超声波流量计的基本测量原理

介绍了超声波流量计的基本测量原理． 从实际出发，概括了外夹式 ZCL － 1 型超声波流量计在水处理应用的选型、安装调试中的注意事项，并对其在应用中的故障处理进行浅显的分析．

超声波测流量没有压力损失，而且能测量腐蚀、不导电的液体，所以超声波测流量能用于很多其它测量流量方法不能应用的场合，在宝钢集团广东韶关钢铁有限公司炼钢、轧钢水处理方面广泛应用．

1.超声波流量计测量原理

ZCL － 1 型超声波流量计是一种外夹、通用、时间差型超声波液体流量计． 它的基本原理是: 当超声波束在液体中传播，流体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化△T，正比于液L体的流速 V，其关系符合下列公式: V=2cos θ ×T Tup × Tdown，其中 L 为上游探头到下游探头长度;θ 为为声音传播与液体流动方向的夹角; Tup 为从下游探头到上游探头超声脉冲的传播时间; Tdowm为从上游探头到下游探头超声脉冲的传播时间;

由此可见，液体的流速 V 正比于时间差△T． 由于超声波在不同温度的液体内传播的时间略有变化，故仪器本身具有温度补偿的功能． 由探头发射并接收超声波信号，通过转换、放大、运算、补偿处理后显示测量流量值，不同管道所需的不同参数均由仪器内计算机软件自动调整． 通过功能显示键可随时显示介质流速，瞬时流量，累计流量，信号强度，从而监视仪表运转情况．

2.主要特点

1) 外缚式安装，安装及更换时不用破管，省繁琐工作及费用;

2) 工作自动寻找，确保测量的***佳状态和精度，自动定位判断，保证安装正确、快速、简便;

3) 模块化设计，各功能块可以互换，便于维修; 4) 测量范围大，流速达 ± 15 m / s，管径 80 ～000 mm，并保持标定精度;

5) 可测量多种不同液体．

3.安装调试

3． 1  安装时要注意的步骤

1) 观察安装现场管道是否满足直管段前 10D后 5D 以及离泵 30D 的距离要求 ( D 为管道内直径) ．

2) 确认管道内流体介质以及是否满管．

3) 确认管道材质以及壁厚．

4) 前三步骤完成后可确认使用何种传感器安装．

5) 传感器选择完毕后，开始向表体输入参数以确定安装距离．

6) 测量出安装距离至关重要．

3． 2 安装方式

在安装探头前，首先要确定测量位置和安装方式． 通常情况下采用 V 方式测量，当被测液体的浊度较高时，接受信号强度较弱时宜采用 Z 方式测量，使接收到的是较强的声波直接折射信号，有利于仪表的稳定性．

1) Z 型安装方式

“Z”型安装一般适用于输水管道粗或水介质不很洁净或管道内壁有水垢而使“V”式安装信号失真状况． 一般说来，300 mm 以上管径的输水管道选用“Z”式安装较适宜，“Z”式安装的可测管径范围通常在 100 ～ 600 mm． 安装传感器( 探头) 时须注意上下游两传感器( 探头) 与输水管道轴线在同一平面内，且下游传感器( 探头) 在低位、上游传感器( 探头) 在高位． 

2) V 型安装方式

“V”型安装是标准的安装方法，可测管径范围为 25 ～ 400 mm． 安装传感器( 探头) 时须注意上下游两传感器( 探头) 水平对齐，使其中心连线与输水管道轴线水平一致． 

3． 3 安装调试

选择安装方式按规定技术确定好位置后，用汽油等溶剂将管外欲安装探头的区域清理干净，除去一切锈迹油漆，选择管材致密部分进行探头安装，在探头的中心部分和管壁涂上足够的耦合剂，然后把探头紧贴在管壁上捆绑好，再接通电源，复查输入数据正确无误后，应可以正式投入运行． 需要指出的是信号强度系数，它是指上下游两个方向上接收信号，对上下游传感器( 即探头) 的安装位置、间距、管道接合度进行调整，将上下游两个方向上接收的信号强度调整至***强( 信号强度越大则测量值越稳定、可信度越大，越能长时可靠运行) ，当信号强度太低时，应重新检查探头的安装位置．

4.超声波流量计使用中的常见故障与处理

1) 瞬时流量计波动大．

故障原因: 信号强度波动大; 本身测量流体波动大．

处理对策: 调整好探头位置，增强信号强度( 保持在 3 !以上) 保证信号强度稳 定，如本身流体波动大，则位置不好，重新选点，确保前 10D 后 5D 的工况要求．

2) 读数不准确．

故障原因: a) 传感器装在水平管道的顶部和底部的沉淀物，干扰超声波信号． b) 传感器装在水流向下的管道上，管内未充满流体．

处理对策: a) 将传感器装在管道两侧． b) 将传感器装在充满流体的管段上．

3) 传感器是好的，但流速低或没有流速．

故障原因: a) 由于管道外的油漆、铁锈未清除干净． b) 管道面凹凸不平或安装在焊接缝处． c) 管道圆度不好，内表面不光滑，有管衬式结垢． 若管材为铸铁管，则有可能出现此情况． d) 被测介质为纯净物或固体悬浮物过低． e) 传感器安装纤维玻璃的管道上． f) 传感器安装在套管上，则会削弱超声波信号． g) 传感器与管道耦合不好，耦合面有缝隙或气泡．

处理对策: a) 重新清除管道，安装传感器． b) 将管道磨平或远离焊缝处． c) 选择钢管等内表面光滑管道材质或衬的地方． d) 选用适合的其它类型仪表． e) 将玻璃纤维除去． f) 将传感器移到无套管的管段部位上． g) 重新安装耦合剂．

4) 开机无显示

故障原因: 电源电压与仪表额定值不对应或保险丝烧断．

处理对策: 检查电源电压是否与仪表的额定值相对应，保险丝是否烧断． 如不是以上原因则通知厂家专业人员处理．

5) 开机后仪表背光而无任何字符显示．故障原因: 一般为芯片程序丢失．

处理对策: 通知厂家专业人员处理．

6) 仪表在现场强干扰下无法使用．

故障原因: 供电电源波动范围较大或四周有变频器或强磁场干扰或接地线不正确．

处理对策: 给仪表提供稳定的供电电源; 或将仪表安装远离变频器和强磁场干扰; 或规范设置接地线．

5.定期维护

与其他流量仪表相比，超声波流量计的维护量是比较小的． 对于外贴换能器超声波流量计，安装以后无水压损失，无潜在漏水，只需定期检查换能器是否松动，管道之间的粘合剂是否良好即可; 插入式超声波流量计，要定期清理探头上沉积的杂质、水垢等有无漏水现象; 如果是一体式超声波流量计，要检查流量计与管道之间的法兰链接是否良好，并考虑现场温度和湿度对其电子部件的影响等． 定期维护可以确保超声波流量计的长期稳定运行．

6.及时核校

对于现场安装固定式超声波流量计数量大、范围广的用户，可以配备一台同类型的便携式超声波流量计，用于核校现场仪表的情况． 一是坚持一装一校，即对每一台新装超声波流量计安装调试时进行核校，确保选位好、安装好、测量准; 二是在线运行的超声波流量计发生流量突变时，要利用便携式超声波流量计进行及时核校，查清流量突变的原因，弄清楚是仪表发生故障还是流量确实发生了变化． 定期维护可以确保超声波流量计的长期稳定运行．

7.结 语

提高水处理水流量的计量准确性，降低生产成本，为监督生产过程的准确性提供行之有效的计量保证．