那么超声波流量计有什么不一样的作用与功能？

一、超声波流量计精度更高

超声波流量计普遍都是1.0精度，外夹式超声波流量计能做到±0.5%的测量精度，这是外夹式很难达到的，更是超声波水表无法做到的。

二、安装方式多种选择

超声波流量计可以选择外夹式、插入式和管段式三种安装方式，可以根据生产场景选择合适的安装方式，而超声波水表只能使用管段式安装，需要切管停工，安装成本大。

三、支持管径大小丰富

超声波流量计支持25mm~5000mm的管径尺寸，外夹式/插入式都是使用同规格传感器（市场很多不同管径适配不同的传感器），而超声波水表只能支持到300mm管径，而且无论是产品价格还是安装成本都很高。

四、支持多种不同管道材质

超声波流量计支持不锈钢管、铜管、碳钢管、镀锌管、PVC管和比较难测的水泥管、PFA/PU软管等，能在适应在各个不同的生产环境，提供优秀的测量数据。

五、实时记录测量数据

超声波流量计都是有数据记录的，能实时记录流量的日累积量、月累积量和年累积量，能记录流量的正负累积量来确定是否有回流，确保流量数据的准确。

手持便携式超声波流量计更是能记录每一秒流量的瞬时流速、瞬时流量和累积量，方便巡检分析数据。

六、提供工业中的各种通讯支持

在不同的生产环境中，使用不同的设备对应的通讯协议也是不同，超声波流量计可配备多功能输出：4-20mA、脉冲、继电器、RS485、Modbus、M-bus、Hart、批量控制器等。特别是Modbus，很容易使网络和为区域计量区（DMA）提供方便的数据读取和系统监控。

七、被测流体支持

最为关键的是，超声波流量计可以计量的介质可能是水、化学液体、石油、酒精等所有均质流体，然而超声波水表只是单一应用于水测量。

所以一台优秀的超声波流量计并不只是能准确的提供流量，还需要配合当前生产环境中的其他设备，需要有优秀的数据记录和上传能力，能融入整个流程且对流程有很好的帮助。

超声波流量计由超声波换能器、电子线路、流量显示与累积系统组成。换能器在电信号的作用下产生超声波输出，并可以将接收到的超声波信号转换为电信号。

按照安装方式，超声波流量计可以分为外夹式、内贴式、插入式、便携式4种类型。外夹式超声波流量计换能器采用专用耦合剂固定在管道外，安装时不损坏管路，声波的传播路径透过管道壁; 对于内贴式超声波流量计，换能器是利用焊接、螺栓等方式固定在流道内壁上；插入式超声波流量计使用专用钻孔装置在被测管道上开孔，流量计探头通过钻孔从流道外部插入安装固定，解决了外夹式超声波流量计在测量结垢较厚的管道时不易接收到信号及长时间测量信号衰减的问题; 便携式超声波流量计适合移动测量，常用于流量的标定。

按照声道结构类型，超声波流量计可分为单声道超声波流量计和多声道超声波流量计两种。单声道超声波流量计是在被测流道上安装一对换能器构成一个超声波通道。多声道超声波流量计是在流道上安装多对换能器，构成多个超声波通道，综合各声道的结果求出流量。

2、超声波流量计的选型 

对于中小口径管道和对测量精度要求不高的渠道中流量的测量，一般选用单声道超声波流量计；对于大口径管道和流态分布复杂的管渠中流量的测量，一般选用多声道超声波流量计。水电站中利用超声波流量计测量水轮机过机流量时，一般采用多声道超声波流量计( 至少采用4声道) 。 

水电站中测量机组过机流量和电站总流量时，宜选用内贴式或者外插式超声波流量计，只有在业主有明确要求的情况下，才选用外夹式。水电站水轮发电机组蜗壳前的压力钢管口径一般较大，在压力钢管上布置的超声波流量计，如安装位置在压力钢管的埋管部位(非暴露式流道)，超声波流量计采用内贴式，换能器和电缆管管卡在压力钢管内壁通过焊接固定; 如安装位置在压力钢管的明管部位(暴露式流道)，可结合压力钢管口径大小、精度要求、安装条件等因素，考虑采用插入式或内贴式超声波流量计。为便于安装，选用内贴式超声波流量计时D至少为1.6m，选用外插式超声波流量计时至少为0.8m(其中D为安装流道的圆形断面直径或者矩形断面等效直径) 。

故障原因：传感器安装在管道振动大的地方或改变流态装置（如调节阀、泵、缩流孔的下游）

解决方法：将传感器装在远离振动源的地方或改变流态装置的上游

超声波流量计常见故障：读数不正确

故障原因1．传感器装在水平管道的顶部和底部，顶部的气泡和底部的沉淀物干扰超声波信号。

解决方法：将传感器装在管道两侧

故障原因2．传感器装在水流向下的管道上，管内未充满流体。

解决方法：将传感器装在充满流体的管段上。

超声波流量计常见故障：读数不正确

故障原因1．使流态强烈波动的装置如：文氏管、孔板、涡街、涡轮或部分关闭的阀门，正好在传感器发射和接收的范围内，使读数不准确。

解决方法：将传感器装在远离上述装置的地方，传感器上游距上述装置30D，下游距上述装置10D。

故障原因2．流量计输入管径与管道内径不匹配。

解决方法：修改管径，使之匹配。  

超声波流量计常见故障：传感器是好的，但流速低或没有流速

故障原因1．由于管道外的油漆、铁锈未清除干净。

解决方法：重新清除管道，安装传感器。

故障原因2．管道面凹凸不平或安装在焊缝处。

解决方法：将管道磨平或远离焊缝处。

故障原因3．管道圆度不好，内表面不光滑，有管衬式结垢。若管材为铸铁管，则有可能出现此情况。

解决方法：选择钢管等内表面光滑管道材质或无管衬的地方。

故障原因4．被测介质为纯净物或固体悬浮物过低。

解决方法： 选用适合的其它类型仪表

故障原因5．传感器安装纤维玻璃的管道上。

解决方法：将玻璃纤维除去。

故障原因6．传感器安装在套管上，则会削弱超声波信号。

解决方法：将传感器移到无套管的管段部位上。

故障原因7．传感器与管道耦合不好，耦合面有缝隙或气泡。

解决方法：重新安装耦合剂。

超声波流量计常见故障：当控制阀门部分关闭或降低流量时读数反会增加

故障原因：传感器装的过于靠近控制阀，当部分关闭阀门时流量计测量的实际是控制阀门缩径流速提高的流速，因口径缩小而流速增加。

解决方法：将传感器远离控制阀门，传感器上游距控制阀30D或将传感器移至控制阀上游距控制阀5D。

超声波流量计常见故障：流量计工作正常，突然流量计不再测量流量了

故障原因1．被测介质发生变化。

解决方法：改变测量方式

故障原因2．被测介质由于温度过高产生气化。

解决方法：降温

故障原因3．被测介质温度超过传感器的极限温度。

解决方法：降温

故障原因4．传感器下面的耦合剂老化或消耗了。

解决方法：重新涂耦合剂

故障原因5．由于出现高频干扰使仪表超过自身滤波值。

解决方法：远离干扰源

故障原因6．计算机内数据丢失。

解决方法：重新输入数值

故障原因7．计算机死机。

解决方法：重新启动计算机

超声波流量计常见故障：管道内没有流量而仪表有流量指示

故障原因1．由于管道震动。

解决方法：将传感器移至不震动的场所。

故障原因2．由于仪表供电电源受到污染电网用电设备的干扰。

解决方法：与受污染的电网隔离或与厂商联系采取措施。

超声波流量计的安装在所有流量计的安装中是最简单便捷的，只要选择一个合适的测量点，把测量点处的管道参数输入到流量计中，然后把探头固定在管道上即可。为了保证测量精度，选择测量点时要求选择流体流场布均匀的部分，一般应遵循下列原则：

1、选择充满流体的材质均匀质密、易于超声波传输的管段，如垂直管段（流体向上流动）或水平管段。

2、安装距离应选择上游大于10倍直管径、下游大于5倍直管径以内无任何阀门、弯头、变径等均匀的直管段，安装点应充分远离阀门、泵、高压电和变频器等干扰源。

3、避免安装在管道系统的最高点或带有自由出口的竖直管道上（流体向下流动）

4、对于开口或半满管的管道，流量计应安装在U型管段处

5、充分考虑管内壁结垢状况，尽量选择无结垢的管段进行测量。实在不能满足时，需把结垢考虑为衬里以求较好的测量精度。

6、要保证测量点处的温度和压力在传感器可工作范围以内。

7、两个传感器必须安装在管道轴面的水平方向上，并且在轴线水平位置±45°范围内安装，以防止上部有不满管、气泡或下部有沉淀等现象影响传感器正常测量。如果受安装地点空间的限制而不能水平对称安装时，可在保证管内上部分无气泡的条件下，垂直或有倾角地安装传感器。

8、选择管材均匀密致，易于超声波传输的管段。测量点的选择请见下例（如下图）

根据对信号检测的原理超声波流量计分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

超声波流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。

超声波流量计优点:

(1)可做非接触式测量;

(2)为无流动阻挠测量,无压力损失;

(3)可测量非导电性液体,对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。

超声波流量计缺点:

(1)传播时间法只能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体;

(2)多普勒法测量精度不高。

超声波流量计应用概况:

(1)传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、液化天然气等;

(2)气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验;

(3)多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体,例如:未处理污水、工厂排放液、脏流程液;通常不适用于非常清洁的液体。

与其它种类的流量计，如电磁流量计、涡街流量计、差压流量计、质量流量计等相比较，超声波流量计具有以下优点：

首先，采用非接触式测量，换能器安装在管道外壁，基本上不干扰流场，无压力损失，是一种较理想的节能仪表，特别是在测大流量时，节能效果更加显着。

其次，测量口径范围大，一般为0.05~5m ,有的可达10m ,而且造价基本与口径大小无关；换能器型式多样，可适合不同场合的需要，除用于测量水、石油等一般导声流体外，还可测高温、高压、强腐蚀、非导电、易爆和放射性等导声流体。

再者，通用性好，在可测口径范围内，同一台流量计可测任何不同口径的管道；无可动部件，无磨损，使用寿命长，重量轻；灵敏度高，能检测流速的微小变化，输出特性线性范围宽。

不难看出，超声波流量计具有体积小、测量范围大、安装简便、免维护、零压损及始动流量低等优点，是一种理想的流量汁。它能够准确地测量液态石油气产品的宽频，而不需像机械型技术那样得到验证。高灵敏度使其可以检测到管道中的任何泄漏，并可以测量和补充各种会影响监护运输领域中的测量准确度的变量。

超声波流量计属于一种应用在体积流量测试方面的设备，是近年来迅速发展起来的新技术，它利用超声波在流体中传播所载的流体流速信息来测量流体流量。已广泛应用于工业生产、商业计量和水利检测等方面。

超声波流量计技术特点：

1、测量精度：1.0%；

2、工作电源：隔离 DC8-36V 或 AC85-264V；

3、功 耗：工作电流 50mA(不连接键盘和蜂鸣器不响的条件下)；

4、可选输出：1 路标准隔离 RS485 输出；1 路隔离 4-20mA 或 0-20mA 输出；双路隔离 OCT 输出（OCT1 脉冲宽度 6-1000ms 之间可编程，默认 200ms）；1 路双向串行外设通用接口，可以直接通过串联的形式连接多个诸如 4-20mA 模拟输出板；

5、可选输入：三路 4-20mA 模拟输入回路；

6、显 示：2×10 汉字背光显示器（中英文双语可选择）；

7、操 作：16 按键窗口化操作；

8、其它功能：自动记忆前 512 天，前 128 个月，前 10 年正负净累积流量自动记忆前 30 次上、断电时间和流量并可实现自动或手动补加，并可以通过 MODBUS 协议读出；

9、流量传感器：外夹式；

一.主机部分接线如图所示：

（1）电源接线

电源接线按照接线图标识：有 AC 220V 和 DC 24V 两种电源，任选一种

（2）传感器接线

下游探头接：从左到右 1 2 3 接线端子，GND DN- DN+，屏蔽线通常可不接，通常默认只需要接 DN- DN+ （从左到右 2 号端子 3 号端子）

上游探头接：从左到右 4 5 6 接线端子，GND UP- UP+，屏蔽线通常可不接，通常默认只需要接 UP- UP+ （从左到右 5 号端子 6 号端子）

（3）4-20mA 电流输出接线

4-20mA 接：AO 和 24V-两个端子，AO 端子接 4-20mA+ 24V-端子接 4-20mA-

（4）485 通讯接线

485 通讯接：485 OUT A 485 OUTB

（5）热量表接线

热量功能供水接：TX1 T1 GND；热量功能回水接：TX2 T2 GND；（供水回水 GND 共接）

（6）继电器接线

RELAY+ RELAY-

二．探头部分接线如图所示：

屏蔽线通常可不接，通常默认只需要接 + – 两个端子

【故障原因】：信号强度波动大，本身测量流体波动大。

【故障处理】：调整好探头位置，提高信号强度，重新选位置，确保前10D后5D的工况要求。

二，故障现象：外夹式超声波流量计信号强度低。

【故障原因】：管径过大或者管道结垢严重。

【故障处理】：技改为插入式探头，流量计显示正常。

三，故障现象：插入式超声波流量计使用一段时间后，信号强度降低。

【故障原因】：可能探头发生偏移或者探头结垢。

【故障处理】：重新调整探头位置，清洗探头发射面。

四，故障现象：超声波流量计开机无显示。

【故障原因】：电源属性与仪表额定值不对应或者保险烧坏。

【故障处理】：检查电源属性是否与仪表额定值一致，如果保险烧坏，更换保险。

五，故障现象：超声波流量计在现场强干扰下无法使用。

【故障原因】：供电电源波动范围较大或者有变频器或者强磁场干扰或者接地不好。

【故障处理】：给仪表提供稳定的供电电源，将仪表安装远离变频器等强磁场干扰，规范设置接地线。超声波线用屏蔽线，电源线分开敷设，然后在电源输入加磁环隔离变压器。

1、检查零流量

如果管道中的液体处于静止状态，并且附近没有强振和磁场干扰，则此时表头会显示出0，在运行过程中应该将小信号切除，一般流量在满程流量5 % 以下时就会自动切除。

2、仪表设置

在启动超声波流量计开始运作之前，应该先完成相关参数的设置，包括：使用单位制、管道直径、流体类型等。必须要保障全部参数准确输入后，仪表才可以显示出具体的流量值。

3、定期校验

为了确保超声波流量计精度达到规定要求，必须要定期做好校验工作，一般可以应用便携式流量计做比对分析，然后再结合所测数据完成计算，结果符合要求即可。

4、定期维护

针对外贴超声波流量计而言，在完成安装后一般不会出现漏水、水压损失等问题，只需要定期对换能器进行检查，确保其没有松动即可，而插入式流量计则需要对其探头上的水垢或其他杂质进行有效的清理。针对一体式流量计，除了要检查其与管道的法兰连接外，还需要控制好现场的湿度、温度等因素，防止对电子部件造成不良影响。

与其他各类流量计相比，超声波流量计的维护工作量相对较小，主要工作是定期现场维护巡检，重点检查换能器是否松动，与管道之间的粘合是否良好。对于插入式超声波流量计，要定期清理探头上沉积的杂质、水垢，并检查密封口处有无泄漏现象，对于管道式超声波流量计，要检查流量计与管道之间的法兰连接是否良好，并注意现场温度、湿度和腐蚀性气体对电子部件的影响等。

日常维护的另一项工作就是要定期对运行的流量计进行核校，公司配置了一台同类便携式超声波流量计，用来比对现场仪表的测量准确度，同时，当流量波动剧烈时，也可以用来判断区分是来自仪表自身还是生产工艺方面的原因，以便及时处理故障。

与其它种类的流量计，如电磁流量计、涡街流量计、差压流量计、质量流量计等相比较，超声波流量计具有以下优点：

首先，采用非接触式测量，换能器安装在管道外壁，基本上不干扰流场，无压力损失，是一种较理想的节能仪表，特别是在测大流量时，节能效果更加显着。

其次，测量口径范围大，一般为0.05~5m ,有的可达10m ,而且造价基本与口径大小无关；换能器型式多样，可适合不同场合的需要，除用于测量水、石油等一般导声流体外，还可测高温、高压、强腐蚀、非导电、易爆和放射性等导声流体。

再者，通用性好，在可测口径范围内，同一台流量计可测任何不同口径的管道；无可动部件，无磨损，使用寿命长，重量轻；灵敏度高，能检测流速的微小变化，输出特性线性范围宽。

不难看出，超声波流量计具有体积小、测量范围大、安装简便、免维护、零压损及始动流量低等优点，是一种理想的流量汁。它能够准确地测量液态石油气产品的宽频，而不需像机械型技术那样得到验证。高灵敏度使其可以检测到管道中的任何泄漏，并可以测量和补充各种会影响监护运输领域中的测量准确度的变量。

超声波流量计属于一种应用在体积流量测试方面的设备，是近年来迅速发展起来的新技术，它利用超声波在流体中传播所载的流体流速信息来测量流体流量。已广泛应用于工业生产、商业计量和水利检测等方面。

超声波流量计常用压电换能器。它利用压电材料的压电效应，采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振劝。超声波孔板流量计以某一角度射入流体中传播，然后由接收换能器接收，并经压电元件变为电能，以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。

超声波流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片，沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍，以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电元件，使超声波以合适的角度射入到流体中，需把元件故人声楔中，构成换能器整体（又称探头）。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化，而且要求超声波经声楔后能量损失小即透射系数接近1。常用的声楔材料是有机玻璃，因为它透明，可以观察到声楔中压电元件的组装情况。另外，某些橡胶、塑料及胶木也可作声楔材料。

在工业生产过程控制中，流量是一项重要的基础数据。流量测量通过流量计实现，根据测量原理，流量计可分为质量流量计、节流式流量计、容积式流量计、电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计等类别。其中，在测量大口径管线介质流量时，超声波流量计的应用最为广泛。在中国石油锦州石化公司，新水、循环水流量大多使用超声波流量计进行测量。这种流量计安装维修方便、通用性强，在生产数据统计、节能降耗管理中具有广泛应用。

1.超声波流量计的工作原理

1.1硬件组成

通常超声波流量计的测量系统由传感器(换能器)和变送器(流量显示累积系统)2部分组成。传感器为铸铁酸铅压电元件，利用压电效应，通过传感器发射并接收声波。介质流动时，对声波产生影响，通过检测产生的影响情况，计算出流量大小。按照传感器的安装方式，常见的超声波流量计可分为插入式、外夹式和便携式3种类型。插入式超声流量计采用陶瓷传感器，使用专用钻孔装置进行不停产安装，一般为单声道测量。外夹式超声流量计采用专用耦合剂安装，安装时不损坏管路，能够完成固定和移动测量。便携式超声波流量计便携使用，内置可充电锂电池，配接磁性传感器，适合移动测量，常用来进行流量标定。

1.2测量基本原理

超声波流量计的传感器有2只，在工作时，2只传感器互相发射、接收超声波信号。通过数字处理技术以及时差探测法，测量出流体流速对超声波信号传输时间产生的影响，如图1所示。

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。

1、管道因素

（1）直管段长度

根据仪器要求，直管段标准工况为流量计上、下游分别有管径10倍和5倍以上的管段。在实际的能效测试中往往测试条件达不到标准直管段要求，难以找到理想的测试位置。将标准工况下的误差定为零，在上游直管段长度一定的情况下，下游直管段长度变化对流量计的误差影响较小；在下游直管段长度一定的条件下，上游直管段长度的变化对流量计的误差影响较大；当上游管道直管段长度为直径3倍以上、下游直管道长度为管径1倍以上时，相对误差基本在1%以内，可以基本满足现场测试的精度要求。

（2）管道材质

超声波水流量计在测试前应由测试人员手动录入管道材质。在测试时管道材质参数选择错误会造成传感器探头安装距离L的计算错误，使声束的入射角θ产生误差。如果材质的实际声速小于录入的声速（如将塑料管录入为镀锌钢管），则测量结果偏大，反之则偏小。材质设置错误严重时甚至会使传感器接收不到信号，使超声波水流量计无法读数。

（3）管道内衬

在实际测试中发现，管道内衬对超声波水流量计的读数有着明显的影响，这主要是因为管道的内衬存在改变了声波的传输速率，因此，测量时应据实准确输入内衬的材料。除此之外，管道内部结垢因导致管壁厚度变化，同样会影响测量准确性。如果管道内壁结垢相对均匀、信号基本正常，可将管道内壁结垢视为内衬，进行一定的补偿，可以减少测量误差。

2、管道内液体状态

如果管道中的流体为紊流、不满管、混相或者温度太高，都会使测量结果不准确。紊流会导致测量结果不稳定，读数区间较大，无法准确测量管中的液体流速。管道中液体不满管时，其中存在大量气泡，管道中的气泡会反射或衰减超声波信号，给测量带来误差。气泡一般存在于管道的上方，因此传感器一般采用与水平面成45°角位置安装，降低气泡对超声波信号的影响。流体为混相时，其密度很难确定，导致参数设置不正确，仪器或没有示值或示值与真实值相差甚远。

3、其他因素

在实际的测试中会发现还有虽影响较小但不可忽略的因素，比如振动噪声、耦合剂类别、传感器安装方法等。如果流体中存在超声波噪声，且噪声的频率与超声波水流量计的工作频率范围一致，那么将使得换能器无法检测并分辨出正常的工作超声脉冲信号，导致流量计发生读数错误或停止计量。因此，在实际检测中应充分考虑周边环境，避免压缩机等各类产生振动的设备对流量计的影响。耦合剂的使用会直接影响超声波信号的强弱，好的耦合剂使得超声波信号更稳定，可以减少超声波信号的损失，减少管道外壁粗糙程度对测量准确性的影响。

线 性 度： 0.5%。

信号输出： 4-20mA或0-20mA     RS-485

传 感 器： 分为外夹式和插入式。标准配置为外夹式。插入式传感器最高工作压力3MPa.

直管段长： 上游>10D，下游>5D 距泵出口>30D(D:管径)

显示方式： 2*20字符液晶显示，带LED背光

电    源： AC220V、DC8~36V或AC7~30V

环境温/湿度： 主机-20℃~+80℃;传感器-20℃~+80℃或-20℃~+160℃可选，传感器可浸水工作，水深小于2m。

超声波水流量计以其特有的快捷、灵活的使用方式在自来水计量管理中得到普遍应用。在大口径流量仪表难以实现现场检定的情况下，使用便携式超声波水流量计与在线流量计进行比对已成为许多供水企业保证计量基本正确的常用方法。随着超声波水流量计的技术进步，使用条件的规范、标准化，人员经验和素质的提高，该方法为解决供水行业大口径流量计现场检定难题提供了一种思路。

然而，由于现场管道情况、安装质量等因素的影响，便携式超声波水流量计的使用精度往往低于其标称精度，有时误差较大，以至于不能达到使用目的。为了评价管道、安装、信号等对便携超声波水流量计的影响，我们用大连索尼卡公司生产的FV系列便携式流量计进行了测量精度及影响因素的试验分析。

一、 管道因素对超声波水流量计精度的影响：

1．直管段(流态)。一般要求流量计安装位置上游、下游分别有管径10倍和5倍以上的直管段，以确保被测介质的流态满足仪表精度要求。实际使用时常不能找到满足要求的安装位置，在非标准情况下测试结果如下：

表1：  不同直管段与标准位置的相对误差

上游

下游 10倍 8倍 5倍 3倍 2倍 1倍

5  倍 0.05% 0.09% 0.75% 1.08% 3.42% 11.36%

3  倍 -0.12%  1.28%   10.50%

1  倍 1.65%  1.80%   9.92%

试验管径DN200mm，测试时串联两台流量计，便携式流量计在不同位置与一台安装在标准位置（上游10倍下游5倍管径）的同型号固定式超声波水流量计作比对，用半开闸阀控制直管段长度。结果表明下游直管段对精度影响较小，上游侧有三倍以上管径直管时可基本满足使用。当上游直管段不够（紊流严重），如在弯头、泵、阀之后装表时，一般表现为正误差。

2．管道参数输入误差对精度的影响。流量计安装时，需输入管径、管壁厚等参数，测试时我们在管道固定不变的情况下改变输入参数，测量结果如下：

表2：  输入管径误差与测量结果的关系

管径误差

实际管径 10％ 5％ 1％ -1％ -5％ -10％

DN  200 mm 20.88% 10.23% 2.02 % -2.00% -11.98% -19.10%

DN  500 mm 21.10% 10.21% 2.01 % -1.99% – 9.75% -19.06%

DN  800 mm 21.31% 10.15% 1.98 % -1.95% -10.02% -20.09%

DN 1200 mm 20.96% 10.30% 2.06 % -2.04% -10.57% -19.66%

管径设置（输入）误差使测量结果误差扩大为 2倍，这与误差传递理论一致：

由   Q = лD2 v / 4

dQ = лD vdD / 2

得  σQ = dQ/Q = 2 dD/D = 2 σD

类似试验表明管壁厚度设置（输入）误差与测量误差成正相关，但对测量结果影响不大。

3．内衬及管道材质的影响。被测管道材质及内衬输入错误时，也会造成探头安装距离的计算错误，使超声波入射角产生误差，降低测量精度，严重时影响信号和设置，从而不能测量。

试验表明：管道内衬对测量的影响主要源于其造成了实际管径的变化。内衬减少了过水截面积，通过流速换算的流量相应偏小，测量误差与管道截面积变化成正比。如内衬过厚而设置时被忽略或与管壁有间隙时则一般发生探测或信号错误，因此测量时应据实准确输入内衬材料及厚度。实际应用中，遇到管内壁结垢相对均匀，信号基本正常时，也可视为内衬作一定补偿，可减少测量误差。

管道及内衬材质对测量的影响反映在声波在各种介质中传播速度的差异上。如果材质的实际声速大于设置的声速（如错把钢管当塑料管），则测量结果偏小，反之则反。

4．管圆度的影响。实际使用的管道截面不完全是圆形，尤其是大口径钢管。用超声波水流量计测量时，声束穿越的方向与测量精度有关。当按实际声程输入管径时，若管道截面的计算面积小于实际面积，流量测量值偏小，反之则偏大。

二、超声波水流量计安装与计量精度的关系

1．探头安装方式。一般有两种探头安装方式：V法和Z法，经验表明在不影响信号接收的情况下，V法测量精度高于Z法。由于V法探头安装便于精确定位，因此测量误差主要来自流态和管道参数。而Z法安装声程短，信号虽强，探头定位难度大，容易产生安装误差，大口径管道更突出。

2．探头间距与径向错位。

探头间距的定位错误造成声程大小误差，直接影响计量精度，严重时找不到信号。

表3：  钢管V法安装探头间距偏差与测量精度的关系

间距差

管 径 – 50mm -20mm -10mm +10mm +20mm + 50mm

200mm 低信号 2.08% 1.65% -0.44% -4.25% 低信号

500mm 4.87 % 1.96% 0.53% 0.78% -0.06% -2.36%

1000mm 2.49 % 1.66% -0.38% 0.95% -1.04% -1.84%

探头径向错位一般对测量结果影响甚微，但会关系信号强弱。安装时要求声束穿过管道中心，否则会由于声波发射与接收角度不符使信号严重衰减，直至不能测量。

3．安装环境、耦合剂、信号电缆及其他。康创1010便携式超声波水流量计采用多脉冲、宽频带信号，具有一定抗电磁干扰能力，但在安装现场存在高频，特别是变频干扰源时不能完全正常工作。探头信号电缆过长会使信号衰减，一般不宜超过200米，且应使用特定阻抗的同轴电缆，专用端头，中间不能有接头。超声耦合剂尽量使用导声性能好、不易混入气体的粘性物质，如水玻璃、凡士林等。

以上简要分析了由于管道和安装等因素造成的便携式超声波水流量计精度下降及使用中的一些问题。实际上，造成使用误差的主要因素有两方面：一是管道截面积的计算误差（源自管道参数输入），这是所有流速法流量计的共性问题。二是超声波声程误差（主要来自探头间距），根据时差法流量计的原理：

由：t1 = L / ( C + v )

t2 = L / ( C – v )

Δt = t2  – t1  = 2 L v / C2

得：v = Δt C2 / 2 L，

当实际声程L偏大时，v减小，测量结果偏低，反之偏高。这与实测数据是一致的。

在实际使用中，不少用户由于对超声波水流量计的使用要点掌握不好，测量效果不理想，因而对超声波水流量计产生了种种怀疑。其中用户在使用中遇到较多的问题就是“测量误差较大“。今天就给大家讲讲遇到这种情况该如何处理。

（一）原因：直管段距离不满足前10D后5D的要求（10倍管径，5倍管径）。

处理：寻找其他的传感器安装位置。

（二）原因：主机管道参数设置和实际管道参数不一致（内径存在1%的差异时，会造成约3%的测量误差）。

处理：正确的输入内径值。

（三）原因：配管内处于水不满管或泥沙堆积的状态（截面积减少的部分使测量误差增大）。

处理：移装到垂直管段处或其他位置。

（四）原因：管道年限长内部沉淀水垢。

处理：将水垢厚度作为衬垫值输入。

（五）原因：传感器安装尺寸有误。

处理：重新安装传感器，确保传感器之间的距离正确。

第一节 超声波水流量计工作原理

封闭管道用USF按测量原理分类有：① 传播时间法；② 多普勒效应法；③ 波束偏移法；④ 相关法；⑤ 噪声法。本文将讨论用得最多的传播时间法和多普勒效应法的仪表。

1.1 传播时间法

声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速，称之传播时间法。按测量具体参数不同，分为时差法、相位差法和频差法。现以时差法阐明工作原理。

(1)流速方程式

超声波逆流从换能器1送到换能器2的传播速度c被流体流速Vm所减慢     反之，超声波顺流从换能器2传送到换能器1的传播速度则被流体流速加快。

(2)流量方程式

传播时间法所测量和计算的流速是声道上的线平均流速，而计算流量所需是流通横截面的面平均流速，二者的数值是不同的，其差异取决于流速分布状况。因此，必须用一定的方法对流速分布进行补偿。此外，对于夹装式换能器仪表，还必须对折射角受温度变化进行补偿，才能精确的测得流量。

1)夹装式换能器仪表声道角的修正 夹装式换能器USF除了做流速分布修正外，必要时还要做声道角变化影响的修正。根据斯那尔(Snall)定律式(7)和图2，声道角θ随流体中声速c的变化而变化，而c又是流体温度的函数(以水为例，见图3)，因此，必须对θ角进行自动跟踪补偿，以达到温度补偿的目的。

θ角不但受流体声速影响，还与声楔和管壁材料中的声速有关。然而因为一般固体材料的声速变化比液体声速温度变化小一个数量级，在温度变化不大的条件下对测量精确度的影响可以忽略不计。但是在温度变化范围大的情况下(例如高低温换能器工作温度范围-40-200℃)就必须对声楔和管壁中声速的大幅度变化进行修正。

2)多声道直射式换能器仪表的流量方程式直射式换能器仪表的流量方程没有管壁材料折射温度变化影响。多声道仪表常用高斯积分法或其他积分法计算流量。

2.2 多普勒(效应)法

多普勒(效应)法USF是利用在静止(固定)点检测从移动源发射声波多产生多普勒频移现象。

(1)流速方程式

超声换能器A向流体发出频率为fA的连续超声波，经照射域内液体中散射体悬浮颗粒或气泡散射，散射的超声波产生多普勒频移fd，接收换能器B收到频率为fB的超声波，其值为

(2)流量方程式

多普勒法USF的流量方程式形式上与式(6)相同，只是所测得的流速是各散射体的速度v(代替式中的Vm)，与载体液体管道平均流速数值并不一致；方程式中流速分布修正系数Kd以代替K0，Kd是散射体的“照射域“在管中心附近的系数；其值不适用于在大管径或含较多散射体达不到管中心附近就获得散射波的系数。

(3)液体温度影响的修正

式(11)中又流体声速c，而c是温度的函数，液体温度变化会引起测量误差。由于固体的声速温度变化影响比液体小一个数量级，即在式(11)中的流体声速c用声楔的声速c0取代，以减小用液体声速时的影响。因为从图6可知cosθ=sinφ，再按斯纳尔定律sinφ/c＝sinφ0/c0，式(11)便可得式(12)，其中c0/sinφ0可视为常量。

(4)散射体的影响

实际上多普勒频移信号来自速度参差不一的散射体，而所测得各散射体速度和载体液体平均流速间的关系也有差别。其他参量如散射体粒度大小组合与流动时分布状况，散射体流速非轴向分量，声波被散射体衰减程度等均影响频移信号。

第二节 优缺点和局限性

2.1 优点

USF可作非接触测量。夹装式换能器USF可无需停流截管安装，只要在既设管道外部安装换能器即可。这是USF在工业用流量仪表中具有的独特优点，因此可作移动性(即非定点固定安装)测量，适用于管网流动状况评估测定。USF为无流动阻挠测量，无额外压力损失。

流量计的仪表系数是可从实际测量管道及声道等几何尺寸计算求得的，既可采用干法标定，除带测量管段式外一般不需作实流校验。

USF适用于大型圆形管道和矩形管道，且原理上不受管径限制，其造价基本上与管径无关。对于大型管道不仅带来方便，可认为在无法实现实流校验的情况下是优先考虑的选择方案。多普勒USF可测量固相含量较多或含有气泡的液体。USF可测量非导电性液体，在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种补充。

因易于实行与测试方法(如流速计的速度-面积法，示踪法等)相结合，可解决一些特殊测量问题，如速度分布严重畸变测量，非圆截面管道测量等。某些传播时间法USF附有测量声波传播时间的功能，即可测量液体声速以判断所测液体类别。例如，油船泵送油品上岸，可核查所测量的是油品还是仓底水。

2.2 缺点和局限性

传播时间法USF只能用于清洁液体和气体，不能测量悬浮颗粒和气泡超过某一范围的液体；反之多普勒法USF只能用于测量含有一定异相的液体。

外夹装换能器的USF不能用于衬里或结垢太厚的管道，以及不能用于衬里(或锈层)与内管壁剥离(若夹层夹有气体会严重衰减超声信号)或锈蚀严重(改变超声传播路径)的管道。

多普勒法USF多数情况下测量精度不高。国内生产现有品种不能用于管径小于DN25mm的管道。

第三节 分类和结构

3.1 组成

USF主要由安装在测量管道上的超声换能器(或由换能器和测量管组成的超声流量传感器)和转换器组成。转换器在结构上分为固定盘装式和便携式两大类。换能器和转换器之间由专用信号传输电缆连接，在固定测量的场合需在适当的地方装接线盒。夹装式换能器通常还需配用安装夹具和耦合剂。图7是系统组成示例，此例是测量液体用传播时间法单声道Z法夹装式USF。

3.2 分类

可以从不同角度对超声流量测量方法和换能器(或传感器)进行分类。

(1)按测量原理分类：封闭管道用USF按测量原理有5种，如2节所述，现在用得最多的是传播时间法和多普勒法两大类。

(2)按被测介质分类：有气体用和液体用两类。传播时间法USF两种介质各自专用，因换能器工作频率各异，通常气体在100~300kHz之间，液体在1~5MHz之间。气体仪表不能用夹装式换能器，因固体和气体边界间超声波传播效率较低。

(3)传播时间法按声道数分类：按声道数分类常用的有单声道、双声道、四声道和八声道四种。近年有出现三声道、五声道和六声道。四声道及以上的多声道配置对提高测量精度起很大作用。各声道按换能器分布位置(见图8)，又可分为以下几种。

1)单声道 有Z法(透过法)和V法(反射法)两种。

2)双声道 有X法(2Z法、交差法)、2V法和平行法三种。

3)四声道 有4Z法和平行法两种。

4)八声道 有平行法和两平行四声道交差法二种。

(4)按换能器安装方式分类有

1)可移动安装

2)固定安装

第四节 选用考虑要点

4.1 测量原理的选择

选择液体用USF首先考虑测量原理是传播时间法还是多普勒法？其主要判断要素是：液体洁净程度或杂质含量，测量精度要求。

此外，对于外夹装式仪表还要考虑管壁材料和厚度、锈蚀状况、衬里材料和厚度；对于现场安装换能器式仪表要考虑换能器类型；对于大管径传播时间法仪表要考虑声道数，等等。下文将分节讨论。

4.2 适用悬浮颗粒含量的范围

多普勒法USF要比传播时间法适用悬浮颗粒含量上限高得多，而且可以测量连续混入气泡的液体。但是根据测量原理，被测介质中必须含有一定数量的散射体，否则仪表就不能正常工作。

传播时间法USF可以测量悬浮颗粒很少的液体，但不能测量含有影响超声波传播的连续混入气泡或体积较大固体物的液体。在这种情况下应用，应在换能器的上游进行消气、沉淀或过滤。在悬浮颗粒含量过多或因管道条件致使超声信号严重衰减而不能测量时，有时可以试降低换能器频率，予以解决。

4.3 测量精确度

(1)传播时间法

传播时间法比多普勒法有较高的测量精确度，液体基本误差为±0.5%R至±5%FS，重复性为0.1%R-0.3%R；气体基本误差为±0.5%R到±3%FS，重复性为0.2%R-0.4%FS，高精度仪表均为多声道仪表。中小口径液体管段式超声流量传感器通常都用水做实验校验，具有±0.5%R的高精度。管外夹装换能器或在现场管道固定安装换能器的仪表，要通过定标计算接入现场管道流通面积和传播距离长度测量误差，夹装在管道的不确定性，声耦合变化等因素，要降低些。若安装调试粗糙不细致，测量精确度有可能低到5%，甚至更低。测量精确度还取决于声道数设置及其布置位置，下文将进一步讨论。

(2)多普勒法

典型仪表的基本误差为±(1%-10%)FS，重复性为(0.2%-1%)FS。工业用多普勒法USF的超声波频率为0.5-2MHz。多普勒信号包含着不同散射体移动速度的频谱，检测电路提供多普勒频移若干平均测量值以求的速度。所测的散射体速度和流体平均流速之间的关系，随着不同状况而变化，有一定不确定性。

多普勒法USF性能因受以下一些原因所形成的因素影响，整体性能要比传播时间法低得多。例如：散粒体的性质；非轴向速度分量形成的多普勒频移增宽；被照射域位置的不确定性；散射体和基相液体间的滑差。因此有些制造厂的技术数据仅列出仪表的重复性而不列测量精确度或基本误差。

流体运行流速不能过低，过低的流速会使离散体分布不均匀。若测量管水平安装，气体会浮升在顶部流动，颗粒会沉淀于底部。最低流速通常为0.1-0.6m/s。

4.4 声道设置和直管段要求

多普勒法USF通常只有单套发送和接收换能器；便携式外夹装换能器传播时间法USF通常也只有单声道，其他夹装式则也有用双声道者，带测量管段式有单声道和双声道以上。

(1)传播时间法

传播时间法采用多少声道的主要依据是测量精确度要求和安装仪表管段流动状况(取决于上游阻流件组成和直管段条件)，以及管径大小。例如BS7405推荐管径大于0.5m用3或4声道，达于3m则用8声道。

单声道从单一路径的线平均流速乘上系数代表平均流速。单一路径声道的换能器设置通常是通过管道中心，即在横截面投影圆的直径上，其系数即如图10.2所示。也右声道设置在弦的位置上。流动速度分布畸变和存在径向速度分量(如涡流、二次流)则会改变该系数值，弦位置的影响比直径位置的影响小。多声道测量多路径线平均流速，更减少流动畸变影响，提高测量精度。

确定声道数有的可按仪表样本规范选择(如管段式USF，除单声道外较多采用双声道计量声道以上)，有的则向仪表制造场联系磋商(如现场安装式USF，特别是大管径应用，通常为3-8声道)。

为了获得流体沿管道中心平行对称地流动，测量点上下游要有足够的长度直管段作有效整流。不能满足时应设置流动调整器。

传播时间法USF直管段长度要求尚未有国际标准或国家标准规定值，应按制造厂提供的规定。表2例举几个不同来源提出的要求，可作为选型时的一般依据。

(2)多普勒法

对多普勒法USF的直管段要求也没有国际标准和国家标准的规定值。人们对多普勒法USF直管段要求程度在看法上也迥然不同。一种看法认为：从原理上讲多普勒法仅测量“照射域“内散射体的流速，其测量值受流速分布影响比传播时间法大。为了尽量减少这种影响，除了采取其他一些方法外，还应保证照射测量域的上下游有足够长度的直管段，以得到较好的流动状态。例如日本电气计测工业会认为多普勒法USF所需直管段长度一般应是传播时间法的1.5倍。然而另一种看法是：多普勒法USF本身测量精确度等性能较低，流速分布影响相对于总体测量精确度不重要，直管段要求反而降低。例如有仪表制造厂提出只要在测量点上下游保持大于3-5DN的直管段。

4.5 换能器类型的选择

(1)传播时间法

本类仪表可采用换能器的类型较多，各厂家换能器结构不同，适用的流体条件(温度、压力等)、管道条件(材质、形状、管径、直管长度等)和安装条件等也不相同。此外还与声道的设置方法有关，而声道的设置方法又与测量精度和重复性等密切相关。气体用USF因固体和气体界面间超声波传播效率非常低，只能用直射式换能器。因此气体流量测量一般不采用外夹装式USF。

(2)多普勒法

本类仪表用的折射式换能器。目前国内产品大部分采用夹装式，但与传播时间法所用的夹装式换能的发射频率等技术性能不同，不能混用。然而两者适用管道条件是基本相同的。

4.6 安装布置方面的考虑

1)安装位置和流动方向 USF的流量传感部分(超声流量传感器或超声换能器)一般均可安装于水平、倾斜或垂直管道。垂直管道最好选择自下而上流动的场所，若为自上而下，则其下游应有足够的背压，例如有高于测量点的后续管道，以防止测量点出现非满管流。

2)单向流还是双向流 通常为单向流，但也可通过较复杂电子线路，设计成双向流动，此时流量测量点两侧直管段长度均应按上游直管段的要求布置。

3)管道条件：外夹装式USF管道内表面积沉积层会产生声波不良传输和偏离预期声道路径和长度，应予避免；外表面因易于处理较少影响。夹装式换能器和管道接触表面要涂上耦合剂。应注意粒状结构材料(例如铸铁、混凝土)的管道，很可能声波被分散，大部分声波传送不到流体而降低性能。换能器安装处管道衬里或锈蚀层与管壁之间不能有缝隙。用V法的反设处必须避开焊缝和接口。

4)上游流动扰动 与大部分其他流量仪表一样，USF敏感于流过仪表的流速分布剖面，因此也要求相当长度的上游直管段。前文已对直管段要求作了讨论。

5)防止声干扰 应注意由控制阀高压力降等所形成的声学干扰，特别在测量气体流量时尤为重要，设法避免之。例如Instromet公司的USF显示仪中有声干扰实时测量报警；测量管道中采用如图9所示弯管阻断声干扰的措施。

4.7 经济因素方面的考虑

小口径USF与其他流量仪表相比价格较贵，然而非管段式USF价格并不明显增加。所以用于大口径、超大口径仪表有明显价格优势。多声道仪表有较复杂电子计算部件，价格要高些，因此在要求高精度的中小管径上应用受到一些限制。然而上有扰动大而直管段布置受限制的场所，多声道系统可能是仅有的合理解决方案。

外夹装式便携式USF的机动性和可以多处使用，仪表购置费可分摊给各测量点，从而降低测量成本。

USF的流量校验费用，外夹装式仪表通常不作实流校验，仅作静态调试，液体用仪表可充实液调试；管段式仪表为提高仪表精度，均作实流校验。因为这些校验或调试在出厂前进行，一般包括在价格内。

大管径仪表为了提高测量精确度或用户需要在现场考核其精确度，或者测量位置流场畸变严重必须作实流标定，在测量原位用速度面积法等方法在线校验，则应考虑其校验费用。

第五节 安装注意事项

5.1 流量传感器或换能器的安装

(1)流量传感器(即带测量管段的插入式换能器总成)的安装

1)安装本类流量传感器时管网必须停流，测量点管道必须截断后接入流量传感器。

2)连接流量传感器的管道内径必须与流量传感器相同，其差别应在±1％以内。

3)流量传感器上的传感器尽可能在如图10所示与水平直径成45度的范围内，避免在垂直直径位置附近安装。否则在测量液体时换能器声波表面易受气体或颗粒影响，在测量气体时受液滴或颗粒影响。

4)测量液体时安装位置必须充满液体。

5)上下游应有必要的直管段。

(2)外夹装式换能器的安装。

上面2)、3)、4)、5)各项应同样注意外，还应注意以下各点。

1)剥净安装段内保温层和保护层，并把换能器按装处的壁面打磨干净。避免局部凹陷，凸出物修平，漆锈层磨净。

2)对于垂直设置的管道，若为单声道传播时间法仪表，换能器的安装位置应尽可能在上游弯管的弯轴平面内(见图11)，以获得弯管流场畸变后较接近的平均值。

3)换能器安装处和管壁反射处必须避开接口和焊缝，如图12以V法示例。

4)换能器安装处的管道衬里和垢层不能太厚。衬里、锈层与管壁间不能有间隙。对于锈蚀严重的管道 ，可用手锤震击管壁，以震掉壁上的锈层，保证声波正常传播。但必须注意防止击出凹坑。

5)换能器工作面与管壁之间保持有足够的耦合剂，不能有空气和固体颗粒，以保证耦合良好。

6)多普勒法夹装式换能器安装有对称安装和同侧安装两种方法，如图13所示。对称安装适用于中小管径(通常小于600mm)管道和含悬浮颗粒或气泡较少的液体；同侧安装适用于各种管径的管道和含悬浮颗粒或气泡较多的液体。

一.主机部分接线如图所示：

（1）电源接线

电源接线按照接线图标识：有 AC 220V 和 DC 24V 两种电源，任选一种

（2）传感器接线

下游探头接：从左到右 1 2 3 接线端子，GND DN- DN+，屏蔽线通常可不接，通常默认只需要接 DN- DN+ （从左到右 2 号端子 3 号端子）

上游探头接：从左到右 4 5 6 接线端子，GND UP- UP+，屏蔽线通常可不接，通常默认只需要接 UP- UP+ （从左到右 5 号端子 6 号端子）

（3）4-20mA 电流输出接线

4-20mA 接：AO 和 24V-两个端子，AO 端子接 4-20mA+ 24V-端子接 4-20mA-

（4）485 通讯接线

485 通讯接：485 OUT A 485 OUTB

（5）热量表接线

热量功能供水接：TX1 T1 GND；热量功能回水接：TX2 T2 GND；（供水回水 GND 共接）

（6）继电器接线

RELAY+ RELAY-

二．探头部分接线如图所示：

屏蔽线通常可不接，通常默认只需要接 + – 两个端子

超声波水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，接收器接收到的流量计超声波信号，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。

超声波水流量计常用压电换能器。它利用压电材料的压电效应，采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振劝。超声波孔板流量计以某一角度射入流体中传播，然后由接收换能器接收，并经压电元件变为电能，以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。

超声波水流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片，沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍，以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电元件，使超声波以合适的角度射入到流体中，需把元件故人声楔中，构成换能器整体（又称探头）。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化，而且要求超声波经声楔后能量损失小即透射系数接近1。常用的声楔材料是有机玻璃，因为它透明，可以观察到声楔中压电元件的组装情况。另外，某些橡胶、塑料及胶木也可作声楔材料。

超声波水流量计的测量原理

超声波水流量计常用的测量方法为传播速度差法、多普勒法等。传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法。其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速，从而测出流量；多普勒法的基本原理则是应用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量。

超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。超声波水流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波水流量计比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可在不影响生产管线的情况下运行，因而是一种理想的节能型流量计。

超声波水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。

超声波水流量计常用压电换能器。它利用压电效应，采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振劝。超声波以某一角度射入流体中传播，然后接收换能器接收，经压电元件变为电能，以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。

超声波水流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片，沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍，以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电元件，使超声波以合适角度射入到流体中，需把元件放入声楔中，构成换能器整体（又称探头）。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化，而且要求超声波经声楔后能量损失小即透射系数接近1。常用的声楔材料是有机玻璃，因为它透明，可以观察到声楔中压电元件的组装情况。另外，某些橡胶、塑料及胶木也可作声楔材料。

【故障原因】：信号强度波动大，本身测量流体波动大。

【故障处理】：调整好探头位置，提高信号强度，重新选位置，确保前10D后5D的工况要求。

二，故障现象：外夹式超声波水流量计信号强度低。

【故障原因】：管径过大或者管道结垢严重。

【故障处理】：技改为插入式探头，流量计显示正常。

三，故障现象：插入式超声波水流量计使用一段时间后，信号强度降低。

【故障原因】：可能探头发生偏移或者探头结垢。

【故障处理】：重新调整探头位置，清洗探头发射面。

四，故障现象：超声波水流量计开机无显示。

【故障原因】：电源属性与仪表额定值不对应或者保险烧坏。

【故障处理】：检查电源属性是否与仪表额定值一致，如果保险烧坏，更换保险。

五，故障现象：超声波水流量计在现场强干扰下无法使用。

【故障原因】：供电电源波动范围较大或者有变频器或者强磁场干扰或者接地不好。

【故障处理】：给仪表提供稳定的供电电源，将仪表安装远离变频器等强磁场干扰，规范设置接地线。超声波线用屏蔽线，电源线分开敷设，然后在电源输入加磁环隔离变压器。