超声波流量计选型要求与应用

近几年来，电子技术、数字技术发展，利用超声波脉冲测量流体流量技术发展很快，基于不同原理，适用于不同场合各种型式超声波流量计到了广泛应用，同时也对广大用户提出如何认识超声波流量计、怎样选择合适类型，使用中应注意些什么问题等一系列问题，本文综合国内超声波流量计目前发展情况及多年应用实践，对上述问题进行了些探讨。

1 超声波流量计分类

超声波流量计各类很多，不同分类方法，可以分为不同类型超声波流量计。

1.1 多谱勒式超声波流量计

换能器发射频率为f1超声波信号，管道内液体中悬浮颗粒或气泡后，频率发生偏移，以f2频率反射到换能器2，这就是多谱勒将就，f2与f1之差即为多谱勒频差fd。

设流体流速为v，超声波声速为c，多谱勒频移fd正比于流体流速v，即流体流速

当管道条件、换能器安装位置、发射频率、声速确定以后，c、f1、θ即为常数，流体流速和多谱勒频移成正比，测量频移就可到流体流速，进而求流体流量。

1.2时差式超声波流量计

时差式超声波流量计是利用声波流体中顺流传播和逆流传播时间差与流体流速成正比这一原理来测量流体流量。换能器1向换能器2发射超声波信号，这是顺流方向，其传播时间为反之，逆流方向传播时间为：时间差为：c>>v，故，流体流速同样，c、L、θ均为常数，测时间差△t即可求出流体流速v进而求流体流量。

2 超声波流量计区别

超声波流量计使用场合不同，可以分为固定式超声波流量计和便携式超声波流量计。

2.1这两类超声波流量计主要区别

（1）适用场合不同

固定式超声波流量计用于安装某一固定位置，对某一特定管道内流体流量进行长期不间断计量；便携式超声波流量计具有很大机动性，主要用于对不同管道流体流量作临时性测量。

（2）供电方式不同

固定式超声波流量计要求长期连续运行，要使用220V交流电源，便携式超声波流量计既可以使用现场交流电源，也备有内置充电电池，可以连续工作5～10h［小时］，大大方便了不同场合临时性流量测量需要。

（3）部分功能不同

因定式超声波流量计，通常都有4-20mA信号输出等功能，供远传显示使用，但其内部只能存贮一条管道参数；便携式超声波流量计现场查看当时流量和短时间内累计流量，故一般无输出信号功能，但方便测量不同管道流量，它具有丰富贮存功能，可以同时存贮数十条不同管道参数，供随时调出使用。

2.2 换能器供电方式不同

可以分为外贴式、插入式、管段式三种超声波流量计。

（1）外贴式

外贴式超声波流量计是生产最早，用户最熟悉且应用最广泛超声波流量计，安装换能器无需管道断流，即贴即用，它充分体现了超声波流量计安装简单、使用方便特点。

（2）管段式

某些管道因材质疏、导声不良，锈蚀严重，衬里和管道内空间有间隙等原因，导致超声波信号衰减严重，用外贴式超声波流量计无法正常测量，产生了管段式超声波流量计。

管段式超声波流量计把换能器和测量管组成一体，解决了外贴式流量计测量中一个难题。测量精度也比其它超声波流量计要高，但同时也牺牲了外贴式超声波流量计不断流安装这一优点，要求切开管道安装换能器。

（3）插入式

插入式超声波流量计 介于上述二者中间。安装上可以不断流，利用专门工具有水管道上打孔，把换能器插入管道内，完成安装。换能器管道内，其信号发射、接受只被测介质，而不管壁和衬里，其测量不受管质和管衬材料限制。

3 超声波流量计选型

超声波流量计除上述各种类型外，近年来又出现了采用数字化电路数字式超声波流量计，把换能器和转换器做一起一体式超声波流量计，等等。面对众多类型超声波流量计，用户要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颗粒或气泡流体，如工厂排放液、未处理污水、杂志含量稳定工厂过程液等。要注意它对被测介质要求比较苛刻，即不能是洁净水，同时杂技含量要相对稳定，才可以正常测量，不同厂家仪表性能及对被测厂家要求一样。选择此类超声波流量计即要对被测介质心中有数，也要对所选用超声波流量计性能、精度和对被测介质要求有深入了解。

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运行状态，进行一个区域内流体平衡测试 ，检查管道当时流量情况等。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、应用范围最广泛是时差式超声波流量计。它主要用来测量洁净流体流量，自来水公司和工业用水领域，到广泛应用。此外它也可以测量杂技含量不高（杂质含量小于10g/L，粒径小于1mm）均匀流体，如污水等介质流量，精度可达±1.5%。实际应用表明，选用时差式超声波流量计，对相应流体测量都可以达到满意效果。

3.4管道式超声波流量计

精度最高，可达到±0.5%，不受管道材质、衬里限制，适用于流量测量精度要求高场合。但管径增大，成本也会随增加，通常情况下，选用中小口径管段式超声波流量计，较为经济。

3.5固定式超声波流量计

有足够安装空间，使用插入式换能器代替外贴式换能器，彻底消管衬、结垢及管壁对超声波信号衰减影响，测量稳定性更高，也大大减小了维护工作量。，插入式换能器也可以不断流安装，其应用正不断推广。

有厂家推出了内部为数字化电路超声波流量计，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（模拟电路精度为±1.5%，数字电路可以达到±1.0%），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，实际应用也取了很好效果。用户使用中可以和模拟电路超声波流量计进行比较。

超声波流量计功能选择，用户可以实际情况来确定。测量双向流体，一定要选择带有正负计量功能超声波流量计；用户需要定期了解流体一定时段有流量情况，可以选择带打印机超声波流量计。总之，所选择超声波流量计功能既要满足用户需要，必贪多求全，造成许多功能闭置不用，而增加购买成本。 

4 超声波流量计应用 

超声波流量计应用中，需要注意以下几个方面问题：

4.1 正确选择

这是超声波流量计能够正常工作基础。选型不当，或会造成流量无法测量，用户使用不做便等后果。具体选型原则，前面已做了详细介绍。

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主要原因。安装换能器需要考虑位置确定和方式选择两个问题。确定位置时除保证足够上、下游直管段外，尤其要注意换能器尽量避开有变频调速嚣、电焊机等污染电源场合。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3。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。即可以用V方式安装又可以方式安装换能器，尽量选用Z方式。实践表明，Z方式安装换能器超声波信号强度高，测量稳定性也好。

4.3 及时核校

现场安装固定式超声波流量计数量大、范围广用户，可以配备一台同类型便携式超声波流量计，用于核校现场仪表情况。一是坚持一装一校，即对每一台新装超声波流量计安装调试时进行核校，确保选位好、安装好、测量准；二是对线运行超声波流量计发生流量突变时，要利用便携式超声波流量计进行及时核校，查清流量突变原因，弄清楚是仪表发生故障流量确实发生了变化。

4.4 定期维护

他流量仪表相比，超声波流量计维护量是比较小。外贴换能器超声波流量计，安装以后无水压损失，无潜漏水，只需定期检查换能器是否松动，与管道之间粘合剂是否良好即可；插入式超声波流量计，要定期清理探头上沉积杂质、水垢等有无漏水现象；是一体式超声波流量计，要检查流量计与管道之间法兰链接是否良好，并考虑现场温度和湿度对其电子部件影响，等待。定期维护可以确保超声波流量计长期稳定运行。