淺談超聲波流量計(jì)的測(cè)流原理與應(yīng)用

流量是工業(yè)生產(chǎn)和居民生活過(guò)程中用于檢測(cè)控制的一個(gè)重要參數(shù)，在供排水、石化和工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，對(duì)于液態(tài)流體的流量監(jiān)控是保障正常運(yùn)行和故障檢測(cè)必不可缺的一部分。超聲波流量計(jì)作為一種新興的科技產(chǎn)物，雖然誕生時(shí)間不長(zhǎng)，但是因?yàn)槠渲T多優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)行業(yè)得到了應(yīng)用。本文通過(guò)介紹超聲波流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹了基于超聲波流量計(jì)的優(yōu)越性，通過(guò)分析超聲波流量計(jì)的測(cè)流原理，對(duì)超聲波流量計(jì)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用和安裝方法進(jìn)行闡述，旨在促進(jìn)超聲波流量計(jì)的推廣應(yīng)用。

引言

超聲波流量計(jì)有諸多優(yōu)點(diǎn)和好處，但是因?yàn)槭褂脙r(jià)格高、技術(shù)要求高和維護(hù)成本高等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，在我國(guó)的應(yīng)用推廣較慢。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)于水利化工等行業(yè)的扶持力度加大，該技術(shù)設(shè)備正在逐漸成為測(cè)流方面的主要方式。目前我國(guó)對(duì)于超聲波流量計(jì)技術(shù)已經(jīng)有比較可靠的掌握，但是相對(duì)于國(guó)際上先進(jìn)的超聲波流量計(jì)技術(shù)而言，我國(guó)在這方面起步晚，時(shí)間短，投入資金少，導(dǎo)致與國(guó)際先進(jìn)水平還有很大的差距，我們要正視問(wèn)題的存在，加大資金投入，學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，縮短與世界水平差距。

1. 超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理

超聲波流量計(jì)基本原理都是測(cè)量超聲波脈沖順?biāo)骱湍嫠鲿r(shí)速度之差來(lái)反映流體的流速，從而測(cè)出流量。例如：時(shí)差法測(cè)量原理。時(shí)差法測(cè)量流體流量的原理如圖 1 所示。它利用聲波在流體中傳播時(shí)因流體流動(dòng)方向不同而傳播速度不同的特點(diǎn)，測(cè)量它的順流傳播時(shí)間 t1 和逆流傳播時(shí)間 t2 的差值，從而計(jì)算流體流動(dòng)的速度和流量。

2.超聲波流量計(jì)的分類

根據(jù)超聲波聲道結(jié)構(gòu)類型可分為單聲道和多聲道超聲波流量計(jì)，單聲道超聲波流量計(jì)是在被測(cè)管道或渠道上安裝一對(duì)換能器構(gòu)成一個(gè)超聲波通道，應(yīng)用比較多的換能器是外夾式和插入式。單聲道超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，但這種流量計(jì)對(duì)流態(tài)分布變化適應(yīng)性差，測(cè)量精度不易控制，一般用于中小口徑管道和對(duì)測(cè)量精度要求不高的渠道。多聲道超聲波是在被測(cè)管道或渠道上安裝多對(duì)超聲波換能器構(gòu)成多個(gè)超聲波通道，綜合各聲道測(cè)量結(jié)果求出流量。與單聲道超聲波流量計(jì)相比，多聲道流量計(jì)對(duì)流態(tài)分布變化適應(yīng)能力強(qiáng)，測(cè)量精度高，可用于大口徑管道和流態(tài)分布復(fù)雜的管渠。

根據(jù)超聲波流量計(jì)適用的流道不同可分為管道流量計(jì)、管渠流量計(jì)和河流流量計(jì)管道流量計(jì)一般是指用于有壓管道的流量計(jì)，其中也包括有壓的各種形狀斷面的涵洞，

這種流量計(jì)一般是通過(guò)一個(gè)或多個(gè)聲道測(cè)量流體中的流速，然后求得流量。用于管渠的超聲波流量計(jì)除了要具有測(cè)流速的換能器以外，還需要有測(cè)水位的換能器，根據(jù)測(cè)得的流速和水位求得流量。用于管渠的流量計(jì)一般含有多個(gè)測(cè)速換能器(由聲道數(shù)決定)和一個(gè)測(cè)水位換能器。

3.超聲波流量計(jì)的應(yīng)用

3.1現(xiàn)場(chǎng)條件與安裝

(1)測(cè)量位置的選擇。由于流量計(jì)所直接測(cè)量流速為線流速，只有流速分布均勻，無(wú)外界噪聲干擾，才能保證儀表的測(cè)量準(zhǔn)確度，所以應(yīng)選擇滿足下列條件的場(chǎng)所定位：①上10D，下游 5D 以上直管段(水平、垂直、斜管都可)；②上30D 內(nèi)不能裝泵、閥等擾亂流動(dòng)設(shè)備。(2)流量計(jì)的正確安裝。流量計(jì)的安裝就是探頭的安裝，應(yīng)根據(jù)表頭提供的參數(shù)仔細(xì)安裝，方法有“距離法”和“時(shí)間法”兩種。“距離法”又可分為兩種：一種適用于管道條件較好，可用“V”法提高測(cè)量準(zhǔn)確度。如固定使用則可采用另一種方法即“Z”法測(cè)量，以提高聲波信號(hào)的接收強(qiáng)度。兩種方法探頭均采用“坐標(biāo)法”安裝，即先去銹涂層固定一個(gè)探頭位置，再根據(jù)儀表顯示的安裝距離，用紙帶繞管道一周，圍出周長(zhǎng)做標(biāo)記，用鋼卷尺量出距離，劃周線(直線)相交點(diǎn)固定另一探頭，此時(shí)二次儀表顯示燈亮，然后調(diào)整靈敏度旋鈕，當(dāng)渡越時(shí)間前三位數(shù)字在 100～200 間非常穩(wěn)定時(shí)，說(shuō)明已安裝調(diào)試好，可正常工作。以“時(shí)間法”安裝由于不以幾何位置為準(zhǔn)，安裝時(shí)，分別將兩探頭涂油固定在管道兩側(cè)，用手緊貼管壁在距另一探頭 0.5D 左右處上下左右緩慢移動(dòng)，當(dāng)位置正確后，顯示穩(wěn)定的三位數(shù)字與給定值接近，固定探頭工作即為正常。

3.2流量計(jì)的使用

(1)零流量的檢查。管道液體靜止，且周圍無(wú)強(qiáng)磁場(chǎng)干擾、無(wú)強(qiáng)烈振動(dòng)的情況下，面板顯示為零，此時(shí)自動(dòng)設(shè)置零點(diǎn)，消除零點(diǎn)漂移，運(yùn)行測(cè)量時(shí)務(wù)必做零點(diǎn)消除設(shè)置，零點(diǎn)能被調(diào)整。(2)儀表實(shí)用操作。流量計(jì)是嚴(yán)格的單板設(shè)計(jì)，故在開始前要使輸入的參數(shù)準(zhǔn)確無(wú)誤，然后通過(guò)輸入鍵按照初始主菜單的要求順序輸入；若輸入有誤，應(yīng)重新輸入。探頭安裝完畢后，重新檢查初始設(shè)置主菜單數(shù)據(jù)，正確輸入后，流量計(jì)進(jìn)入工作狀態(tài)。在安裝過(guò)程中，兩探頭固定好后若出現(xiàn)“渡越時(shí)間”不穩(wěn)定，需要調(diào)整“靈敏度”電位器，顯示穩(wěn)定并正常。如調(diào)電位器無(wú)效，只有移動(dòng)探頭，直至顯示正常儀表方可正常工作。