超聲波流量計的特點、安裝及常見故障分析

張漢周

摘 要：超聲波流量計具有經(jīng)濟實用、用途廣泛、安裝維修方便等許多優(yōu)點，但在實際使用中由于長期受到安裝、環(huán)境等因素的影響，在后繼使用中發(fā)生各種故障。文章作者結(jié)合長期現(xiàn)場檢測工作經(jīng)驗就超聲波流量計的特點、安裝注意事項及常見故障進(jìn)行簡單的分析和闡述，并就這些問題提出相應(yīng)的解決辦法和處理意見，解決企業(yè)在安裝和使用超聲波流量計過程中遇到的各種技術(shù)問題。

關(guān)鍵詞：超聲波流量計；特點；安裝；故障

引言

超聲波流量計是一種可以利用非接觸的方法來測量流體流量的儀表。它既可以測量其他儀表不能檢測的非導(dǎo)電介質(zhì)、放射性、易爆和強腐蝕介質(zhì)的流量，也可以用于不易觀察和直接接觸的介質(zhì)流量的測量。它的測量準(zhǔn)確度較高，可以不受被測介質(zhì)的各種參數(shù)的干擾，尤其可以解決測量大管徑的液體流量問題。因此超聲波流量計被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、油田、水務(wù)公司、冶金、發(fā)電等行業(yè)，而熟悉和掌握超聲波流量計的安裝及常見故障問題處理是解決流量測量準(zhǔn)確這一問題的關(guān)鍵所在。

1 超聲波流量計的測量原理

超聲波流量計是通過測量流體流動對超聲波產(chǎn)生的信號影響來對流體流量進(jìn)行測量，其測量原理是利用“時差法”來測量的。

而時差法的測量原理為：一個超聲波探頭發(fā)射聲波信號穿過流體介質(zhì)、管壁到另一側(cè)的管壁后，被管壁的另一側(cè)探頭接收到信號，與此同時，第二個探頭也發(fā)射聲波信號被前一個探頭接收到，由于受到流體介質(zhì)間流速的影響，兩者之間存在一定的時間差Δt，根據(jù)公式推算出時間差Δt和流速V之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系V=（C2/2L）×Δt，進(jìn)而可以得到相關(guān)的管道內(nèi)的流量值Q。

2 超聲波流量計的特點

2.1 使用面廣

在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計測量水輪機進(jìn)水量、汽輪機循環(huán)水量等大管徑流量。超聲波流量計也可用于氣體流量測量。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到河流都可適用。多普勒法超聲波流量計可測量雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測量。

2.2 價格適中

因各類超聲波流量計均可管外安裝、非接觸測流，流量儀表成本基本上與被測管道口徑大小無關(guān)。從而比起其他類型的流量計，超聲波流量計隨著口徑增大造價大幅度減少，所以，口徑越大，優(yōu)點越顯著。另外一般流量計隨著測量管徑的增大會帶來制造和運輸上的困難，從而抬高成本和造價，而超聲波流量計在成本和造價方面均可避免。

2.3 維修和安裝方便

安裝時不需要閥門，法蘭、旁通管路等，無論是安裝還是維修，都不需要切斷流體，不會影響管道內(nèi)流體的正常流通。因此，維修和安裝方便。

2.4 解決測量各種介質(zhì)流量的難題

超聲波流量測量的準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體溫度、密度、壓力和粘度等參數(shù)的影響。由于超聲波流量計是非接觸式流量儀表，所以，除了用于測量水、石油等一般介質(zhì)外，還能對非導(dǎo)電介質(zhì)、放射性、易爆和強腐蝕介質(zhì)進(jìn)行流量測量。

3 超聲波流量計探頭的分類及主要安裝方法

3.1 超聲波流量計探頭的種類

常用的超聲波流量計探頭按安裝方式有如下三種：

（1）管段式探頭，安裝時需要切開選定的直管段，采用法蘭連接。產(chǎn)品已經(jīng)過生產(chǎn)廠家標(biāo)定，好處是探頭可以在使用企業(yè)不用停產(chǎn)的情況下進(jìn)行維修，其特點是測量的準(zhǔn)確度高。（2）插入式探頭，安裝時需用鉆孔工具在使用企業(yè)不停產(chǎn)狀態(tài)下將探頭插入管線中。特點是能在水中帶氣體或水管內(nèi)壁結(jié)垢情況下實現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的測量。（3）外夾式探頭，安裝時需將管外壁的預(yù)安裝位置用打磨工具打磨光滑后用耦合劑將探頭貼于管外壁再用專用夾緊裝置固定。此類方法能方便地在管壁外進(jìn)行水流量測量，也適合便攜式流量計。不好的地方是易造成耦合劑的處理不當(dāng)引起信號接收狀態(tài)異常而影響測量的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.2 超聲波流量計探頭的安裝方法

超聲波流量計傳感器的安裝方法直接關(guān)系到水流量測量的運行可靠性、可信度和準(zhǔn)確性。

超聲波流量計探頭的安裝位置一般選擇兩個探頭管軸在與管軸水平面成45度夾角處或管道的管軸水平方向上。

超聲波流量計探頭的安裝方法有Z、V、N、W方法。其中N、W方法適用于管徑為50mm以下的管道，因性價比和使用難度原因而被很少用到。常用方法主要有兩種：（1）“Z”方法安裝，“Z”方法安裝一般適用于水介質(zhì)較差不潔凈、輸水管道管徑較大、管道內(nèi)壁有水垢或使用“V”方法安裝信號失真較嚴(yán)重的情況。一般“Z”方法安裝的可測管徑范圍通常在100mm～600mm，300mm以上管徑的管道選用“Z”方法安裝較適合。安裝探頭時須注意管道軸線與上下游兩探頭在同一平面內(nèi)，且上游探頭在高位，下游探頭在低位。（2）“V”方法安裝，“V”方法安裝是標(biāo)準(zhǔn)的安裝方法，可測量外管徑范圍為25mm～400mm。安裝探頭時須注意上下游兩探頭水平方向?qū)R，使其管道軸線與中心連線水平一致。

3.3 超聲波流量計探頭安裝的后續(xù)檢查

（1）通過流量計表頭核查上下游端探頭的信號質(zhì)量和信號強度是否滿足要求，判斷探頭能否接收到流量計表頭工作所需的超聲波信號。（2）主要檢查安裝位置與探頭需要的間距是否合適。（3）與管道外壁結(jié)合面的接觸是否光滑，結(jié)合是否緊密。

4 超聲波流量計使用中的常見故障與處理方法

4.1 故障表現(xiàn)：外夾式超聲波流量計探頭的信號過低

（1）故障分析：輸水的管道結(jié)垢較厚、管道外徑過大超過允許范圍、管道中介質(zhì)不滿管或探頭選用的安裝方法不合適。（2）處理方法：管道結(jié)垢較厚可選用插入式的探頭安裝，對于外管徑過大和管道中介質(zhì)不滿管可以重新選擇探頭的安裝方法。

4.2 故障表現(xiàn)：流量計儀表在安裝現(xiàn)場的強磁場干擾下無法正常使用

（1）故障分析：有可能是探頭周圍有強磁場干擾、有大功率變頻器、接地線的安裝不合適或流量計的供電電源波動較大。（2）處理方法：將流量儀表安裝在遠(yuǎn)離強磁場和大功率變頻器的場地，將流量計表頭正確方法接地，給流量計換裝穩(wěn)定的電源供電。

4.3 故障表現(xiàn)：流量計的瞬時流量數(shù)據(jù)波動較大

（1）故障分析：可能由于探頭的安裝位置和管道內(nèi)氣體的影響使信號強度波動較大，從而使流量數(shù)據(jù)波動較大。（2）處理方法：首先重新調(diào)整探頭的角度和位置，使管道軸線與上下游兩探頭在同一平面內(nèi)，其次保證探頭的安裝間距準(zhǔn)確無誤。如管道內(nèi)有氣體影響管道內(nèi)本身流體波動大，也可以重新選擇探頭的安裝位置，但是要確保探頭安裝前10D后5D的安裝要求。

4.4 故障表現(xiàn)：插入式探頭在使用一段時間后出現(xiàn)主機信號降低現(xiàn)象

（1）故障分析：可能管道內(nèi)或者探頭表面產(chǎn)生水垢、探頭安裝位置改變或者發(fā)生偏移、探頭長時間日曬導(dǎo)致信號衰減。（2）處理方法：重新安裝和調(diào)整流量計探頭的位置，清潔探頭和管壁上的水垢，若探頭信號已經(jīng)衰減可重新更換新的探頭。

4.5 故障表現(xiàn)：流量計在開機的情況下無法顯示數(shù)據(jù)

（1）故障分析：流量計表頭的保險絲已經(jīng)燒斷或者使用方提供的電源與流量儀表所需要的額定值不符。（2）處理方法：在儀表上檢查保險絲是否已經(jīng)燒斷，并檢查使用方提供的電源參數(shù)是否與流量儀表所規(guī)定的額定值相符合。

4.6 故障表現(xiàn)：流量儀表開機后只有背光顯示卻無任何數(shù)據(jù)顯示

（1）故障分析：此類情況一般為流量儀表本身的內(nèi)部程序芯片異常所致。（2）處理方法：聯(lián)系流量計生產(chǎn)廠家現(xiàn)場檢查故障并處理，如無法現(xiàn)場修理則需寄回廠家檢查并維修。

參考文獻(xiàn)

[1]秦雪.超聲波流量計優(yōu)缺點與常見故障的判斷分析[J].工業(yè)技術(shù)，2015（4）.

[2]景嵐.超聲波流量計工作原理及常見問題概述[J]機械與電子，2010（21）.