近幾年來(lái),隨著電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,利用超聲波脈沖測(cè)量流體流量的技術(shù)發(fā)展很快,基于不同原理,適用于不同場(chǎng)合的各種型式的超聲波流量計(jì)得到了廣泛應(yīng)用,同時(shí)也對(duì)廣大用戶提出了如何認(rèn)識(shí)超聲波流量計(jì)、怎樣選擇合適的類型,使用中應(yīng)注意些什么問(wèn)題等一系列問(wèn)題,本文綜合國(guó)內(nèi)超聲波流量計(jì)目前的發(fā)展情況及多年應(yīng)用的實(shí)踐,對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了一些探討。

1 超聲波流量計(jì)的分類

超聲波流量計(jì)的種類很多,依照不同的分類的方法,可以分為不同類型的超聲波流量計(jì)。

1.1 多譜勒式超聲波流量計(jì)

多譜勒式超聲波流量計(jì)是以利用多譜勒效應(yīng)原理來(lái)測(cè)量流體流量的。

如圖1,換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號(hào),經(jīng)過(guò)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,這就是多譜勒效應(yīng),介與fd之差即為多譜勒頻差九。

1.2 時(shí)差式超聲波流量計(jì)

時(shí)差式超聲波流量計(jì)是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時(shí)間差與流體流速成正比這一原理來(lái)測(cè)量流體流量的。

如圖2,換能器1向換能器2發(fā)射超聲波信號(hào),這是順流方向。

2區(qū)別

根據(jù)超聲波流量計(jì)使用場(chǎng)合不同,可以分為固定式超聲波流量計(jì)和便攜式超聲波流量計(jì)。

2.1這兩類超聲波流,計(jì)的主要區(qū)別

(l)適用的場(chǎng)合不同

固定式超聲波流量計(jì)用于安裝在某一固定位置,對(duì)某一特定管道內(nèi)流體的流量進(jìn)行長(zhǎng)期不間斷計(jì)量;便攜式超聲波流量計(jì)具有很大的機(jī)動(dòng)性,主要用于對(duì)不同管道的流體流量作臨時(shí)性測(cè)量。

(2)供電方式不同

固定式超聲波流量計(jì)要求長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行,所以要使用22Ov交流電源,便攜式超聲波流量計(jì)既可以使用現(xiàn)場(chǎng)的交流電源,也備有內(nèi)置充電電池,可以連續(xù)工作5一10h〔小時(shí)〕,大大方便了不同場(chǎng)合臨時(shí)性流量測(cè)量的需要。

(3)部分功能不同

固定式超聲波流量計(jì),通常都有4一20mA信號(hào)輸出等功能,供遠(yuǎn)傳顯示使用,但其內(nèi)部只能存貯一條管道的參數(shù);便攜式超聲波流量計(jì)只是為了現(xiàn)場(chǎng)查看當(dāng)時(shí)流量和短時(shí)間內(nèi)的累計(jì)流量,故一般無(wú)輸出信號(hào)功能,但為了方便測(cè)量不同管道流量,它具有豐富的貯存功能,可以同時(shí)存貯數(shù)十條不同管道的參數(shù),供**調(diào)出使用。

2.2換能器供電方式不同

可以分為外貼式、插入式、管段式三種超聲波流量計(jì)。

(l)外貼式

外貼式超聲波流量計(jì)是生產(chǎn)*早、用戶*熟悉且應(yīng)用*廣泛的超聲波流量計(jì),安裝換能器無(wú)需管道斷流,即貼即用,它充分體現(xiàn)了超聲波流量計(jì)安裝簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn)。

(2)管段式

某些管道因材質(zhì)疏、導(dǎo)聲不良,或者銹蝕嚴(yán)重,襯里和管道內(nèi)空間有間隙等原因,導(dǎo)致超聲波信號(hào)衰減嚴(yán)重,用外貼式超聲波流量計(jì)無(wú)法正常測(cè)量,所以產(chǎn)生了管段式超聲波流量計(jì)。管段式超聲波流量計(jì)把換能器和測(cè)量管組成一體,解決了外貼式流量計(jì)在測(cè)量中一個(gè)難題。而且測(cè)量精度也比其它超聲波流量計(jì)要高,但同時(shí)也犧牲了外貼式超聲波流量計(jì)的不斷流安裝這一優(yōu)點(diǎn),要求切開(kāi)管道安裝換能器。

(3)插入式

插入式超聲波流量計(jì)介于上述二者中間。在安裝上可以不斷流,利用專門(mén)工具在有水的管道上打孔,把換能器插入管道內(nèi),完成安裝。由于換能器在管道內(nèi),其信號(hào)的發(fā)射、接受只經(jīng)過(guò)被測(cè)介質(zhì),而不經(jīng)過(guò)管壁和襯里,所以其測(cè)量不受管質(zhì)和管襯材料限制。

3超聲波流量計(jì)的選型

超聲波流量計(jì)除上述各種類型外,近年來(lái)又出現(xiàn)了采用數(shù)字化電路的數(shù)字式超聲波流量計(jì),把換能器和轉(zhuǎn)換器做在一起的一體式超聲波流量計(jì),等等。面對(duì)眾多類型的超聲波流量計(jì),用戶要根據(jù)實(shí)際情況和測(cè)量需要合理選型。

3.1多譜勒式超聲波流量計(jì)

只能用于測(cè)量含有適量能反射超聲波信號(hào)的顆粒或氣泡的流體,如工廠排放液、未處理的污水、雜質(zhì)含量穩(wěn)定的工廠過(guò)程液等。要注意它對(duì)被測(cè)介質(zhì)要求比較苛刻,既不能是潔凈水,同時(shí)雜質(zhì)含量要求相對(duì)穩(wěn)定,才可以正常測(cè)量,而且不同廠家的儀表性能及對(duì)被測(cè)介質(zhì)要求也不一樣。選擇此類超聲波流量計(jì)既要對(duì)被測(cè)介質(zhì)心中有數(shù),也要對(duì)所選用的超聲波流量計(jì)的性能、精度和對(duì)被測(cè)介質(zhì)的要求有深人的了解。

3.2便攜式超聲波流量

適用于臨時(shí)性測(cè)量,主要用于校對(duì)管道上已安裝其它流量?jī)x表的運(yùn)行狀態(tài),進(jìn)行一個(gè)區(qū)域內(nèi)的流體平衡測(cè)試,檢查管道的當(dāng)時(shí)流量情況等。如果不作固定安裝,而用于這些用途時(shí),選用便攜式超聲波流量計(jì)既方便又經(jīng)濟(jì)。

3.3時(shí)差式超聲波流量計(jì)

目前生產(chǎn)*多、應(yīng)用范圍*廣泛的是時(shí)差式超聲波流量計(jì)。它主要用來(lái)測(cè)量潔凈的液體流量,在自來(lái)水公司和工業(yè)用水領(lǐng)域,得到廣泛應(yīng)用。此外它也可以測(cè)量雜質(zhì)含量不高(雜質(zhì)含量小于10g/L粒徑小于1mm)的均質(zhì)流體，如污水等介質(zhì)的流量,而且精度可達(dá)士1.5%。實(shí)際應(yīng)用表明,選用時(shí)差式超聲波流量計(jì),對(duì)相應(yīng)流體的測(cè)量都可以達(dá)到滿意的效果。

3.4管道式超聲波流量計(jì)

精度*高,可達(dá)到士0.5%,而且不受管道材質(zhì)、襯里的限制,適用于流量測(cè)量精度要求高的場(chǎng)合。但隨著管徑的增大,成本也會(huì)隨之增加,通常情況下,選用中小口徑的管段式超聲波流量計(jì),較為經(jīng)濟(jì)。

3.5固定式超聲波流量計(jì)

如果有足夠的安裝空間,使用插人式換能器代替外貼式換能器,徹底消除了管襯、結(jié)垢及管壁對(duì)超聲波信號(hào)衰減的影響,測(cè)量穩(wěn)定性更高,也大大減小了維護(hù)工作量。而且,由于插人式換能器也可以不斷流安裝,所以其應(yīng)用正在不斷推廣。

有的廠家推出了內(nèi)部為數(shù)字化電路的超聲波流量計(jì),其特點(diǎn)是采用數(shù)字電路處理信號(hào),糾錯(cuò)能力增強(qiáng),取樣及時(shí),精度提高(模擬電路的精度為士1.5%,數(shù)字電路可以達(dá)到土1.0%),而且集成度提高,儀表體積大大減小,有多種信號(hào)輸出模式供選擇,在實(shí)際應(yīng)用也取得了很好的效果。用戶在使用中可以和模擬電路的超聲波流量計(jì)進(jìn)行比較。

超聲波流量計(jì)的功能選擇,用戶可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。如果測(cè)量雙向流體,一定要選擇帶有正負(fù)計(jì)量功能的超聲波流量計(jì);如果用戶需要定期了解流體在某一時(shí)段有流量情況,可選擇帶打印機(jī)的超聲波流量計(jì)。總之,所選擇的超聲波流量計(jì)的功能既要滿足用戶需要,也不必貪多求全,造成許多功能閑置不用,而增加購(gòu)買(mǎi)成本。

4 超聲波流量計(jì)的應(yīng)用

超聲波流量計(jì)在應(yīng)用中,需要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:

4.1正確選型

這是超聲波流量計(jì)能夠正常工作的基礎(chǔ)。如果選型不當(dāng),或會(huì)造成流量無(wú)法測(cè)量,或者用戶使用不便等后果。具體選型原則,前面已經(jīng)作了詳細(xì)的介紹。

4.2合理安裝

換能器安裝不合理是超聲波流量計(jì)不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個(gè)問(wèn)題。確定位置時(shí)除保證足夠的上、下游直管段外,尤其要注意換能器盡量避開(kāi)有變頻調(diào)速器、電焊機(jī)等污染電源的場(chǎng)合。在安裝方式上,主要有對(duì)貼安裝方式和V方式、Z方式三種,如圖3。多譜勒式超聲波流量計(jì)采用對(duì)貼式安裝方式,時(shí)差式超聲波流量計(jì)采用V方式或Z方式,通常情況下,管徑小于30Omm時(shí),采用V方式安裝,管徑大于Zoomm時(shí),采用Z方式安裝。對(duì)于既可以用V方式又可以用Z方式安裝的換能器,盡量選Z方式。實(shí)踐表明,Z方式安裝的換能器超聲波信號(hào)強(qiáng)度高,測(cè)量的穩(wěn)定性也好。

4.3及時(shí)核校

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝固定式超聲波流量計(jì)數(shù)量大、范圍廣的用戶,可以配備一臺(tái)同類型的便攜式超聲波流量計(jì),用于核校現(xiàn)場(chǎng)儀表的測(cè)量情況。一是堅(jiān)持一裝一校,即對(duì)每一臺(tái)新裝超聲波流量計(jì)在安裝調(diào)試時(shí)進(jìn)行核校,確保選位好、安裝好、測(cè)量準(zhǔn);二是對(duì)在線運(yùn)行的超聲波流量計(jì)發(fā)生流量突變時(shí),要利用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行及時(shí)核校,查清流量突變的原因,弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實(shí)發(fā)生了變化。

4.4定期維護(hù)

與其它流量?jī)x表相比,超聲波流量計(jì)的維護(hù)量是比較小的。對(duì)于外貼換能器超聲波流量計(jì),安裝以后無(wú)水壓損失,無(wú)潛在漏水,只需定期檢查換能器是否松動(dòng),與管道之間的粘合劑是否良好即可;插人式超聲波流量計(jì),要定期清理探頭上沉積的雜質(zhì)、水垢并檢查有無(wú)漏水現(xiàn)象;如果是一體式超聲波流量計(jì),要檢查流量計(jì)與管道之間的法蘭連接是否良好,并考慮現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度對(duì)其電子部件的影響,等等。定期維護(hù)可以確保超聲波流量計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

4.5故障排除

超聲波流量計(jì)常見(jiàn)的故障原因及排除故障的方法如表: