淺談超聲波流量計的測流原理與應用

流量是工業生產和居民生活過程中用于檢測控制的一個重要參數，在供排水、石化和工農業領域，對于液態流體的流量監控是保障正常運行和故障檢測必不可缺的一部分。超聲波流量計作為一種新興的科技產物，雖然誕生時間不長，但是因為其諸多優點，在各個行業得到了應用。本文通過介紹超聲波流量計的優點，結合自身經驗，詳細介紹了基于超聲波流量計的優越性，通過分析超聲波流量計的測流原理，對超聲波流量計在各個行業的應用和安裝方法進行闡述，旨在促進超聲波流量計的推廣應用。

引言

超聲波流量計有諸多優點和好處，但是因為使用價格高、技術要求高和維護成本高等現實問題，在我國的應用推廣較慢。隨著經濟發展，對于水利化工等行業的扶持力度加大，該技術設備正在逐漸成為測流方面的主要方式。目前我國對于超聲波流量計技術已經有比較可靠的掌握，但是相對于國際上先進的超聲波流量計技術而言，我國在這方面起步晚，時間短，投入資金少，導致與國際先進水平還有很大的差距，我們要正視問題的存在，加大資金投入，學習先進技術，縮短與世界水平差距。

1. 超聲波流量計的測量原理

超聲波流量計基本原理都是測量超聲波脈沖順水流和逆水流時速度之差來反映流體的流速，從而測出流量。例如：時差法測量原理。時差法測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因流體流動方向不同而傳播速度不同的特點，測量它的順流傳播時間 t1 和逆流傳播時間 t2 的差值，從而計算流體流動的速度和流量。

2.超聲波流量計的分類

根據超聲波聲道結構類型可分為單聲道和多聲道超聲波流量計，單聲道超聲波流量計是在被測管道或渠道上安裝一對換能器構成一個超聲波通道，應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結構簡單、使用方便，但這種流量計對流態分布變化適應性差，測量精度不易控制，一般用于中小口徑管道和對測量精度要求不高的渠道。多聲道超聲波是在被測管道或渠道上安裝多對超聲波換能器構成多個超聲波通道，綜合各聲道測量結果求出流量。與單聲道超聲波流量計相比，多聲道流量計對流態分布變化適應能力強，測量精度高，可用于大口徑管道和流態分布復雜的管渠。

根據超聲波流量計適用的流道不同可分為管道流量計、管渠流量計和河流流量計管道流量計一般是指用于有壓管道的流量計，其中也包括有壓的各種形狀斷面的涵洞，

這種流量計一般是通過一個或多個聲道測量流體中的流速，然后求得流量。用于管渠的超聲波流量計除了要具有測流速的換能器以外，還需要有測水位的換能器，根據測得的流速和水位求得流量。用于管渠的流量計一般含有多個測速換能器(由聲道數決定)和一個測水位換能器。

3.超聲波流量計的應用

3.1現場條件與安裝

(1)測量位置的選擇。由于流量計所直接測量流速為線流速，只有流速分布均勻，無外界噪聲干擾，才能保證儀表的測量準確度，所以應選擇滿足下列條件的場所定位：①上10D，下游 5D 以上直管段(水平、垂直、斜管都可)；②上30D 內不能裝泵、閥等擾亂流動設備。(2)流量計的正確安裝。流量計的安裝就是探頭的安裝，應根據表頭提供的參數仔細安裝，方法有“距離法”和“時間法”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”法提高測量準確度。如固定使用則可采用另一種方法即“Z”法測量，以提高聲波信號的接收強度。兩種方法探頭均采用“坐標法”安裝，即先去銹涂層固定一個探頭位置，再根據儀表顯示的安裝距離，用紙帶繞管道一周，圍出周長做標記，用鋼卷尺量出距離，劃周線(直線)相交點固定另一探頭，此時二次儀表顯示燈亮，然后調整靈敏度旋鈕，當渡越時間前三位數字在 100～200 間非常穩定時，說明已安裝調試好，可正常工作。以“時間法”安裝由于不以幾何位置為準，安裝時，分別將兩探頭涂油固定在管道兩側，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，當位置正確后，顯示穩定的三位數字與給定值接近，固定探頭工作即為正常。

3.2流量計的使用

(1)零流量的檢查。管道液體靜止，且周圍無強磁場干擾、無強烈振動的情況下，面板顯示為零，此時自動設置零點，消除零點漂移，運行測量時務必做零點消除設置，零點能被調整。(2)儀表實用操作。流量計是嚴格的單板設計，故在開始前要使輸入的參數準確無誤，然后通過輸入鍵按照初始主菜單的要求順序輸入；若輸入有誤，應重新輸入。探頭安裝完畢后，重新檢查初始設置主菜單數據，正確輸入后，流量計進入工作狀態。在安裝過程中，兩探頭固定好后若出現“渡越時間”不穩定，需要調整“靈敏度”電位器，顯示穩定并正常。如調電位器無效，只有移動探頭，直至顯示正常儀表方可正常工作。