超聲波流量計(jì)在實(shí)踐中的應(yīng)用探討

廣西玉林市自來水公司 537000

正文：

超聲波流量計(jì)是一款集流量測(cè)量、流量計(jì)校準(zhǔn)、流量計(jì)分析于一體的多功能、高響應(yīng)的分析儀表。我們水司常用的超聲波流量計(jì)有插入式和便攜式兩種，主要應(yīng)用于大口徑管道的流量計(jì)量、在線檢定和巡檢測(cè)量。

超聲波流量計(jì)具有精度高、可靠性高、性能高、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。儀表在低電壓下發(fā)射超聲脈沖，功耗低，操作簡(jiǎn)單，適用范圍廣。但是，超聲波流量計(jì)在城市供水管道的使用過程中，常會(huì)遇到一些問題，使測(cè)量時(shí)產(chǎn)生偏差，需要我們認(rèn)真探討，注意解決。

一、超聲波流量計(jì)的檢定

超聲波流量計(jì)也是計(jì)量工具，檢定合格的計(jì)量工具方可使用。因此，超聲波流量計(jì)在測(cè)量前也需要檢定或校準(zhǔn)。經(jīng)檢定合格的超聲波流量計(jì)的檢定證書上標(biāo)明有修正系數(shù)，我們?cè)谑褂脮r(shí)，要根據(jù)不同管道口徑正確選擇使用儀表修正系數(shù)，測(cè)量前設(shè)置好主機(jī)內(nèi)的儀表修正系數(shù)。

二、測(cè)量位置的選擇

超聲波流量計(jì)測(cè)量位置的選擇，包括傳感器的安裝位置、被測(cè)管路的狀態(tài)以及環(huán)境因素等，有嚴(yán)格的要求，否則會(huì)影響測(cè)量精度。因此，要注意它的使用環(huán)境和使用條件。

1、測(cè)量位置要選擇管道均勻的直管段，上游 10 倍管路直徑（10D）及下游 5 倍管路直徑（5D）以內(nèi)，不得有任何彎頭和變徑等阻流連接件，上游30D以內(nèi)不能有泵、閥門和節(jié)流孔等干擾流場(chǎng)的裝置。超聲波流量計(jì)對(duì)被測(cè)管道內(nèi)流體的流場(chǎng)有一定的要求，安裝流量計(jì)的位置要盡量滿足其上下游最小直管段長(zhǎng)度要求，否則會(huì)由于流場(chǎng)不穩(wěn)定產(chǎn)生計(jì)量誤差。

2、選擇滿管的直管段，首選流體向上流動(dòng)的豎直管路或是滿管的水平管段。傳感器安裝在水平管路上時(shí)，應(yīng)選擇被測(cè)管路的水平中心線上下45度的夾角范圍內(nèi)，防止管路的最高點(diǎn)有氣泡或氣穴、最低點(diǎn)有沉淀物，引起流量計(jì)發(fā)出的超聲脈沖信號(hào)衰減，嚴(yán)重的將不能正常工作。

3、要保證測(cè)量位置具有足夠的空間和適合工作的溫度。

4、充分考慮測(cè)量點(diǎn)管內(nèi)外壁結(jié)垢狀況，對(duì)于銹蝕嚴(yán)重的管道，可用手錘震擊管壁，以震掉管壁上的銹層和污垢，保證聲波正常傳播。管內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重的，可以把結(jié)垢視為襯里，也能得到較好的測(cè)量精度。

5、超聲波流量計(jì)的傳感器安裝處和管壁反射處必須避開管道接口、焊縫和凹凸不平等管道缺陷。除去安裝段內(nèi)保溫層和保護(hù)層，并把換能器按裝處的壁面打磨干凈，除去銹、污垢及涂層等。

6、超聲波流量計(jì)的使用環(huán)境應(yīng)避開強(qiáng)電磁干擾和振動(dòng)的影響。附近帶高壓的線纜和電柜，車流量大的公路邊，電子產(chǎn)品等都會(huì)對(duì)流量計(jì)測(cè)量產(chǎn)生偏差。流量計(jì)的工作電源不要與變頻和高壓設(shè)備共用一個(gè)電源，傳感器信號(hào)線不要與強(qiáng)電電纜并行，并需用金屬套管做屏蔽保護(hù)。

三、管道參數(shù)的設(shè)置

超聲波流量計(jì)采用時(shí)差方式的測(cè)量原理。它利用一個(gè)傳感器發(fā)出超聲脈沖穿過管道，在管道的流體中傳播，順流方向超聲脈沖傳播速度會(huì)增大，逆流方向傳播速度相對(duì)減少，到達(dá)另外一個(gè)傳感器。傳感器根據(jù)順流和逆流的傳播時(shí)間差與流速之間的關(guān)系，測(cè)算出流體的流速。通過設(shè)置流量計(jì)的參數(shù)，計(jì)算出管內(nèi)的平均流速，流量計(jì)根據(jù)管道的截面積最終計(jì)算出流體流過管道的體積流量。可見，管道參數(shù)對(duì)超聲波流量計(jì)計(jì)算流量的影響很大。

管道參數(shù)包括管道外徑、管壁厚度、管襯厚度等。目前我們使用的管道材質(zhì)隨著技術(shù)的進(jìn)步，供水管線材質(zhì)也在不斷更新，各種材質(zhì)的管道混合使用，很多管道口徑不標(biāo)準(zhǔn)。因長(zhǎng)期埋在地下，管道已經(jīng)產(chǎn)生變形，變成橢圓形。有的使用時(shí)間長(zhǎng)了，管道內(nèi)外壁會(huì)產(chǎn)生污垢和銹蝕層。要準(zhǔn)確測(cè)量出管道的參數(shù)有很大的困難，用實(shí)際測(cè)量法測(cè)出管道的外周長(zhǎng)換算出管道的外徑，用壁厚儀測(cè)出管道的壁厚等。輸入管道的參數(shù)值與實(shí)際尺寸不符時(shí)，流量計(jì)用來計(jì)算流量的管道內(nèi)徑是不準(zhǔn)確的。管道內(nèi)徑與實(shí)際尺寸之間每偏差1%，將造成計(jì)量流量結(jié)果相對(duì)誤差遞增約3%。

四、液體溫度的測(cè)量

管道內(nèi)不同溫度的液體，它的聲速也不相同。當(dāng)輸入的液體溫度與管道內(nèi)流體的實(shí)際溫度不相符時(shí)，儀表參數(shù)設(shè)置界面顯示的換能器安裝距離是不準(zhǔn)確的，儀表用來計(jì)算流量的溫度補(bǔ)償系數(shù)也會(huì)產(chǎn)生偏差。當(dāng)管道內(nèi)的液體溫度變化時(shí)，流體的密度是變化的。因此，必須準(zhǔn)確測(cè)量管道內(nèi)液體的溫度。

五、選擇傳感器的安裝類型

傳感器安裝方式分為 V 法、Z 法和 N 法三種。

1、V 法安裝方便，將兩傳感器與被測(cè)管道軸線水平對(duì)齊，超聲脈沖在一組傳感器之間通過管壁反射傳播，安裝和操作簡(jiǎn)單，測(cè)量準(zhǔn)確度較高。適宜測(cè)量管徑DN300以下的管路。如圖所示

2、Z 法安裝傳感器時(shí)，超聲脈沖在被測(cè)管內(nèi)直接傳輸，沒有反射，容易取得較好信號(hào)。適宜測(cè)量管徑DN300以上的管道。在實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)用V 法安裝流量計(jì)時(shí)，遇到管道的直徑太大或者管內(nèi)有懸浮物、管道內(nèi)壁結(jié)垢太厚或襯里太厚，取信號(hào)相當(dāng)困難，儀表不能正常工作，這時(shí)考慮用 Z 法安裝會(huì)取得很好的效果。如圖所示

3、N 法安裝時(shí)，超聲脈沖在管道內(nèi)壁反射兩次穿過流體三次，通過增大超聲脈沖傳輸距離，增加傳播的時(shí)間差，從而提高測(cè)量精度。N 法安裝只適宜測(cè)量管徑DN50以下的管道，實(shí)踐中很少應(yīng)用。

超聲波流量計(jì)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)計(jì)量和在線檢測(cè)等，特別在大口徑輸水管道上的計(jì)量?jī)?yōu)勢(shì)更加明顯。只要我們綜合考慮影響超聲波流量計(jì)產(chǎn)生誤差的因素，用正確的方式方法操作就能滿足流量計(jì)的工作要求，保證測(cè)量準(zhǔn)確度的同時(shí)提高輸水設(shè)備和管網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。