M29菜單設(shè)置管道中沒有流體或者是設(shè)置錯(cuò)誤如果管道中確實(shí)有流體，在M29菜單中輸入０值以上是工作中