超声波流量计工作原理及常见问题处理
时间：2021-10-25 阅读：4790
根据对信号检测的原理，超声流量计用的最多的为传播速度差法、多普勒法两大类。当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速。
1、时差法：测量顺逆传播时传播速度不同引起的时差计算被测流体速度。2、相位差法：测量顺逆传播时传播时由于时差引起的相位差计算速度。
3、频差法：测量顺逆传播时传播时的声环频率差。
二、结构
超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。
超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。
三、分类
●插入式超声流量计：可不停产安装和维护。采用陶瓷传感器，使用专用钻孔装置进行不停产安装。一般为单声道测量，为了提高测量准确度，可选择三声道。
●管段式超声流量计：需切开管路安装，但以后的维护可不停产。可选择单声道或三声道传感器。
●外夹式超声流量计：能够完成固定和移动测量。采用专用耦合剂（室温固化的硅橡胶或高温长链聚合油脂）安装，安装时不损坏管路。
●便携式超声流量计：便携使用，内置可充电锂电池，适合移动测量，配接磁性传感器。
●手持式超声流量计：体积小，重量轻，内置可充电锂电池，手持使用，配接磁性传感器。
●防爆型超声流量计：用于爆炸性环境液体流量测量，为防爆兼本安型。
按安装方式不同分类：
四、安装
安装细解
超声波流量计在安装之前应了解现场情况，包括：
1．安装传感器处距主机距离为多少；
2．管道材质、管壁厚度及管径；
3．管道年限；
4．流体类型、是否含有杂质、气泡以及是否满管；
5．流体温度；
6．安装现场是否有干扰源（如变频、强磁场等）；
7．主机安放处四季温度；
8．使用的电源电压是否稳定；
9．是否需要远传信号及种类；
根据以上提供的现场情况，厂家可针对现场情况进行配置，必要情况下也可特制机型。
安装位置
选择安装管段对测试精度影响很大，所选管段应避开干扰和涡流这两种对测量精度影响较大的情况，一般选择管段应满足下列条件：
1、避免在水泵、大功率电台、变频，即有强磁场和震动干扰处安装机器；
2、选择管材应均匀致密，易于超声波传输的管段；
3、要有足够长的直管段，安装点上游直管段必须要大于10D
（注：D=直径），下游要大于5D；
4、安装点上游距水泵应有30D距离；
5、流体应充满管道；
6、管道周围要有足够的空间便于现场人员操作，地下管道需做测试井。
安装方式
超声波流量计一般有两种探头安装方式，即Z法和V法。
但是,当D<200mm而现场情况为下列条件之一者,也可采用Z法安装：
1、当被测量流体浊度高，用V法测量收不到信号或信号很弱时；
2、当管道内壁有衬里时；
3、当管道使用年限太长且内壁结垢严重时；
对于管道条件较好者，即使D稍大于200mm，为了提高测量精度，也可采用V法安装。
管道处理
确定探头位置之后，在两安装点±100mm范围内，使用角磨砂轮机、锉、砂纸等工具将管道打磨至光亮平滑无蚀坑。
要求：光泽均匀，无起伏不平，手感光滑圆润。需要特别注意，打磨点要求与原管道有同样的弧度，切忌将安装点打磨成平面，用酒精或汽油等将此范围擦净，以利于探头粘接。
探头位置
1、将管道参数输入仪表，选择探头安装方式，得出安装距离；
2、在水平管道上，一般应选择管道的中部，避开顶部和底部（顶部可能含有气泡、底部可能有沉淀）；
3、V法安装：先确定一个点，按安装距离在水平位置量出另一个点。
Z法安装：先确定一个点，按安装距离在水平位置量出另一个点，然后测出此点在管道另一侧的对称点。
探头根据实际测量管道可分三种：
S型传感器(15~100mm)
M型传感器(50~700mm)
L型传感器(300~6000mm)
操作步骤
一：观察安装现场管道是否满足直管段10D后5D以及离泵30D的距离。(D为管道内直径)
二：确认管道内流体介质以及是否满管。
三：确认管道材质以及壁厚(充分考虑到管道内壁结垢厚度)
四：确认管道使用年限，在使用10左右的管道，即使是碳钢材质，最好也采用插入式安装。
五：前四步骤完成后可确认使用何种传感器安装
六：开始向表体输入参数以确定安装距离。
七：非常重要：精确测量出安装距离。
八：安装传感器——调试信号——做防水——归整好信号电缆——清理现场线头等废弃物——安装结束。
五、缺点
（1）超声波流量计的温度测量范围不高，一般只能测量温度低于200℃的流体。
（2）抗干扰能力差。易受气泡、结垢、泵及其它声源混入的超声杂音干扰、影响测量精度。
（3）直管段要求严格，为10D，后5D.否则离散性差，测量精度差。
（4）安装的不确定性，会给流量测量带来较大误差。
（5）测量管道因结垢，会严重影响测量准确度，带来显著的测量误差，甚至在严重时仪表无流量显示。
（6）可靠性、精度等级不高（一般为1.5～2.5级左右），重复性差。超声波流量计是通过测量流体速度再乘以管道内截面积来确定流量。而该流量计无法直接测量内径和管道圆度，只能根据外径、壁厚按标准圆估算截面积，由此带来的不确定性已超过1％，因此精度受到限制。
六、常见问题
1、超声波流量计探头使用一段时间，会出现不定期的报警。尤其是输送介质杂质较多时，这种问题会较常见。
解决办法：定期清理探头(建议一年清理一次)。
2、超声波流量计输送介质含有水等液体杂质时，流量计引压管容易产生积液，气温较低时会出现引压管冻堵现象，尤其在北方地区冬季较常见。
解决办法：对引压管进行吹扫或加电伴热。
3、超声波流量计对管道的要求非常严格不能有异响否则会影响测量误差很大。超声波在传播过程中，由于受介质和介质中杂质的阻碍或吸收，其强度会产生衰减。不论是超声波流量计还是超声波物位计，对所接受的声波强度都有一定要求，所以都要对各种衰减进行抑制。
4、外夹式超声波流量计信号低?
这个取决于仪表本身的技术含量,经过现场大量的测试实例证明,像管道时间长,结垢严重,管径大的问题,不同品牌质量的外夹式超声波流量计,出信号的速度及信号稳定度均有差别。
解决方法:对于管径大、结垢严重、建议选用品质好的外夹式超声波流量计，探头安装处管道要打磨干净,用耦合剂或耦合片排除探头与工件表面之间的空气，使超声波能有效地传入管道内，保证探测面上有足够的声强透射率.
5、测量介质中偶尔有气泡产生,用时差法的超声波流量计是否有影响？
有影响。可选用具有双模式外夹式超声波流量计,当有气泡时,可以自动转入多普勒模式去测量,当气泡消失时,会自动转入时差法测量.
6、仪表在现场强干扰下无法使用？
现场有变频器或高电压电缆场强电磁干扰
建议：远离变频器或高电压电缆场强电磁干扰
7、瞬时流量波动大?
信号强度大,本身测量流体波动大.
解决方法:调整好探头位置,提高信号强度,保证信号强度稳定,如本身流体波动大,则位置不好,重新选点,确保10D后5D的工况要求.
8、怎样选择一款合适的超声波流量计？
解答：管道材质、管壁厚度及管径；流体类型、是否含有杂质、气泡以及是否满管；流体温度，流量计类型，是便携的还是固定在线的。