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閱讀：13發(fā)布時(shí)間：2025-7-7
一 概述
近幾年來(lái)，基于不同原理，適用于不同場(chǎng)合的各種形式的超聲流量計(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)超聲流量計(jì)、怎樣選擇合適的類(lèi)型、使用中應(yīng)注意些什么等一系列問(wèn)題。本文綜合國(guó)內(nèi)超聲流量計(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。
二 超聲流量計(jì)的分類(lèi)
1 按使用原理分類(lèi)
（1）多譜勒式超聲流量計(jì)
多譜勒式超聲流量計(jì)是利用多譜勒效應(yīng)原理來(lái)測(cè)量流體流量的。
如圖1所示，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)，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。
設(shè)流體流速為v，超聲波聲速為c，多譜勒頻移fd正比于流體流速v，即：
所以流體流速
當(dāng)管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數(shù)，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過(guò)測(cè)量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。
（2）時(shí)差式超聲流量計(jì)
時(shí)差式超聲流量計(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所示，換能器1向換能器2發(fā)射超聲波信號(hào)，這是順流方向，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，故
所以，流體流速
同樣，c、L、q均為常數(shù)，測(cè)得時(shí)間差Δt即可求出流體流速v，進(jìn)而求得流體流量。
2 按使用場(chǎng)合分類(lèi)
根據(jù)超聲流量計(jì)使用場(chǎng)合不同，可以分為固定式超聲流量計(jì)和便攜式超聲流量計(jì)。
這兩類(lèi)超聲流量計(jì)的主要區(qū)別在于：
（1）適用的場(chǎng)合不同
固定式超聲流量計(jì)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
固定式超聲流量計(jì)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，所以要使用220v交流電源，便攜式超聲流量計(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5~10h，大大方便了不同場(chǎng)合臨時(shí)性流量測(cè)量的需要。
（3）功能不同
固定式超聲流量計(jì)，通常都有4~20mA信號(hào)輸出等功能，供遠(yuǎn)傳顯示使用，但其內(nèi)部只能存儲(chǔ)一條管道的參數(shù)；便攜式超聲流量計(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，它具有豐富的儲(chǔ)存功能，可以同時(shí)存儲(chǔ)數(shù)十條不同管道的參數(shù)，供隨時(shí)調(diào)出使用。
3 按換能器供電方式分類(lèi)
根據(jù)換能器供電方式不同，可以分為外貼式、插入式、管段式3種超聲流量計(jì)。
（1）外貼式超聲流量計(jì)
是生產(chǎn)、用戶最熟悉且應(yīng)用泛的超聲流量計(jì)，安裝換能器無(wú)需管道斷流，即貼即用，它充分體現(xiàn)了超聲流量計(jì)安裝簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn)。
（2）管段式超聲流量計(jì)
某些管道因材質(zhì)疏松、導(dǎo)聲不良，或者銹蝕嚴(yán)重、襯里和管道內(nèi)有間隙等原因，導(dǎo)致超聲波信號(hào)衰減嚴(yán)重，用外貼式超聲流量計(jì)無(wú)法正常測(cè)量，所以產(chǎn)生了管段式超聲流量計(jì)。
管段式超聲流量計(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)量精確度也比其他超聲流量計(jì)高，但同時(shí)也犧牲了外貼式超聲流量計(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）插入式超聲流量計(jì)
介于上述兩者之間。在安裝上可以不斷流，利用專(zhuān)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。
三 超聲流量計(jì)的選型
超聲流量計(jì)除上述各種類(lèi)型外，近年來(lái)又出現(xiàn)了采用數(shù)字化電路的數(shù)字式超聲流量計(jì)、把換能器和轉(zhuǎn)換器做在一起的一體式超聲流量計(jì)等。
（1）多譜勒式超聲流量計(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(lèi)超聲流量計(jì)既要對(duì)被測(cè)介質(zhì)心中有數(shù)，也要對(duì)所選用的超聲流量計(jì)的性能、精確度和對(duì)被測(cè)介質(zhì)的要求有深入的了解。
（2）便攜式超聲流量計(jì)適用于臨時(shí)性測(cè)量，主要用于核校管道上已安裝的其他流量?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)，選用便攜式超聲流量計(jì)既方便又經(jīng)濟(jì)。
（3）時(shí)差式超聲流量計(jì)是目前生產(chǎn)最多、應(yīng)用范圍泛的超聲流量計(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，而且精確度可達(dá)±1.5%。實(shí)際應(yīng)用表明，時(shí)差式超聲流量計(jì)對(duì)相應(yīng)流體的測(cè)量效果令人滿意。
（4）管道式超聲流量計(jì)精確度，可達(dá)到±0.5%，而且不受管道材質(zhì)、襯里的限制，適用于流量測(cè)量精確度要求高的場(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流量計(jì)，較為經(jīng)濟(jì)。
（5）對(duì)于固定式超聲流量計(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，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。
（6）目前，有廠家推出了內(nèi)部為數(shù)字化電路的超聲流量計(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)，精確度提高（模擬電路的精確度為±1.5%，數(shù)字電路可以達(dá)到±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)用中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流量計(jì)進(jìn)行比較。
（7）對(duì)于超聲流量計(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)量功能的超聲流量計(jì)；如果用戶需要定期了解流體在某一時(shí)段的流量情況，可選擇帶打印機(jī)的超聲流量計(jì)?？傊?，所選擇的超聲流量計(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。
四 超聲流量計(jì)的應(yīng)用
1 正確選型
這是超聲流量計(jì)能夠正常工作的基礎(chǔ)。如果選型不當(dāng)，會(huì)造成流量無(wú)法測(cè)量，或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。
2 合理安裝
換能器安裝不合理是超聲流量計(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)貼安裝和V、Z方式3種，如圖3所示。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或Z方式，通常情況下，管徑小于300mm時(shí)，采用V方式安裝，管徑大于200mm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。
3 及時(shí)核校
對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝固定式超聲流量計(jì)數(shù)量大、范圍廣的用戶，可以配備一臺(tái)同類(lèi)型的便攜式超聲流量計(jì)，用于核?，F(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)；二是在線運(yùn)行的超聲流量計(jì)發(fā)生流量突變時(shí)，要利用便攜式超聲流量計(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 定期維護(hù)
與其他流量?jī)x表相比，超聲流量計(jì)的維護(hù)量是比較小的。對(duì)于外貼換能器超聲流量計(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；插入式超聲波流量計(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。定期維護(hù)可以確保超聲流量計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
5 故障排除
超聲流量計(jì)常見(jiàn)的故障原因及排除故障的方法如表所示。
故障現(xiàn)象 | 故障原因 | 排除方法 |
無(wú)信號(hào) | 換能器與主機(jī)之間聯(lián)線斷開(kāi) | 重新連接 |
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瞬時(shí)與累計(jì)流量不一致 | 主機(jī)出現(xiàn)故障 | 更換主機(jī) |
商鋪：http://www.ovololi.cn/st85071/
主營(yíng)產(chǎn)品：渦街流量計(jì) , 電磁流量計(jì) , 渦輪流量計(jì) , 來(lái)圖加工定制 , OEM傳感器加工
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