超聲波流量計

    外夾式或者管段式超聲波流量儀表是以“速度差法”為原理，測量圓管內(nèi)液體流量的儀表。它采用了先進(jìn)的多脈沖技術(shù)、信號數(shù)字化處理技術(shù)及糾錯技術(shù)，使流量儀表更能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境，計量更方便、經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確。產(chǎn)品達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)水平，可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、給排水等領(lǐng)域。

介紹

    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。 

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。

超聲流量計和電磁流量計一樣，因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件，均屬無阻礙流量計，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(diǎn)，它是發(fā)展迅速的一類流量計之一。

優(yōu)點(diǎn)

    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(qiáng)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(diǎn)

現(xiàn)今所存在的缺點(diǎn)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?yàn)椋话愎I(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最大也是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(shí)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(shí)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(jìn)行顯示和積算。這樣就實(shí)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(qiáng)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(jī)玻璃，因?yàn)樗该?，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(diǎn)功能

特點(diǎn)

◆獨(dú)特的信號數(shù)字化處理技術(shù)，使儀表測量信號更穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、計量更準(zhǔn)確。

◆無機(jī)械傳動部件不容易損壞，免維護(hù)，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(jī)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(jì)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)。

外夾式超聲波流量計AFTU-2W的技術(shù)參數(shù)如下：

安裝方式：掛墻式

流速范圍：0~5m/s

準(zhǔn)確度：測量值的±1%

重復(fù)性：0.2%

鍵盤：16（4×4）輕觸按鍵

顯示屏：20×2點(diǎn)陣字符背光液晶顯示

電源：10~36VDC/1Amax

外殼材質(zhì)：PC/ABS塑料

防護(hù)等級：IP65

環(huán)境溫度：-10℃~+50℃

輸出：頻率輸出0-5kHz，OCT方式：4-20mA輸出

通訊：RS-485通訊接口，支持Modbus協(xié)議

特點(diǎn)：

可做非接觸式測量

無流動阻撓測量,無壓力損失

可測量非導(dǎo)電性液體

適用口徑: DN6-DN6500適用溫度: -30 to 400℃ (適用防爆區(qū)).測厚探頭（可選）測量范圍: (1.0 - 200) mm分辨率: 0.01 mm線性度: 0.1 mm標(biāo)準(zhǔn)型: -20℃ to +60℃高溫型: 0℃ to +200℃短時間可達(dá)+540℃應(yīng)用領(lǐng)域

量程比寬，用途廣泛

多種功能主機(jī)，攜帶方便

功能

下載測量值/記錄, 圖形顯示, 格式轉(zhuǎn)換操作系統(tǒng): WindowsTM ；過程輸出(可選)輸出與主設(shè)備電隔離輸出組數(shù)視輸出類型而定. 電流范圍: (0/4-20) mA精度: 0.1%讀數(shù)± 15μA有源輸出: Rext < 500??無源輸出: Uext < 24V, Rext < 1k??電壓范圍: (0~1) V或(0~10) V精度: 0~1V: 0.1%讀數(shù)± 1mV0~10V: 0.1%讀數(shù)± 10mV儀表阻抗: Ri = 500??頻率范圍: 0~1kHz或0~10kHz集電極開路: 24 V/4mA開關(guān)量集電極的開路: 24 V/4mA干簧繼電器: 48 V/0.1A功能,如狀態(tài)輸出: 上下限, 符號變化或出錯脈沖輸出： 值: (0.01~1000)units寬度: (80~1000)ms過程輸入(可選)輸入與主設(shè)備電隔離, 最多4組輸入.溫度類型: Pt100, 四線制范圍: -50℃~400℃分辨率: 0.1 K精度: ± (0.02K + 0.1%讀數(shù))電流范圍: 有源: (0~20)mA無源: (-20~20)mA精度: 0.1%讀數(shù)± 10 A有源輸入: Ri = 50??無源輸入: Uext < 24V, Rext < 1k??電壓范圍: (0~1) V或(0~10) V精度: 0~1V: 0.1%讀數(shù)± 1mV0~10V: 0.1%讀數(shù)± 10mV儀表阻抗: Ri= 1M夾裝式探頭

 

應(yīng)用

 

概況

傳播時間法應(yīng)用于清潔、單相液體和氣體。典型應(yīng)用有工廠排放液、:怪液、液化天然氣等;

氣體應(yīng)用方面在高壓天然氣領(lǐng)域已有使用良好的經(jīng)驗(yàn);

環(huán)境

多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理污水、工廠排放液、臟流程液;通常不適用于非常清潔的液體。

注意事項(xiàng)

   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(jì)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，無需做精確控制和計量的場合，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。

2、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。

應(yīng)用領(lǐng)域

序號	主要應(yīng)用領(lǐng)域	檢測項(xiàng)目	應(yīng)用儀表
1	環(huán)保	市政污水測量	多普勒超聲波流量計 非滿管超聲波流量計
工廠污水排放監(jiān)測	多普勒超聲波流量計 非滿管超聲波流量計
2	油田	原油生產(chǎn)流量測量	多普勒超聲波流量計
固井泥漿流量測量	多普勒超聲波流量計
油田含油污水流量測量	多普勒超聲波流量計 非滿管超聲波流量計
油井注水量流量測量	時差式超聲波流量計
3	水務(wù)公司	江、河、水庫原水測量	時差式超聲波流量計
自來水流量測量	時差式超聲波流量計
4	石油化工	石化產(chǎn)品工藝流檢測	時差式超聲波流量計
工業(yè)循環(huán)水流量測量	時差式超聲波流量計 多普勒超聲波流量計
5	冶金	工業(yè)循環(huán)水流量測量	時差式超聲波流量計 多普勒超聲波流量計
生產(chǎn)過程耗水量測量	時差式超聲波流量計
選礦礦漿流量測量	多普勒超聲波流量計
6	礦山	礦井排水流量測量	多普勒超聲波流量計
選礦礦漿流量測量	多普勒超聲波流量計
7	鋁廠	生產(chǎn)過程耗水量測量	時差式超聲波流量計
鋁酸鈉等工藝流流量測控	多普勒超聲波流量計
8	造紙	紙漿流量測量	多普勒超聲波流量計
生產(chǎn)過程耗水量測量	時差式超聲波流量計
9	制藥廠	化學(xué)藥品流量測量	時差式超聲波流量計 多普勒超聲波流量計
生產(chǎn)過程耗水量測量	時差式超聲波流量計
10	發(fā)電廠、熱電廠	生產(chǎn)過程耗水量測量	時差式超聲波流量計
冷卻循環(huán)水流量測量	時差式超聲波流量計
發(fā)電機(jī)組線圈冷卻水流量測量	時差式超聲波流量計 （超小管徑）
11	食品	果汁流量測量	多普勒超聲波流量計
奶液流量測量	多普勒超聲波流量計

 

參數(shù)介紹

 

管段式傳感器參數(shù)

性 能	參 數(shù)
測量液體	充滿被測管道的水、污水及其它均質(zhì)液體，懸浮物含量小于10g/L，粒徑小于1mm。
準(zhǔn)確度	±1.0%
流速范圍	±0.01m/s~±12.0m/s
管徑范圍	DN300mm~DN2000mm
傳感器材質(zhì)	鋼或不銹鋼
傳感器承壓能力	管徑300~600mm，壓力不超過2MPa；管徑700~2000mm，壓力不超過1MPa
轉(zhuǎn)換器	環(huán)境溫度：-10℃~+45℃；濕度≤85%(RH) （特殊環(huán)境訂貨時說明）
	壁掛式	盤裝式	一體式
防護(hù)等級	IP65	IP51	IP65
傳感器	防護(hù)等級：IP68	常溫型	高溫型	低溫型
工作溫度	0~50℃	0~150℃	-20~0℃
電 纜	采用雙芯帶屏蔽高頻電纜，工作溫度-40~+70℃
信號輸出	模擬量：4~20mA或0~20mA或0~10mA軟件可選；負(fù)載能力小于600Ω
開關(guān)量：累計流量脈沖輸出，閉合3ms，周期6ms，傳輸距離小于500m
串行口：RS-485，傳輸速率4800bit/s,傳輸距離小于1200m
鍵 盤	1×3按鍵
顯示器	2×16位背光液晶字符顯示器
顯示內(nèi)容	同屏顯示瞬時流量：-99999.99~+99999.99m3/h 累計流量： -19999999.99~+19999999.99m3，鍵控顯示累計運(yùn)行時間
數(shù)據(jù)存儲	累計流量、累計運(yùn)行時間及各項(xiàng)設(shè)置參數(shù)，掉電后數(shù)據(jù)可保存100年
工作電源	AC 220V ±15%，50Hz 功率<10W (DC 5~36V、1A，定貨時提出)
電纜長度	傳感器到轉(zhuǎn)換器的布線距離，10m、20m、30m……300m可選

 

外型尺寸

 

管段式傳感器外型尺寸

內(nèi)徑（mm） DN	安裝長度（mm） L	法蘭尺寸（mm）	重 量 （Kg）	額定壓力 （MPa）
D	Do	N×A
300	412	485	0	12×26	1	6
350	447	535	0	12×30	9
400	481	600	0	16×30	102
450	516	635	0	16×33	114
500	552	700	0	20×33	148
600	621	815	5	20×36	212
700	692	915	850	24×36	336	0
800	759	1046	970	24×40	500
1000	894	1288	1200	28×44	821
1200	1030	1522	1434	32×44	1303
1400	1164	1778	1670	32×48	1914
1600	1298	1982	1874	36×48	2442
1800	1432	2236	2114	36×52	3411
2000	1566	2446	2324	40×52	4262

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(dá)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(dá)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(jìn)而可求出流量Q。利用這個原理進(jìn)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。

相差法

如果超聲波發(fā)射器發(fā)射連續(xù)超聲脈沖或周期較長的脈沖列，則在順流和逆流發(fā)射時所接收到的信號之間便要產(chǎn)生相位差▽O,即▽O=w▽t=2wLu/cc

式中，w為超聲波角頻率。當(dāng)測得▽O時即可求出u,進(jìn)而求得流量Q。此法用測量相位差▽O代替了測量微小的時差▽t，有利于提高測量精度。但存在者聲速c對測量結(jié)果的影響。

頻差法

為了消除聲速c的影響，常采用頻差法。由前可知，上、下游接收器接受到的超聲波的頻率之差為▽f可用下式表示 ▽f=[（c+u）/L]-[(c-u)/L]=2u/L

由此可知，只要測得▽f就可求得流量Q，并且此法與聲速無關(guān)。超聲波技術(shù)及其應(yīng)用一、沒測量水位概況

水電站多采用浮子式液位計或投入式液位計來進(jìn)行水位測量。其缺點(diǎn)為：測量精度低，不可靠，經(jīng)常出現(xiàn)浮子卡死不動和傳感器堵塞導(dǎo)致測不準(zhǔn)；維護(hù)工作量大，安裝、調(diào)試不便，采集到的僅是模擬告警信號，不能直接進(jìn)入電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。對無人值班電廠不實(shí)用。

通過對攔污柵水位測量系統(tǒng)進(jìn)行了反復(fù)對比，優(yōu)化得出最后的方案設(shè)計，采用超聲波液位計對柵前、柵后水位進(jìn)行實(shí)時準(zhǔn)確監(jiān)測，超聲波液位計用PLC對采集量進(jìn)行處理。并且把實(shí)時水位和壓差數(shù)據(jù)送到中控室，超聲波液位計顯示和越限報警。超聲波液位計同時采用RS422/RS232接口，又把實(shí)時數(shù)據(jù)送到大壩集中控制室工控機(jī)，處理成計算機(jī)通信報文，最終將采集量送到電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)。

該項(xiàng)目實(shí)施后不僅滿足欄污柵柵前、柵后水位及壓差的多點(diǎn)實(shí)時監(jiān)測，及報警功能，而且結(jié)束了攔污柵測量系統(tǒng)獨(dú)立工作，無法與電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊的局面。實(shí)現(xiàn)與閘門系統(tǒng)的監(jiān)視功能、控制功能以及故障時ON-CALL尋呼系統(tǒng)功能的集成。滿足了無人值班電站的需要。該技術(shù)在云南省電力系統(tǒng)還是第一家。

1. 超聲波液位計測量水位的原理以及安裝要求

    超聲波液位計工作時，高頻脈沖聲波由換能器（探頭）發(fā)出，遇被測物體（水面）表面被反射，折回的反射回波被同一換能器（探頭）接收，轉(zhuǎn)換成電信號。脈沖發(fā)送和接收之間的時間（聲波的運(yùn)動時間）與換能器到物體表面的距離成正比，聲波傳輸?shù)木嚯xS和聲速C和傳輸時間T之間的關(guān)系可以用公式表示：S=　CⅩT/2

例如：聲速C=344m/s，傳輸時間為50ms，即可算出傳輸?shù)木嚯x為17.2m，測定距離為8.6m。

三．可編程超聲波式攔污柵水位測量系統(tǒng)在田壩電站應(yīng)用產(chǎn)生的效果

用超聲波液位計測量大壩水位在當(dāng)今國內(nèi)尚不普遍，技術(shù)上尚無經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。在這樣的情況下，我們充分利用PLC與超聲波液位計這一領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，按照總體規(guī)劃，長遠(yuǎn)考慮，一次到位，避免重復(fù)改造，重復(fù)投資的這一原則，對該項(xiàng)目進(jìn)行自行設(shè)計，全面順利地完成了這一課題。在該領(lǐng)域取得了較有價值的經(jīng)驗(yàn)。為目前我國國內(nèi)水電站實(shí)現(xiàn)對大壩水位監(jiān)測系統(tǒng)提供了一個可以借鑒的范例。

原理

    超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。根據(jù)檢測的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計。超聲波流量計是近十幾年來隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的一種

非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計聯(lián)動可進(jìn)行敞開水流的流量測量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測量元件故不會改變流體的流動狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行因而是一種理想的節(jié)能型流量計。

眾所周知，工業(yè)流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問題，這是因?yàn)橐话懔髁坑嬰S著測量管徑的增大會帶來制造和運(yùn)輸上的困難，造價提高、能損加大、安裝不僅這個缺點(diǎn)，超聲波流量計均可避免。因?yàn)楦黝惓暡髁坑嬀晒芡獍惭b、非接觸測流，儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關(guān)，而其它類型的流量計隨著口徑增加，造價大幅度增加，故口徑越大超聲波流量計比相同功能其它類型流量計的功能價格比越優(yōu)越。被認(rèn)為是較好的大管徑流量測量儀表，多普勒法超聲波流量計可測雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測量。在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計測量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量，比過去的皮脫管流速計方便得多。超聲被流量汁也可用于氣體測量。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。

另外，超聲測量儀表的流量測量準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測量的強(qiáng)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。另外，鑒于非接觸測量特點(diǎn)，再配以合理的電子線路，一臺儀表可適應(yīng)多種管徑測量和多種流量范圍測量。超聲波流量計的適應(yīng)能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計具有上述一些優(yōu)點(diǎn)因此它越來越受到重視并且向產(chǎn)品系列化、通用化發(fā)展，現(xiàn)已制成不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應(yīng)不同介質(zhì)，不同場合和不同管道條件的流量測量。

分類

●插入式超聲流量計：可不停產(chǎn)安裝和維護(hù)。采用陶瓷傳感器，使用專用鉆孔裝置進(jìn)行不停產(chǎn)安裝。一般為單聲道測量，為了提高測量準(zhǔn)確度，可選擇三聲道。

●管段式超聲流量計：需切開管路安裝，但以后的維護(hù)可不停產(chǎn)?？蛇x擇單聲道或三聲道傳感器。

●外夾式超聲流量計：能夠完成固定和移動測量。采用專用耦合劑（室溫固化的硅橡膠或高溫長鏈聚合油脂）安裝，安裝時不損壞管路。

●便攜式超聲流量計：便攜使用，內(nèi)置可充電鋰電池，適合移動測量，配接磁性傳感器。

1、非接觸式測量方式、體積小、攜帶方便

2、適用于現(xiàn)場測量各種尺寸管道導(dǎo)聲介質(zhì)

3、內(nèi)置鎳氫充電電池工作時間達(dá)20小時以上

4、用戶界面靈活，使用簡單

5、智能型現(xiàn)場打印功能，保證流量數(shù)據(jù)的完整

6、配備一體式鋁合金防護(hù)箱，可在野外惡劣環(huán)境中使用

● 手持式超聲流量計：體積小，重量輕，內(nèi)置可充電鋰電池，手持使用，配接磁性傳感器。

● 防爆型超聲流量計：用于爆炸性環(huán)境液體流量測量，為防爆兼本安型。即轉(zhuǎn)換器為防爆型，傳感器為本質(zhì)安全型。

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(xì)節(jié)；從而進(jìn)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(hù)工作甚至免維護(hù)。

安裝細(xì)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(jī)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(qiáng)磁場等）；

7．主機(jī)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(yuǎn)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(jìn)行配置，必要情況下也可特制機(jī)型。

 

安裝位置

選擇安裝管段對測試精度影響很大，所選管段應(yīng)避開干擾和渦流這兩種對測量精度影響較大的情況，一般選擇管段應(yīng)滿足下列條件：

1、避免在水泵、大功率電臺、變頻，即有強(qiáng)磁場和震動干擾處安裝機(jī)器；

2、選擇管材應(yīng)均勻致密，易于超聲波傳輸?shù)墓芏危?/p>

3、要有足夠長的直管段，安裝點(diǎn)上游直管段必須要大于10D（注：D=直徑），下游要大于5D；

4、安裝點(diǎn)上游距水泵應(yīng)有30D距離；

5、流體應(yīng)充滿管道；

6、管道周圍要有足夠的空間便于現(xiàn)場人員操作，地下管道需做測試井，測試井如下：

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(yán)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。

探頭位置

1、將管道參數(shù)輸入儀表，選擇探頭安裝方式，得出安裝距離；

2、在水平管道上，一般應(yīng)選擇管道的中部，避開頂部和底部（頂部可能含有氣泡、底部可能有沉淀）；

3、V法安裝：先確定一個點(diǎn)，按安裝距離在水平位置量出另一個點(diǎn)。

Z法安裝：先確定一個點(diǎn)，按安裝距離在水平位置量出另一個點(diǎn)，然后測出此點(diǎn)在管道另一側(cè)的對稱點(diǎn)。

管道處理

確定探頭位置之后，在兩安裝點(diǎn)±100mm范圍內(nèi)，使用角磨砂輪機(jī)、銼、砂紙等工具將管道打磨至光亮平滑無蝕坑。

要求：光澤均勻，無起伏不平，手感光滑圓潤。需要特別注意，打磨點(diǎn)要求與原管道有同樣的弧度，切忌將安裝點(diǎn)打磨成平面，用酒精或汽油等將此范圍擦凈，以利于探頭粘接。

接線

探頭與儀表接線

探頭（傳感器）

探頭根據(jù)實(shí)際測量管道可分三種：

S型傳感器(15~100mm)

M型傳感器(50~700mm)

L型傳感器(300~6000mm)

微調(diào)探頭

接完線后把探頭內(nèi)部用硅膠注滿，放置半小時，然后用硅膠和卡具把探頭固定到打磨好的管道上（注意探頭方向，引線端向外），然后觀察儀表的信號強(qiáng)度、良度與傳輸時間比，如發(fā)現(xiàn)不好，則細(xì)微調(diào)整探頭位置，直到儀表的信號達(dá)到規(guī)定的范圍之內(nèi)：

（信號強(qiáng)度：一般應(yīng)大于6.5，少數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場具體情況另定。）

（信號良度：低峰值一般為7～14，高峰值一般為25～80。）

（傳輸時間比：在100±4范圍之內(nèi)，此值必須穩(wěn)定。）

關(guān)于使用超聲波流量計的幾點(diǎn)體會

1. 流量計有對角和反射兩種模式，當(dāng)反射模式測不出時用對角模式可能能測出，以至于后來我們一直用反射模式。

2. 流量計對管道要求比較高，保溫層一定要刮掉一部分，否則無法測量。我們測空調(diào)水系統(tǒng)時用刀把保溫層割下一塊以防止傳感器，測完后再把割下的保溫層粘上。管道表面盡量光亮，太粗燥的話還得用砂紙打磨。

3. 當(dāng)管道內(nèi)流體為非滿管流時很難測出，所以測量位置應(yīng)盡量選直管段，遠(yuǎn)離彎頭、閥門等地方。

4. 流量計讀數(shù)的真實(shí)性是依賴于信號強(qiáng)度的，信號太低時結(jié)果基本不可信，一般要60%以上甚至更到。

5. 由于讀數(shù)可能會變化很大，我們采取的做法是讓流量計連續(xù)讀數(shù)，比如連續(xù)記錄一分鐘的讀數(shù)，然后取平均值。

6. 測量熱水管路比冷水管路難。因?yàn)闊崴鼙诿鏈囟雀撸詈蟿┰诟邷貢r容易化。除了產(chǎn)品自帶耦合劑外，我們都嘗試過牙膏。

總結(jié)超聲波流量計在測量準(zhǔn)確度和精度還有待提高

便攜式超聲波流量計的技術(shù)參數(shù)如下：測量原理:時差相關(guān)原理流速: 0.01~25 m/s分辨率: 0.025 cm/s重復(fù)性: 0.15%讀數(shù)，視應(yīng)用而定精度:(流場充分發(fā)展且 徑向?qū)ΨQ)體積流量: ± 1%讀數(shù)，視應(yīng)用而定 ± 0.5%讀數(shù)，經(jīng)過標(biāo)定流速: ± 0.5%讀數(shù)，視應(yīng)用而定可測介質(zhì): 所有導(dǎo)聲流體, 且氣泡或固體顆粒的體積含量<10%

便攜式超聲波流量計主機(jī)外殼重量: ~ 3.9kg防護(hù)等級: IP54 (根據(jù)EN60529)材質(zhì):鋁合金，粉末涂層尺寸: (270 x 100 x 180)mm (WxHx D)(不含把手)通道: 2危險區(qū): Zone 2電源: 充電電池(6V/4Ah); 外接電源(100 ~ 240)VAC電池工作時間: >10h顯示: 2 x 16 字符, 點(diǎn)陣, 帶背光工作溫度: -10 ~ 60℃功耗: < 15W信號平均: (0 ~ 100)s, 可調(diào)測量速率: (100 ~ 1000)Hz (1通道)響應(yīng)時間: 1s (1通道), 70ms可選.

固定探頭

儀表信號調(diào)整好以后，用所配卡具將探頭固定好，注意不要使鋼絲繩傾斜，以免拉動探頭，使探頭移位，再用硅膠將探頭與管道接觸的四周封住。此膠凝固大約需一天時間，在未干之前必須注意探頭防水。（信號線的外屏蔽線必須可靠接地）。

超聲波流量計主要技術(shù)指標(biāo)：

	插入式超聲波流量計	管段式超聲波流量計	外加式超聲波流量計
管徑范圍(mm)	DN80-4000	DN20-2000	DN20-4000
流速范圍（m/s）	01～12
準(zhǔn)確度（%）	單聲道	雙聲道	三聲道	單聲道	雙聲道	三聲道	5
0	0	5	0（校正0.5）	5	5
測量介質(zhì)	飲用水、河水、海水、地下水、冷卻水、高溫水、污水、潤滑油、柴油、燃油、化工液體、其他均質(zhì)流體
管道材質(zhì)	金屬（如碳鋼、鑄鐵、不銹鋼、鋁等）非金屬材質(zhì)（如PVC,有機(jī)玻璃等）
管襯材質(zhì)	玻璃鋼、沙漿、橡膠等
信號輸出	1、4-20mA：阻抗小于800Ω，光電隔離，準(zhǔn)確度0.1%。 2、累計脈沖輸出：光電隔離，無源開路輸出，傳輸距離小于500m。 3、RS-485:光電隔離，波特率可選擇，傳輸距離大于1.6Km. 4、打印機(jī)：RS-232串口模式。打印機(jī)為選配件。 5、M-BUS.
鍵 盤	2×8漢字鍵盤
顯示器	2×10漢字顯示或英文顯示
測量功能	顯示瞬時流量、瞬時流速、正累計流量、負(fù)累計流量、凈累計流量、累計運(yùn)行時間、瞬時供熱量、累計共熱量、斷電時間等。
數(shù)據(jù)存貯	可存貯前720小時，前365天，前36個月和前十年的測量數(shù)據(jù)，包括瞬時流量、累計流量、斷電時間等。
環(huán)境溫度	轉(zhuǎn)換器：-10～45℃（特殊環(huán)境請說明） 傳感器：-40～+60℃（常溫型） -40～+160℃（高溫型）
傳感器材質(zhì)	不銹鋼和陶瓷	不銹鋼和普通碳鋼	常溫型為尼龍高溫型為合金鋁
傳感器承壓能力	管內(nèi)部分壓力小于4.5MPa	DN20～700mm小于2.5MPa DN800～2000mm小于1.6MPa	與管道內(nèi)壓力無關(guān)建議不浸水工作
傳感器防護(hù)等級	IP68
轉(zhuǎn)換器防護(hù)等級	壁掛式轉(zhuǎn)換器：IP65 盤裝式轉(zhuǎn)換器：IP52 一體式轉(zhuǎn)換器：IP67
防爆等級	EXdⅡBT6
傳感器電纜長度	< 500m	< 500m	< 300m
傳感器電纜型號	專用電纜SEYV-75-2（直徑7mm)，越短越好，減少干擾，也可以加長到300m若長要加粗電纜
工作電源	AC220V, DC12～36V 0.8A （可選）
轉(zhuǎn)換器外形尺寸	壁掛式：213×185×107mm 盤裝式：160×80×250mm 一體式：185×140×100mm
傳感器外形尺寸	220×&oslash;20（桿部）×&oslash;50（連接部）mm	見管段傳感器數(shù)據(jù)表	60×40×35mm
轉(zhuǎn)換器重量	壁掛式：1.2Kg　盤裝式：0.8Kg 一體式：1.4Kg
傳感器重量	7Kg/支	見管段傳感器數(shù)據(jù)表	2Kg/支
熱量測量功能	測量供熱量、熱損耗、入口溫度、出口溫度

安裝超聲波流量計可按照以下步驟操作：

一：觀察安裝現(xiàn)場管道是否滿足直管段前10D后5D以及離泵30D的距離。(D為管道內(nèi)直徑)

二：確認(rèn)管道內(nèi)流體介質(zhì)以及是否滿管。

三：確認(rèn)管道材質(zhì)以及壁厚(充分考慮到管道內(nèi)壁結(jié)垢厚度)

四：確認(rèn)管道使用年限，在使用10左右的管道，即使是碳鋼材質(zhì)，最好也采用插入式安裝。

五：前四步驟完成后可確認(rèn)使用何種傳感器安裝

六：開始向表體輸入?yún)?shù)以確定安裝距離。

七：非常重要：精確測量出安裝距離。

八：安裝傳感器——調(diào)試信號——做防水——歸整好信號電纜——清理現(xiàn)場線頭等廢棄物 ——安裝結(jié)束——驗(yàn)收簽字

 

圖紙分解

包括：測量流動通道6，被測量的流體通過其中流動；超聲波換能器8和9，分別設(shè)置在沿測量流動通道6彼此相對的上游端和下游端；上游孔眼11和下游孔眼12，用于使超聲波換能器8和9暴露于該測量流動通道6；第一流體抑制器15，至少鄰近下游孔眼12，用于減少被測量的流體流入孔眼12；第二流體抑制器16，被設(shè)置在測量流動通道6的上游端并相對于孔眼11和12，用于減少被測量的流體流入孔眼11和12；測量控制部件19，用于測量超聲波換能器8和9之間的超聲波的傳播時間；及計算部件20，用于根據(jù)該測量控制部件19的信號計算流量。為下游孔眼12設(shè)置的第一流體抑制器15包括具有至少一個超聲波傳輸孔22的孔眼密封部件21。因此，有可能穩(wěn)定超聲波換能器之間的流體，以便增強(qiáng)超聲波的接收水平，從而提高測量精度和對流量測量的上限值，并減少對于超聲波換能器的驅(qū)動輸入。

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(jìn)行吹掃或加電伴熱

3、超聲波流量計對管道的要求非常嚴(yán)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(qiáng)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(qiáng)度都有一定要求，所以都要對各種衰減進(jìn)行抑制。

4、瞬時流量波動大?
　　信號強(qiáng)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(qiáng)度,保證信號強(qiáng)度穩(wěn)定,如本身流體波動大,則位置不好,重新選點(diǎn),確保前10D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(shí)例證明,像管道時間長,結(jié)垢嚴(yán)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(yán)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(qiáng)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(qiáng)干擾下無法使用？
　　現(xiàn)場有變頻器或高電壓電纜場強(qiáng)電磁干擾
　　建議：遠(yuǎn)離變頻器或高電壓電纜場強(qiáng)電磁干擾
　　8、目前市場上外夾式的超聲波流量計管徑最小能測到多少?溫度最高多少？
　　解答：現(xiàn)在全世界只有艾拓利爾AFTU-2W系列最小管徑能測到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)射信號被第一個探頭接收到，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(jìn)而可以得到流量值Q

發(fā)展

   流量測量的發(fā)展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統(tǒng)。古羅馬凱撒時代已采用孔板測量居民的飲用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法測量尼羅河的流量。我國著名的都江堰水利工程應(yīng)用寶瓶口的水位觀測水量大小等等。17世紀(jì)托里拆利奠定差壓式流量計的理論基礎(chǔ)，這是流量測量的里程碑。自那以后，18、19世紀(jì)流量測量的許多類型儀表的雛形開始形成，如堰、示蹤法、皮托管、文丘里管、容積、渦輪及靶式流量計等。20世紀(jì)由于過程工業(yè)、能量計量、城市公用事業(yè)對流量測量的需求急劇增長，才促使儀表迅速發(fā)展，微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展極大地推動儀表更新?lián)Q代，新型流量計如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。至今，據(jù)稱已有上百種流量計投向市場，現(xiàn)場使用中許多棘手的難題可望獲得解決。 我國開展近代流量測量技術(shù)的工作比較晚，早期所需的流量儀表均從國外進(jìn)口。 流量測量是研究物質(zhì)量變的科學(xué)，質(zhì)量互變規(guī)律是事物聯(lián)系發(fā)展的基本規(guī)律，因此其測量對象已不限于傳統(tǒng)意義上的管道液體，凡需掌握量變的地方都有流量測量的問題。流量和壓力、溫度并列為三大檢測參數(shù)。對于一定的流體，只要知道這三個參數(shù)就可計算其具有的能量，在能量轉(zhuǎn)換的測量中必須檢測此三個參數(shù)。能量轉(zhuǎn)換是一切生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，因此流量和壓力、溫度儀表一樣得到最廣泛的應(yīng)用。

便攜式超聲波流量計測量功能

技術(shù)優(yōu)勢（與其他原理相比）

不受電率、壓力、溫度以及粘度的影響，

與介質(zhì)不接觸，尤其適用于腐蝕性介質(zhì)的測量

安裝簡單，費(fèi)用低

可在現(xiàn)有管道上安裝，無需切斷工藝管道

無撓流件，無需縮徑

無泄漏

成本低