超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。

原理

根據(jù)對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法(直接時差法、時差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。

超聲流量計和超聲波流量計一樣，因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件，均屬*流量計，是適于解決流量測量困難問題的一類流量計，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點，它是發(fā)展迅速的一類流量計之一。

優(yōu)點

超聲波流量計是一種非接觸式儀表，它既可以測量大管徑的介質(zhì)流量也可以用于不易接觸和觀察的介質(zhì)的測量。它的測量準(zhǔn)確度很高，幾乎不受被測介質(zhì)的各種參數(shù)的干擾，尤其可以解決其它儀表不能的強腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測量問題。

缺點

現(xiàn)今所存在的缺點主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國只能用于測量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計的測量線路比一般流量計復(fù)雜。這是因為，一般工業(yè)計量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m/s左右，被測流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量zui大也是10-3數(shù)量級.若要求測量流速的準(zhǔn)確度為1%，則對聲速的測量準(zhǔn)確度需為10-5~10-6數(shù)量級，因此必須有完善的測量線路才能實現(xiàn)，這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實際應(yīng)用的原因。

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。

超聲波流量計換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動。薄片直徑超過厚度的10倍，以保證振動的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入到流體中，需把元件放入聲楔中，構(gòu)成換能器整體(又稱探頭)。聲楔的材料不僅要求強度高、耐老化，而且要求超聲波經(jīng)聲楔后能量損失小即透射系數(shù)接近1。常用的聲楔材料是有機玻璃，因為它透明，可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。

特點功能

◆*的信號數(shù)字化處理技術(shù)，使儀表測量信號更穩(wěn)定、抗*力強、計量更準(zhǔn)確。

◆無機械傳動部件不容易損壞，免維護，壽命長。

◆電路更優(yōu)化、集成度高;功耗低、可靠性高。

◆智能化標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，人機界面友好、多種二次信號輸出，供您任意選擇。

◆管段式小管徑測量經(jīng)濟又方便，測量精度高。

超聲波流量計常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應(yīng)，采用適出的發(fā)射電路把電能加到發(fā)射換能器的壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振動。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔?，以便檢測。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。

注意事項

超聲波流量計正確選型才能保證超聲波流量計更好的使用。選用什么種類的超聲波流量計應(yīng)根據(jù)被測流體介質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)來決定，使超聲波流量計的通徑、流量范圍、襯里材料、電極材料和輸出電流等都能適應(yīng)被測流體的性質(zhì)和流量測量的要求。

1、精密功能檢查

精度等級和功能根據(jù)測量要求和使用場合選擇儀表精 度等級，做到經(jīng)濟合算。比如用于貿(mào)易結(jié)算、產(chǎn)品交接和能源計量的場合，應(yīng)該選擇精度等級高些，如1.0級、0.5級，或者更高等級; 用于過程控制的場合，根據(jù)控制要求選擇不 同精度等級;有些僅僅是檢測一下過程流量，無需做控制和計量的場合，可以選擇精度等級稍低的，如1.5級、2.5級，甚至 4.0級，這時可以選用價格低廉的插入式超聲波流量計。

可測量的介質(zhì)

測量介質(zhì)流速、儀表量程與口徑 測量一般的介質(zhì)時，超聲波流量計的滿度 流量可以在測量介質(zhì)流速0.5-12m/s范圍內(nèi) 選用，范圍比較寬。選擇儀表規(guī)格(口徑)不一 定與工藝管道相同，應(yīng)視測量流量范圍是否，在流速范圍內(nèi)確定，即當(dāng)管道流速偏低，不能滿足流量儀表要求時或者在此流速下測量準(zhǔn) 確度不能保證時，需要縮小儀表口徑，從而提 高管內(nèi)流速，得到滿意測量結(jié)果

測量原理

當(dāng)超聲波束在液體中傳播時，液體的流動將使傳播時間產(chǎn)生微小變化，并且其傳播時間的變化正比于液體的流速，其關(guān)系符合下列表達式

其中

θ為聲束與液體流動方向的夾角

M 為聲束在液體的直線傳播次數(shù)

D 為管道內(nèi)徑

Tup 為聲束在正方向上的傳播時間

Tdown為聲束在逆方向上的傳播時間

ΔT=Tup –Tdown

設(shè)靜止流體中的聲速為c，流體流動的速度為u，傳播距離為L，當(dāng)聲波與流體流動方向一致時(即順流方向)，其傳播速度為c+u;反之，傳播速度為c-u.在相距為L的兩處分別放置兩組超聲波發(fā)生器和接收器(T1,R1)和(T2,R2)。當(dāng)T1順方向，T2逆方向發(fā)射超聲波時，超聲波分別到達接收器R1和R2所需要的時間為t1和t2,則

t1=L/(c+u); t2=L/(c-u)

由于在工業(yè)管道中，流體的流速比聲速小的多，即c>>u,因此兩者的時間差為 ▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，當(dāng)聲波在流體中的傳播速度c已知時，只要測出時間差▽t即可求出流速u，進而可求出流量Q。利用這個原理進行流量測量的方法稱為時差法。此外還可用相差法、頻差法等。

安裝介紹

時差式超聲波流量計是當(dāng)今世界上具競爭力的流量測量手段，其測量線精度高于1.0%。由于工業(yè)現(xiàn)場特別是管路周圍環(huán)境的多樣性，因此，怎樣根據(jù)特定的環(huán)境安裝調(diào)試超聲波流量計，就成了超聲波流量測量領(lǐng)域的一個重要課題，本規(guī)程詳解了超聲波流量計的安裝細節(jié);從而進一步完整體現(xiàn)了超聲波流量計的精度、可靠性和穩(wěn)定性的優(yōu)勢，大大降低日后的維護工作甚至免維護。

折疊安裝細解

超聲波流量計在安裝之前應(yīng)了解現(xiàn)場情況，包括:

1.安裝傳感器處距主機距離為多少;

2.管道材質(zhì)、管壁厚度及管徑;

3.管道年限;

4.流體類型、是否含有雜質(zhì)、氣泡以及是否滿管;

5.流體溫度;

6.安裝現(xiàn)場是否有干擾源(如變頻、強磁場等);

7.主機安放處四季溫度;

8.使用的電源電壓是否穩(wěn)定;

9.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。

安裝方式

超聲波流量計一般有兩種探頭安裝方式，即Z法和V法。

但是,當(dāng)D < 200mm而現(xiàn)場情況為下列條件之一者,也可采用Z法安裝:

1、當(dāng)被測量流體濁度高，用V法測量收不到信號或信號很弱時;

2、當(dāng)管道內(nèi)壁有襯里時;

3、當(dāng)管道使用年限太長且內(nèi)壁結(jié)垢嚴重時;

對于管道條件較好者，即使D稍大于200mm，為了提高測量精度，也可采用V法安裝

常見問題

1、超聲波流量計探頭使用一段時間，會出現(xiàn)不定期的報警。尤其是輸送介質(zhì)雜質(zhì)較多時，這種問題會較常見。解決辦法:定期清理探頭(建議一年清理一次)。

2、超聲波流量計輸送介質(zhì)含有水等液體雜質(zhì)時，流量計引壓管容易產(chǎn)生積液，氣溫較低時會出現(xiàn)引壓管凍堵現(xiàn)象，尤其在北方地區(qū)冬季較常見。解決辦法:對引壓管進行吹掃或加電伴熱

3、超聲波流量計對管道的要求非常嚴格 不能有異響 否則會影響測量誤差很大

超聲波在傳播過程中，由于受介質(zhì)和介質(zhì)中雜質(zhì)的阻礙或吸收，其強度會產(chǎn)生衰減。不論是超聲波流量計還是超聲波物位計，對所接受的聲波強度都有一定要求，所以都要對各種衰減進行抑制。

4、瞬時流量波動大?

信號強度大,本身測量流體波動大.

解決方法:調(diào)整好探頭位置,提高信號強度,保證信號強度穩(wěn)定,如本身流體波動大,則位置不好,重新選點,確保*D后5D的工況要求.

5、外夾式超聲波流量計信號低?

這個取決于儀表本身的技術(shù)含量,經(jīng)過現(xiàn)場大量的測試實例證明,像管道時間長,結(jié)垢嚴重,管徑大的問題,艾拓利爾AFTU-2W系列較其他外夾式超聲波流量計,出信號非?？?而且信號很穩(wěn)定。.

解決方法:對于管徑大、結(jié)垢嚴重、建議選用品質(zhì)好的外夾式超聲波流量計，探頭安裝處管道要打磨干凈,用耦合劑或耦合片排除探頭與工件表面之間的空氣，使超聲波能有效地傳入管道內(nèi)，保證探測面上有足夠的聲強透射率.

6、測量介質(zhì)中偶爾有氣泡產(chǎn)生,用時差法的超聲波流量計是否有影響?

今艾拓利爾AFTU-2W系列外夾式超聲波流量計有雙模式,當(dāng)有氣泡時,可以自動轉(zhuǎn)入多普勒模式去測量,當(dāng)氣泡消失時,會自動轉(zhuǎn)入時差法測量.

7、儀表在現(xiàn)場強干擾下無法使用?

現(xiàn)場有變頻器或高電壓電纜場強電磁干擾

建議:遠離變頻器或高電壓電纜場強電磁干擾

8、目前市場上外夾式的超聲波流量計管徑zui小能測到多少?溫度zui高多少?

解答:現(xiàn)在*只有艾拓利爾AFTU-2W系列zui小管徑能測到6mm,溫度能測到550℃，像測熔鹽和導(dǎo)熱油這類工況，這是其他品牌流量計無法做到的。

9、怎樣選擇一款合適的超聲波流量計?

解答: 管道材質(zhì)、管壁厚度及管徑;流體類型、是否含有雜質(zhì)、氣泡以及是否滿管;流體溫度，流量計類型，是便攜的還是固定在線的。

超聲波流量計采用時差式測量原理:一個探頭發(fā)射信號穿過管壁、介質(zhì)、另一側(cè)管壁后，被另一個探頭接收到，同時，第二個探頭同樣發(fā)射信號被*個探頭接收到，由于受到介質(zhì)流速的影響，二者存在時間差Δt，根據(jù)推算可以得出流速V和時間差Δt之間的換算關(guān)系V=(C2/2L)×Δt，進而可以得到流量值。