本文主要介紹超聲波流量計的工作原理、使用特點、探頭安裝管段的選擇、使用和維護。

目前流量測量己有很大發展，新型流量儀表也不斷出現，沒 有一種流量儀表能適用于所有工業介質的流量測量，它們在性能 上有其特點和相應的適用范圍。利用超聲波脈沖測量流體流量的 技術發展很快?；诓煌?，適用于不同場合的各種形式的超 聲波流量計己相繼出現。外夾、時差式超聲波液體流量計，適用 于工業環境下連續測量不含大濃度懸浮粒子或氣體的絕大多數清 潔均勻液體的流量和熱量，其應用領域涉及到工業、農業、水利 和污水處理等行業。

1.超聲波流量計的工作原理和特點

1.1超聲波流量計的工作原理

超聲脈沖在流體中傳播的速度與流體速度有對應的關系，即 順流時的超聲脈沖傳播速度比逆流時傳播的速度要快，這兩種超 聲脈沖傳播的時間差越大，則流量也越大，據此，實現流量測量。 在實際工作過程中，處在上下游的傳感器將同時發射超聲波脈沖， 如圖1所示，顯然一個是逆流傳播，一個是順流傳播。流體的作 用將使兩束脈沖以不同的傳播時間到達接收換能器。由于兩束脈 沖傳播的實際路程相同，傳輸時間的不同直接反映了流體流速的大小。

時差法測量技術：兩個傳感器既作為超聲信號發射器和接收 器。當傳感器安裝在管線上他們相互之間進行聲信號通訊，工作 時，每一個傳感器作為發射器，發射一定量的聲脈沖，然后作為 接收器接收相同數量的信號，順流與逆流方向上聲信號發射與接 收的時間間隔被測量，當管內流體靜止時，順流與逆流方向的聲 傳播時間相等，當液體流動時，順流方向的信號傳播時間短于逆 流方向。順流與逆流方向傳播的時間差與流速成正比。

1.2超聲波流量計的特點

超聲波流量計是一種非接觸式儀表，流體中未設置任何阻礙 件，屬無阻礙流量計，對流束無影響，也沒有壓力損失，它既可 用于任何流體，特別是具有高黏度、強腐蝕，非導電性等性能的 液體的流量測量，也能測量氣體流量。特別在大口徑流量測量方 面有較突出的優點，它是發展迅速的一類流量計之一。

現今所存在的缺點主要是可測流體的溫度范圍受超聲波傳感 器器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流 體傳聲速度的原始數據不全。另外，超聲波流量計的測量線路比 一般流量計復雜。

2.超聲波流量計的安裝

2.1超聲波流量計安裝管段的選擇

選擇安裝管段對于順利地通過安裝程序，獲得最高的測量精 度是至關重要的。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：避免在水泵、 大功率電臺、變頻，即有強磁場和震動干擾的地方；上下游直管 段內徑與流量計內徑之差小于流量計內徑的1 %，其絕對值應小于 5 mm。緊鄰流量計的上、下游須安裝一定長度的直管段，上游要 大于10D(注：D=直徑)，下游要大于5D;安裝傳感器的位置能夠 保證管道始終滿管，如果流體不滿管，就會造成超聲波信號的阻 斷，無法正常安裝和測量。不要直接安裝在能夠產生壓降的設備 下游，如擴徑、閥門、插入裝置等，由于管道內的液體當壓力降 低時會不同程度地釋出氣體，產生氣泡，液體中氣體含量增加會 降低信號的強度，同時增加了噪聲。選擇管材應均勻致密，易于 超聲波傳輸的管段，例如除去管道表面容易剝落的油漆，鐵銹， 水垢等雜物，保證和換能器接觸的管道面平整不會存在氣泡。如 果管道的涂漆是非常質密的，無需完全清除掉，只需要表面光滑 平整。確認所選位置管道的口徑和儀表編程一致。管道外徑必須 精確地實際測量。傳感器安裝在垂直管道時，首選的方向是自下 而上，只有在現場條件不具備時，才考慮自上而下，但是這時必 須保證管道內的背壓，確保管道內液體處于滿管狀態。

2.2傳感器的安裝方式

探頭安裝方式常用的基本兩種，這兩種方式分別稱為V法和 Z法。一般地在小管徑時(DN100?300 mm)可先選用V法，如圖2 所示；V法一般情況下是標準的安裝方法，使用方便，測量準確。 可測管徑范圍為25 mm至大約400 mm;安裝探頭時，注意兩探 頭水平對齊，其中心線與管道軸線水平一線。

當管道很粗或由于液體中存在懸浮物、管內壁結垢太厚或襯 里太厚，造成V法安裝信號弱，機器不能正常工作時，選用Z法 安裝。V法測不到信號或信號質量差時則選用Z法,管徑在DN300 mm以上或測量鑄鐵管時應優先選用Z法。

Z法可測管徑范圍為100 mm至大約3000 mm。實際安裝流 量計時，建議300 mm以上的管道都要選用Z法，如圖3所示。

3.超聲波流量計的維護及故障處理

超聲波流量計的維護量非常低，常規維護為6?12月一次：檢 查探頭端面是否有油或灰塵附著物，具體時間間隔根據現場情況定。

3.1超聲波流量計維護

3.1.1零流量的檢查

當管道液體靜止，而且周圍無強磁場干擾、無強烈振動的情 況下，表頭顯示為零，此時自動設置零點，消除零點飄移，運行 時須做小信號切除，通常流量小于滿程流量的5%,自動切除。 同時零點也可通過菜單進行調整。

3.1.2儀表面板鍵盤操作

啟動儀表運行前，首先要對參數進行有效設置，例如，使用 單位制、安裝方式、管道直徑、管道壁厚、管道材料、管道粗糙 度、流體類型、兩探頭間距、流速單位、最小速度、最大速度等。 只有所有參數輸入正確，儀表方可正確顯示實際流量值。

3.1.3流量計的定期校驗

為了保證流量計的準確度，需進行定期的校驗，通常采用更 高精度的便攜式流量計進行直接對比，利用所測數據進行計算： 誤差=(測量值-標準值)/標準值，利用計算的相對誤差，修正系數， 使得測量誤差滿足±2%的誤差，即可滿足計量要求。

3.1.4定期維護

對于外貼換能器超聲波流量計，安裝以后無水壓損失，無潛 在漏水，只需定期檢查換能器是否松動，與管道之間的黏合劑是否良好即可；插入式超聲波流量計，要定期清理探頭上沉積的雜 質、水垢等有無漏水現象；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 長期穩定運行。

3.2超聲波流量計常見故障與處理：

3.2.1故障現象：無信號 故障原因及解決方法：

(1)換能器與主機之間連線斷開了。解決方法：重新連接；（2) 出現了電源污染。解決方法：凈化電源；（3)換能器位置發生了移 動。解決方法：重新調整換能器位置。

3.2.2故障現象：瞬時流量穩定，但比實際值偏大 故障原因及解決方法：

換能器聲楔出現故障。解決方法：更換換能器。

3.2.3故障現象：瞬時流量波動大

故障原因及解決方法：（1)流體受到干擾，流態不穩。解決方 法：更換換能器位置；（2)主機阻尼系數設置太小。解決方法：增 大阻尼系數。

3.2.4故障現象：瞬時與累計流量不一致 故障原因及解決方法：

主機出現了故障。解決方法：更換主機。

4.結束語

超聲波流量計作為一種以微電技術為基礎的高精度測量設 備，雖然其本身具有一定的抗外界電磁和電子干擾的能力，但是 安裝現場往往復雜多變，如果不對使用環境中的“電氣噪聲”提 出要求，那么在設計和安裝時就有可能由于疏忽將其置于電磁場 合電子干擾環境之中，比如變壓器或固定的無線通訊場所附近， 儀表測量的準確性及工作的可靠性就因此可能受到影響。超聲波 流量計均可管外安裝、非接觸測流，儀表造價基本上與被測管道 口徑大小無關，是較好的大管徑流量測量儀表。并且超聲波流量 計不用在流體中安裝測量元件，故不會改變流體的流動狀態，不 產生附加阻力，儀表的安裝及檢修均不影響生產管線運行。