摘  要   超聲波流量計(jì)是一種利用超聲波脈沖來測(cè)量流體流量的速度式流量?jī)x表，它從80年代開始進(jìn)入我國工業(yè)生產(chǎn)和計(jì)量領(lǐng)域寺董，并在90年代得到迅速發(fā)展。文章對(duì)我佃國內(nèi)市場(chǎng)上出現(xiàn) 了各類超聲波流量進(jìn)行了深入研究分析刻剥，結(jié)合多年的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)遮咖，系統(tǒng)闡述了超聲波流量計(jì)的分類方法；從儀表性能造虏、被測(cè)介質(zhì)經(jīng)濟(jì)性御吞，實(shí)用性等方面總結(jié)了選用超聲波流量的原則，并對(duì)應(yīng)用中如何選位漓藕、安裝陶珠、維護(hù)提出具體建議挟裂，為用戶合理選擇和應(yīng)用超聲波流量計(jì)提供了一些可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)和方法。
    關(guān)鍵詞    超聲流量計(jì)揍诽；換能器诀蓉；時(shí)差式；安裝方式
   
    近幾年來竖枚，隨著電子技術(shù)劝讯、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)展很快路棍，基于不同原理持乌，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)廣大用戶提出如何認(rèn)識(shí)超聲波流量計(jì)攀叼、怎樣選擇合適的類型硫搏，使用中應(yīng)注意些什么問題等一系列問題，本文綜合國內(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)踐要嘿，對(duì)上述問題進(jìn)行了些探討涝调。

    1 超聲波流量計(jì)的分類

    超聲波流量計(jì)的各類很多，依照不同的分類方法杭厘，可以分為不同類型的超聲波流量計(jì)酣殊。

1.1 多譜勒式超聲波流量計(jì)

    如圖1，換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號(hào)隶丁，經(jīng)過管道內(nèi)液體中的懸浮顆廖疲或氣泡后，頻率發(fā)生偏移漆际，以f2的頻率反射到換能器2淆珊，這就是多譜勒將就，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd奸汇。
   設(shè)流體流速為v施符，超聲波聲速為c，多譜勒頻移fd正比于流體流速v擂找，即

所以流體流速

   當(dāng)管道條件戳吝、換能器安裝位置、發(fā)射頻率贯涎、聲速確定以后听哭，c、f1塘雳、θ即為常數(shù)陆盘，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過測(cè)量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量丰搞。

    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測(cè)量流體流量的沉沾。

如圖2，換能器1向換能器2發(fā)射超聲波信號(hào)稚铡，這是順流方向革辖，其傳播時(shí)間為

    反之，逆流方向的傳播時(shí)間為：
    時(shí)間差為：
    由于c>>v嚣僚，故
    所以胀蹭，流體流速
    同樣，c甫沉、L见丘、θ均為常數(shù)，測(cè)得時(shí)間差△t即可求出流體流速v進(jìn)而求得流體流量似靖。
    2 區(qū)別

    根據(jù)超聲波流量計(jì)使用場(chǎng)合不同匀挪，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這兩類超聲波流量計(jì)的主要區(qū)別

    (1)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录切，對(duì)某一特定管道內(nèi)流體的流量進(jìn)行長(zhǎng)期不間斷的計(jì)量炎剿；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)量蓝角。
    (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)行阱穗，所以要使用220V交流電源，便攜式超聲波流量計(jì)既可以使用現(xiàn)場(chǎng)的交流電源使鹅，也備有內(nèi)置充電電池揪阶，可以連續(xù)工作5～10h［小時(shí)］，大大方便了不同場(chǎng)合臨時(shí)性流量測(cè)量的需要患朱。
    (3)部分功能不同
    因定式超聲波流量計(jì)鲁僚，通常都有4-20mA信號(hào)輸出等功能，供遠(yuǎn)傳顯示使用裁厅，但其內(nèi)部只能存貯一條管道的參數(shù)冰沙；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，故一般無輸出信號(hào)功能执虹，但為了方便測(cè)量不同管道流量拓挥，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)袋励，供隨時(shí)調(diào)出使用侥啤。

    2.2 換能器供電方式不同

    可以分為外貼式、插入式淤点、管段式三種超聲波流量計(jì)。
    (1)外貼式
    外貼式超聲波流量計(jì)是生產(chǎn)最早能盈，用戶最熟悉且應(yīng)用最廣泛的超聲波流量計(jì)揉远，安裝換能器無需管道斷流斟迁，即貼即用，它充分體現(xiàn)了超聲波流量計(jì)安裝簡(jiǎn)單衰件、使用方便的特點(diǎn)邻因。
    (2)管段式
    某些管道因材質(zhì)疏、導(dǎo)聲不良擅盏，或者銹蝕嚴(yán)重耽暖，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)重纹硼，用外貼式超聲波流量計(jì)無法正常測(cè)量英胖，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)量管組成一體壶缚，解決了外貼式流量計(jì)在測(cè)量中的一個(gè)難題皿港。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)不斷流安裝這一優(yōu)點(diǎn)溉奕，要求切開管道安裝換能器褂傀。
    (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加勤，利用專門工具在有水的管道上打孔仙辟，把換能器插入管道內(nèi)，完成安裝鳄梅。由于換能器在管道內(nèi)叠国，其信號(hào)的發(fā)射、接受只經(jīng)過被測(cè)介質(zhì)卫枝，而不經(jīng)過管壁和襯里煎饼，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)除上述各種類型外校赤，近年來又出現(xiàn)了采用數(shù)字化電路的數(shù)字式超聲波流量計(jì)吆玖，把換能器和轉(zhuǎn)換器做在一起的一體式超聲波流量計(jì)，等等马篮。面對(duì)眾多類型的超聲波流量計(jì)沾乘，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)的顆练汤幔或氣泡的流體杰赴，如工廠排放液、未處理的污水挂闺、雜志含量穩(wěn)定的工廠過程液等便金。要注意它對(duì)被測(cè)介質(zhì)要求比較苛刻，即不能是潔凈水，同時(shí)雜技含量要相對(duì)穩(wěn)定断克，才可以正常測(cè)量戈般，而且不同廠家的儀表性能及對(duì)被測(cè)廠家的要求也不一樣。選擇此類超聲波流量計(jì)即要對(duì)被測(cè)介質(zhì)心中有數(shù)抑琳，也要對(duì)所選用的超聲波流量計(jì)的性能候塞、精度和對(duì)被測(cè)介質(zhì)的要求有深入的了解。

    3.2便攜式超聲波流量計(jì)

    適用于臨時(shí)性測(cè)量果嗜，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)季键，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)流量情況等补颗。如果不作固定安裝可都，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)进每。

    3.3時(shí)差式超聲波流量計(jì)

    目前生產(chǎn)最多汹粤、應(yīng)用范圍最廣泛的是時(shí)差式超聲波流量計(jì)。它主要用來測(cè)量潔凈的流體流量田晚，在自來水公司和工業(yè)用水領(lǐng)域嘱兼，得到廣泛應(yīng)用。此外它也可以測(cè)量雜技含量不高(雜質(zhì)含量小于10g/L贤徒，粒徑小于1mm)的均勻流體芹壕，如污水等介質(zhì)的流量，而且精度可達(dá)±1.5%接奈。實(shí)際應(yīng)用表明踢涌，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)到滿意的效果序宦。

    3.4管道式超聲波流量計(jì)

    精度最高睁壁，可達(dá)到±0.5%，而且不受管道材質(zhì)互捌、襯里的限制癌割，適用于流量測(cè)量精度要求高的場(chǎng)合。但隨著管徑的增大茵沾，成本也會(huì)隨增加窟怪，通常情況下，選用中小口徑的管段式超聲波流量計(jì)负腻，較為經(jīng)濟(jì)嫡笔。

    3.5固定式超聲波流量計(jì)

    如果有足夠的安裝空間，使用插入式換能器代替外貼式換能器淡窘，徹底消除了管襯辞仇、結(jié)垢及管壁對(duì)超聲波信號(hào)衰減的影響鹏汁，測(cè)量穩(wěn)定性更高，也大大減小了維護(hù)工作量板拂。而且偷欲，由于插入式換能器也可以不斷流安裝，所以其應(yīng)用正在不斷推廣涣母。
    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)撕贞，糾錯(cuò)能力增強(qiáng)更耻，取樣及時(shí)，精度提高(模擬電路的精度為±1.5%捏膨，數(shù)字電路可以達(dá)到±1.0%)秧均，而且集成度提高，儀表體積大大減小号涯，有多種信號(hào)輸出模式供選擇目胡，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)行比較链快。
    超聲波流量計(jì)的功能選擇誉己，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況來確定。如果測(cè)量雙向流體域蜗，一定要選擇帶有正負(fù)計(jì)量功能的超聲波流量計(jì)巨双；如果用戶需要定期了解流體在一定時(shí)段有流量情況，可以選擇帶打印機(jī)的超聲波流量計(jì)霉祸≈郏總之，所選擇的超聲波流量計(jì)的功能既要滿足用戶需要丝蹭，也不必貪多求全疗刮，造成許多功能閉置不用，而增加購買成本蝌购。

    4 超聲波流量計(jì)的應(yīng)用

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

    4.1 正確選擇

    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)逻烛，或會(huì)造成流量無法測(cè)量宪隅，或者用戶使用不做便等后果。具體選型原則潭拖，前面已做了詳細(xì)的介紹赫丈。

   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)問題厦螟。確定位置時(shí)除保證足夠的上官溜、下游直管段外怎开，尤其要注意換能器盡量避開有變頻調(diào)速囂、電焊機(jī)等污染電源的場(chǎng)合牵字。在安裝方式上铲蒸，主要有對(duì)貼安裝方式和V方式、Z方式三種岸夯，如圖3麻献。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方式和Z方式猜扮，通常情況下勉吻，管徑小于300mm時(shí)，采用V方式安裝旅赢， 管徑大于200mm時(shí)齿桃，采用Z方式安裝。對(duì)于即可以用V方式安裝又可以方式安裝的換能器煮盼，盡量選用Z方式短纵。實(shí)踐表明，Z方式安裝的換能器超聲波信號(hào)強(qiáng)度高僵控，測(cè)量的穩(wěn)定性也好香到。 

    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、范圍廣的用戶报破，可以配備一臺(tái)同類型的便攜式超聲波流量計(jì)养渴，用于核校現(xiàn)場(chǎng)儀表的情況抛惶。一是堅(jiān)持一裝一校伍茎，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，確保選位好衡蟹、安裝好已清、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)镇弄，要利用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行及時(shí)核校卷霜，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)生了變化纽肄。

    4.4 定期維護(hù)

    與其他流量?jī)x表相比遗渊，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)夹村，安裝以后無水壓損失什异，無潛在漏水，只需定期檢查換能器是否松動(dòng)袒兵，與管道之間的粘合劑是否良好即可毙驯；插入式超聲波流量計(jì)倒堕，要定期清理探頭上沉積的雜質(zhì)、水垢等有無漏水現(xiàn)象爆价；如果是一體式超聲波流量計(jì)垦巴，要檢查流量計(jì)與管道之間的法蘭鏈接是否良好，并考慮現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度對(duì)其電子部件的影響铭段，等待骤宣。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)常見的故障原因及排除故障的方法如表：

    3 結(jié)束語

    目前，超聲波流量計(jì)的各類很多展运，應(yīng)用也很廣泛，在流量測(cè)量方面發(fā)揮著越來越重要的作用精刷，而且其技術(shù)更新很快拗胜，不斷有新型的超聲波流量計(jì)推向市場(chǎng)，走向用戶怒允。只有把握超聲波流量計(jì)的發(fā)方向埂软，才能更好的了解它，應(yīng)用它思袋，便它更好的服務(wù)于生產(chǎn)和計(jì)量工作聪供。