本文介紹了超聲波流量計(jì)的工作原理，比較了各種測(cè)量方法之間的差異。還簡(jiǎn)要論述了超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)和工程應(yīng)用領(lǐng)域的選擇、安裝、維護(hù)、維護(hù)要點(diǎn)。


最近大量出現(xiàn)了新型超聲波流量計(jì)的品種，在石油化學(xué)、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，成為新流量計(jì)的主要品種之一。以非接觸的方式測(cè)量流量，因此可以有效地解決強(qiáng)腐蝕、放射性、堵塞、粘滯性、壓力損失小、不允許泄漏的介質(zhì)、氣泡、包含粒子等條件。對(duì)于外夾式超聲波流量計(jì)，管道大小與價(jià)格無(wú)關(guān)，因此廣泛應(yīng)用于大型管道大流量測(cè)量，尤其是大型管道大流量測(cè)量。
2超聲波流量計(jì)原理和測(cè)量方法
2.1測(cè)量原理和配置
超聲波流量計(jì)基于超聲波在流動(dòng)流體中傳播時(shí)傳遞流體流速的信息。例如，下游和逆流的傳播速度是由于流體流速重疊而不同的。因此，通過(guò)接收到的超聲波，可以檢測(cè)流體的流速，并將其轉(zhuǎn)換為流速。
超聲波流量計(jì)由超聲波轉(zhuǎn)換器、電子電路和流量指示和累計(jì)系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射轉(zhuǎn)換器將電力轉(zhuǎn)換為超聲波能量，向被攝體發(fā)射，并通過(guò)電子電路放大接收到的超聲波信號(hào)，以指示流動(dòng)的電信號(hào)供給標(biāo)記和累計(jì)測(cè)量?jī)x顯示和積累。這允許流量檢測(cè)和顯示。
2.2測(cè)量方法
根據(jù)檢測(cè)方法，可以分為傳播速度差方法(時(shí)間差方法、頻率差方法、相位差方法)、多普勒方法、光束偏移方法、噪聲方法和相關(guān)方法等多種類(lèi)型的超聲波流量計(jì)。
直接時(shí)差法、頻率差法和相位差法的基本原理都被統(tǒng)稱(chēng)為傳播速度差法，因?yàn)樗ㄟ^(guò)測(cè)量超聲波脈沖下游和反向傳播時(shí)間速度的差異來(lái)反映流體的流速。其中，頻率差法和時(shí)差法克服了流體溫度變化引起的聲速誤差，準(zhǔn)確度高，被廣泛采用。
多普勒方法利用聲學(xué)多普勒原理測(cè)量非均勻流體中散射的超聲多普勒頻移，確定流體流動(dòng)，適用于懸浮粒子、氣泡等流體流動(dòng)的測(cè)量。
梁偏移方法是根據(jù)流體流速的變化，利用超聲梁在流體中的傳播方向反映流體流速，在低流速下靈敏度很低。
噪音法(消音法)通過(guò)利用管道內(nèi)流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪音與流體流速相關(guān)的原理檢測(cè)噪音，來(lái)表示流速或流量值。方法簡(jiǎn)單，設(shè)備價(jià)格便宜，但準(zhǔn)確度低。相關(guān)法律是近年來(lái)的新方法。相關(guān)法是利用相關(guān)技術(shù)測(cè)量流量，原則上，該方法的測(cè)量精度與流體的聲速無(wú)關(guān)，因此與流體溫度、濃度等無(wú)關(guān)，因此測(cè)量精度高，應(yīng)用范圍廣。但是價(jià)格昂貴，線(xiàn)路比較復(fù)雜。
這些方法各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)流量分布、管道安裝位置、測(cè)量精度要求等進(jìn)行選擇。一般使用頻率差法，因?yàn)樯a(chǎn)中工作條件的溫度不穩(wěn)定。直接時(shí)差法只在直徑很高的時(shí)候使用。由于流速擾動(dòng)而產(chǎn)生的流量測(cè)量誤差也可以通過(guò)多聲道(例如，2通道或4通道)克服，前提是流場(chǎng)不固定，并且桌子前面的直線(xiàn)段較短。多普勒方法適用于兩相流的測(cè)量，防止了現(xiàn)有儀器造成懸浮顆�；驓馀莸亩氯�、磨損、附著和無(wú)法工作的弊病，從而實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展。
隨著工業(yè)的發(fā)展和節(jié)能工作的進(jìn)行，開(kāi)發(fā)了煤油混合(COM)、煤水泥復(fù)合(CWM)燃料輸送和應(yīng)用、燃料油水燃燒等節(jié)能方法，對(duì)多普勒超聲流量計(jì)的應(yīng)用有了廣闊的前景。下表顯示了超聲波流量計(jì)測(cè)量方法的特性應(yīng)用之間的比較。
3超聲波流量計(jì)的特性
超聲波流量計(jì)是隨著近10多年集成電路技術(shù)的快速發(fā)展而開(kāi)始應(yīng)用的非接觸式儀表，適用于測(cè)量不容易接觸和觀測(cè)的流體和大型管道徑流。
3.1節(jié)能
使用超聲波流量計(jì)，無(wú)需在流體中安裝測(cè)量部件，就可以改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，沒(méi)有額外電阻，沒(méi)有壓力損失，儀表安裝和維護(hù)不影響生產(chǎn)管線(xiàn)運(yùn)行，是理想的節(jié)能流量計(jì)。
3.2適用于困難介質(zhì)和大型管道測(cè)量
探測(cè)器沒(méi)有障礙物，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，不干涉流場(chǎng)，不堵塞，多普勒方法適用于測(cè)量臟流、混合相流等困難的測(cè)試介質(zhì)。不受流體壓力、溫度、粘度、密度影響的非接觸式儀器，可以與水、石油等普通介質(zhì)一起測(cè)量強(qiáng)腐蝕、非導(dǎo)電、爆炸性、放射性。
儀表原則上不受管道尺寸限制，特別適用于大型管道大流量測(cè)量。其他流量計(jì)隨著口徑的增加，成本增加，而超聲波成本與管道大小無(wú)關(guān)，口徑的大優(yōu)點(diǎn)更加明顯。最大口徑可達(dá)2米左右。夾緊超聲波流量計(jì)與管道大小無(wú)關(guān)，也可以用作臨時(shí)測(cè)量�？梢愿墓艿莱叽缁蚋牧髁繙y(cè)量范圍，以很好地適應(yīng)。3.3服務(wù)簡(jiǎn)單
測(cè)試部件維修容易更換，除內(nèi)部組裝外，不需要損壞。
4超聲波流量計(jì)的選擇與應(yīng)用
超聲波流量計(jì)的選擇是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作。設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)換器類(lèi)型、通道設(shè)置方法、轉(zhuǎn)換器及其配件的選擇、現(xiàn)場(chǎng)安裝設(shè)計(jì)和設(shè)備準(zhǔn)備等。
4.1選擇原則
正確的選擇是超聲波流量計(jì)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。
傳播速度差異法常用于清潔的測(cè)試介質(zhì)，高精度的情況下常用。在自來(lái)水公司和工業(yè)用水領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。超聲波流量計(jì)是目前應(yīng)用最廣泛的測(cè)量方法之一。可用于測(cè)量雜質(zhì)含量不高的均質(zhì)流體，精度可達(dá)1.5%。
多普勒適合于測(cè)量準(zhǔn)確度低、可反射超聲波信號(hào)的適量粒子或包含氣泡的液體，如未處理的污水、雜質(zhì)含量穩(wěn)定的工廠(chǎng)工藝液、工廠(chǎng)排出液等。對(duì)主體的要求比較苛刻，不同制造商的儀器性能不同，對(duì)主體的要求也不同。
4.2安裝要求
合理安裝可以保證超聲波流量計(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行。安裝時(shí)要選擇流體流場(chǎng)分布均勻的部分，并充分保證直線(xiàn)段長(zhǎng)度要求，以形成勻速分布。通常，上游直管段長(zhǎng)度為5D到10D(D等于管道直徑，如下所示)，下游直管段長(zhǎng)度為3D到5D。如果直管段長(zhǎng)度不符合要求，測(cè)量精度可能會(huì)下降。要使泵和閥門(mén)盡可能遠(yuǎn)，泵必須距測(cè)量段上游50D，閥必須距測(cè)量段上游30D。安裝時(shí)必須選擇正確的安裝方法。換能器探頭安裝在傾斜和水平管道上時(shí)，必須使用水平位置進(jìn)行安裝。也就是說(shuō)，通常需要在水平面上以45度角放置轉(zhuǎn)換器探頭。管道中的氣泡和雜質(zhì)可以反射或衰減超聲波信號(hào)，從而引起測(cè)量中的大錯(cuò)誤，可以通過(guò)在水平位置安裝的方式將測(cè)量出的流體中的氣泡聚集在管道上，大雜質(zhì)可以沿著管道底部流動(dòng)，安裝的部分可以保證流體充滿(mǎn)，氣泡或氣泡較少。因此，對(duì)流體中超聲波傳播的影響最小，從而最大限度地提高了測(cè)量精度。
4.3正確的工藝管道參數(shù)
精確的工藝管道參數(shù)是獲得精確測(cè)量結(jié)果的基礎(chǔ)。在工藝管線(xiàn)(尤其是前一管線(xiàn))上安裝超聲波流量計(jì)時(shí)，必須獲得準(zhǔn)確的工藝管道參數(shù)，如管道外徑、壁厚、材料、內(nèi)襯等。對(duì)于骯臟的管道，為了獲得更準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，必須將縮放考慮為內(nèi)襯。
4.4其他影響因素
要選取均勻、稠密的管道材料，適合超聲波傳播的直管段。選擇易于安裝和維護(hù)的小型振動(dòng)。安裝轉(zhuǎn)換器探頭部分，油漆、鐵銹、沙子要平整。選擇合適的偶聯(lián)劑安裝時(shí)，在探針安裝部位均勻涂抹。選擇正確的流體類(lèi)型和儀器類(lèi)型，以準(zhǔn)確測(cè)量安裝轉(zhuǎn)換器探頭的距離。選擇支持轉(zhuǎn)換器探測(cè)部分溫度在工作范圍內(nèi)的探測(cè)類(lèi)型。
5超聲波流量計(jì)在維護(hù)和維護(hù)中的使用
在實(shí)際使用中，由于轉(zhuǎn)換器探頭部分的管線(xiàn)振動(dòng)、溫度變化、管道內(nèi)結(jié)垢變化、超聲波流量計(jì)電路工作點(diǎn)的漂移等原因，可能產(chǎn)生不準(zhǔn)確的測(cè)量，因此必須定期檢查和維護(hù)超聲波流量計(jì)。
日常檢查和維護(hù)工作包括信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)良好度檢查、傳輸時(shí)間和傳輸時(shí)差檢查、電流模擬輸出的檢查、定期校準(zhǔn)和校正，以及管道壁厚的變化。
6結(jié)束語(yǔ)
超聲波流量計(jì)是目前工程設(shè)計(jì)應(yīng)用中呈上升趨勢(shì)的流量計(jì)，在流量測(cè)量中發(fā)揮著重要作用。了解和掌握超聲波流量計(jì)的原理性能特性，注意選擇、安裝、使用和維護(hù)，可以達(dá)到準(zhǔn)確的測(cè)量目的。

友情鏈接：超聲波流量計(jì) | 超聲流量計(jì) | 高純水機(jī) | 氨氣檢測(cè)儀 | 煤礦機(jī)械 | 礦山機(jī)械設(shè)備| 鋼制閘門(mén)