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超声波流量计的应用与维护
1 前言
近几年来，随着传感器技术及仪表技术智能化的发展，利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快，基于不同原理，适用于不同场合的各种型式的超声波流量计得到了广泛应用，同时也对广大用户提出如何认识超声波流量计、怎样选择合适的类型，使应用中应注意什么等一系列问题，本文就目前国内超声波流量计的发展情况及多年应用的实践，对上述问题进行探讨。
2 原理
目前通常采用两种类型的超声波流量计，一为多普勒超声波流量计，二为时差式超声波流量计。多普勒型是利用相位差法测量流速，即某一已知频率的声波在流体中运动，由于液体本身有一运动速度，导致超声波在两接收器（或发射器）之间的频率或相位发生相对变化，通过测量这一相对变化就可获得液体速度；时差型是利用时间差法测量流速，即某一速度的声波由于流体流动而使得其在两接收器（或发射器）之间传播时间发生变化，通过测量这一相对变化就可获得流体流速。广东省韶关钢铁集团有限公司目前采用了时差式超声波流量计。
超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成，超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算，这样就实现了流量的检测和显示。
3 超声波流量计的选型
面对众多类型的超声波流量计，用户要根据实际情况和测量需要合理选型。
3.1 多谱勒式超声波流量计
只能用于测量含有适量能反射超声波信号的颗粒或气泡的流体，如工厂排放液、未处理的污水、杂质含量稳定的工厂过程液等。要注意它对被测介质要求比较苛刻，即不能是洁净水，同时杂质含量要相对稳定，才可以正常测量，而且不同厂家的仪表性能及对被测厂家的要求也不一样。选择此类超声波流量计既要对被测介质心中有数，也要对所选用的超声波流量计的性能、精度和对被测介质的要求有深入的了解。
3.2 便携式超声波流量计
适用于临时性测量，主要用于校对管道上已安装其它流量仪表的运行状态，进行一个区域内的流体平衡测试，检查管道的当时流量情况等，如果不作固定安装，而用于这些用途时，选用便携式超声波流量计既方便又经济。
3.3 时差式超声波流量计
目前生产最多、应用范围最广泛的是时差式超声波流量计。它主要用来测量洁净的流体流量，在自来水公司和工业用水领域，得到广泛应用，此外它也可以测量杂质含量不高（杂质含量小于10g/L，粒径小于1mm）的均匀流体，如污水等介质的流量，而且精度可达±1.5%。实际应用表明，选用时差式超声波流量计，对相应流体的测量都可以达到满意的效果。
3.4 管道式超声波流量计
精度最高，可达到±0.5%，而且不受管道材质、衬里的限制，适用于流量测量精度要求高的场合，但随着管径的增大，成本也会随之增加，通常情况下，选用中小口径的管段式超声波流量计，较为经济。
3.5 固定式超声波流量计
如果有足够的安装空间，使用插入式换能器代替外贴式换能器，彻底消除了管衬、结垢及管壁对超声波信号衰减的影响，测量稳定性更高，也大大减小了维护工作量。而且，由于插入式换能器也可以不断流安装，所以其应用正在不断推广。
有的厂家推出了内部为数字化电路的超声波流量计，其特点是采用数字电路处理信号，纠错能力增强，取样及时，精度提高（模拟电路的精度为±1.5%，数字电路可以达到±1.0%），而且集成度提高，仪表体积大大减小，有多种信号输出模式供选择，在实际应用也取得了很好的效果。用户在使用中可以和模拟电路的超声波流量计进行比较。
超声波流量计的功能选择，用户可以根据实际情况来确定。如果测量双向流体，一定要选择带有正负计量功能的超声波流量计；如果用户需要定期了解流体在一定时段流量情况，可以选择带打印机的超声波流量计。总之，所选择的超声波流量计的功能既要满足用户需要，也不必贪多求全，造成许多功能废置不用，无谓增加购买成本。
4 超声波流量计的应用
超声波流量计在应用中，需要注意以下几个方面。
4.1 正确选择
这是超声波流量计能够正常工作的基础。如果选型不当，或会造成流量无法测量，或者用户使用不便等后果，具体选型原则，前面已做了详细的介绍。
4.2 合理安装
换能器安装不合理是超声波流量计不能正常工作的主要原因。安装换能器需要考虑位置的确定和方式的选择。确定位置时除保证足够的上、下游直管段外，尤其要注意换能器尽量避开有变频调速器、电焊机等污染电源的场合。在安装方式上，主要有对贴安装方式和V方式、Z方式三种，如图1，多谱勒式超声波流量计采用对贴式安装方式，时差式超声波流量计采用V方式和Z方式，通常情况下，管径小于300mm时，采用V方式安装，管径大于200mm时，采用Z方式安装。对于既可以用V方式安装又可以Z方式安装的换能器，尽量选用Z方式，实践表明，Z方式安装的换能器超声波信号强度高，测量的稳定性也好。
4.3 流量计的定期校验
为了保证流量计的准确度，需进行定期的校验，通常采用更高精度的便携式流量计进行直接对比，利用所测数据进行计算：误差=（测量值- 标准值）/标准值，利用计算的相对误差，修正系数，使得测量误差满足±2%的误差，即可满足计量要求，该操作简单方便，可有效提高计量的准确度。
4.4 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，与管道之间的粘合剂是否良好即可；插人式超声波流量计，要定期清理探头上沉积的杂质、水垢及有无漏水现象；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，等等，定期维护可以确保超声波流量计的长期稳定运行。
4.5 使用中注意事项
1）瞬时流量计波动大 解决方法：调整好探头位置，提高信号强度（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）外夹式流量计信号低 解决方法：对于管径过大、结垢严重，建议采用插人式探头，或选择“Z”型安装方式。
3）插人式探头使用一段时间后信号降低 解决方法：重新调整探头位置，清冼探头发射面。
4）开机无显示 检查电源属性是否与仪表的额定值相对应，保险丝是否烧断，如以上问题不存在，把仪器交专业技术人员检查。
5）开机后仪表仅有背光，无任何字符显示 此情况一般为程序芯片故障，把仪器交专业技术人员检查。
6）仪表在现场强干扰下无法使用 解决方法：给仪表提供稳定的供电电源，仪表安装远离变频器和强磁场干扰，接地线良好。
5 结束语
流量是企业能源消耗的指标，是企业生产过程中受控重要参数之一，目前，超声波流量计的种类很多，应用也很广泛，在流量测量方面发挥着越来越重要的作用，而且其技术更新很快，不断有新型的超声波流量计推向市场，走向用户，只有把握超声波流量计的发展方向，才能更好的了解它，应用它，使它更好的满足生产和计量的要求。
参考文献
[1] 蔡武昌，孙淮清，纪纲. 流量测量方法和仪表的选用[M].北京：化学工业出版社，2001.
