超聲波流量計原理及應(yīng)用

超聲波流量計原理及應(yīng)用吐爾遜古麗(獨山子石化公司煉油廠儀表車間新疆獨山子833600)摘要：超聲波流量計廣泛應(yīng)用于我廠各生產(chǎn)裝置，其檢測的介質(zhì)有水、烴類、堿液等。我廠采用的超聲波流量計有國產(chǎn)、國外的多種型號和規(guī)格。和傳統(tǒng)的機械式流量儀表、電磁式流量儀表相比它的計量精度高、對管徑的適應(yīng)性強、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測量液體流量的有關(guān)問題，重點闡明了超聲波流量計的測量原理、分類，安裝、使用。超聲波流量計原理：超聲波流量計廣泛應(yīng)用于我廠各生產(chǎn)裝置，其檢測的介質(zhì)有水、烴類、堿液等。我廠采用的超聲波流量計有國產(chǎn)、國外的多種型號和規(guī)格。超聲波在流動的流體中傳播時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出流體的流速，從而換算成流量。它與水位計聯(lián)動可進行敞開水流的流量測量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測量元件故不會改變流體的流動狀態(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)管線運行因而是一種理想的節(jié)能型流量計。超聲波流量計由超聲波換能器、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)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現(xiàn)了流量的檢測和顯示。另外，超聲測量儀表的流量測量準確度幾乎不受被測流體溫度、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量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測量的強腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測量問題。超聲波流量計的電子線路包括發(fā)射、接收、信號處理和顯示電路。測得的瞬時流量和累積流量值用數(shù)字量或模擬量顯示。二、超聲波流量計特點:優(yōu)點：它是一種非接觸式流量測量儀表，可測量液體、氣體介質(zhì)的體積流量，除具有電磁流量計的優(yōu)點（無壓力損失、不干擾流場、能測量強腐蝕性介質(zhì)、含雜質(zhì)污物的介質(zhì)等）外，還可測量非導(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，同一臺表可測不同口徑的管道內(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量，由于沒有壓力損失，節(jié)能效果顯著。缺點：安裝時不能離震動原太近，容易影響探頭的測量；在測量水的流量時，由于水常時間在管道中容易產(chǎn)生水垢，對探頭信號強度有影響；還不能測量懸浮.三.超聲波的分類超聲波在流動的流體中傳播時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出流體的流速，從而換算成流量。根據(jù)檢測的方式，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。超聲波流量計的各類很多，依照不同的分類方法，可以分為不同類型的超聲波流量計。除了檢測的方式，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)使用場合不同等等。目前通常采用兩種類型的超聲波流量計，一種為多普勒超聲波流量計，另一類為時差式超聲波流量計。多普勒型是利用相位差法測量流速，即某一已知頻率的聲波在流體中運動，由于液體本身有一運動速度，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)生相對變化，通過測量這一相對變化就可獲得液體速度；時差型是利用時間差法測量流速，即某一速度的聲波由于流體流動而使得其在兩接收器（或發(fā)射器）之間傳播時間發(fā)生變化，通過測量這一相對變化就可獲得流體流速。我廠多為采用的是時差式超聲波流量計，下面簡單介紹一下這兩種類型超聲波流量計，具體測量方法。1.多譜勒式超聲波流量計換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號，經(jīng)過管道內(nèi)液體中的懸浮顆粒或氣泡后，頻率發(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，通過測量頻移就可得到流體流速，進而求得流體流量。2.2時差法超聲波流量計時差法超聲波流量計（TransitTimeUltrasonicFlowmeter）其工作原理如圖1所示。他是利用一對超聲波換能器相向交替（或同時）收發(fā)超聲波，通過觀測超聲波在介質(zhì)中的順溜和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速，在通過流速來計算流量的一種間接測量方法。雷諾數(shù)d管內(nèi)徑u流體平均流速v運動粘度雷諾數(shù)與流速、流體粘度及管內(nèi)徑有關(guān).四、現(xiàn)場安裝事項:（1）、詳細了解現(xiàn)場情況超聲波流量計在安裝之前應(yīng)了解現(xiàn)場情況：安裝傳感器處距主機距離為多少；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)場是否有干擾源（如變頻、強磁場等）；主機安放處四季溫度；使用的電源電壓是否穩(wěn)定；是否需要遠傳信號及種類；根據(jù)以上提供的現(xiàn)場情況，廠家可針對現(xiàn)場情況進行配置，必要情況下也可特制機型（2）、超聲波探頭安裝主要有三種方式:對貼式安裝式V方式Z方式在我廠的超聲波流量計中,多數(shù)才用V方式,Z方式的安裝方法，管徑小于300mm時，采用V方式安裝，管徑大于300mm時，采用Z方式安裝，在現(xiàn)場用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強度高，測量的穩(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。否則在測量液體時換能器聲波表面易受氣體或顆粒影響，在測量氣體時受液滴或顆粒影響。

（3）、安裝連接六、常見的故障及處理:在安裝設(shè)定完后顯示測量窗口會出現(xiàn)錯誤代碼：*R表示系統(tǒng)工作正常*R系統(tǒng)工作正常系統(tǒng)正常*I表示沒有檢測到接收信號*I沒有檢測到接收信號*收不到信號*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試點，可能另個結(jié)垢少的點，機器可能正常工作。*等待襯里固化飽和以后再測。*H表示接收信號差*H接收信號質(zhì)量差*信號質(zhì)量太差*包括上述所有原因*同對應(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)置錯誤如果管道中確實有流體，在M29菜單中輸入０值以上是工作中