浅谈超声波流量计的测流原理与应用

浅谈超声波流量计的测流原理与应用

流量是工业生产和居民生活过程中用于检测控制的一个重要参数，在供排水、石化和工农业领域，对于液态流体的流量监控是保障正常运行和故障检测必不可缺的一部分。超声波流量计作为一种新兴的科技产物，虽然诞生时间不长，但是因为其诸多优点，在各个行业得到了应用。本文通过介绍超声波流量计的优点，结合自身经验，详细介绍了基于超声波流量计的优越性，通过分析超声波流量计的测流原理，对超声波流量计在各个行业的应用和安装方法进行阐述，旨在促进超声波流量计的推广应用。

引言

超声波流量计有诸多优点和好处，但是因为使用价格高、技术要求高和维护成本高等现实问题，在我国的应用推广较慢。随着经济发展，对于水利化工等行业的扶持力度加大，该技术设备正在逐渐成为测流方面的主要方式。目前我国对于超声波流量计技术已经有比较可靠的掌握，但是相对于国际上先进的超声波流量计技术而言，我国在这方面起步晚，时间短，投入资金少，导致与国际先进水平还有很大的差距，我们要正视问题的存在，加大资金投入，学习先进技术，缩短与世界水平差距。

1. 超声波流量计的测量原理

超声波流量计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。例如：时差法测量原理。时差法测量流体流量的原理如图 1 所示。它利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而传播速度不同的特点，测量它的顺流传播时间 t1 和逆流传播时间 t2 的差值，从而计算流体流动的速度和流量。

2.超声波流量计的分类

根据超声波声道结构类型可分为单声道和多声道超声波流量计，单声道超声波流量计是在被测管道或渠道上安装一对换能器构成一个超声波通道，应用比较多的换能器是外夹式和插入式。单声道超声波流量计结构简单、使用方便，但这种流量计对流态分布变化适应性差，测量精度不易控制，一般用于中小口径管道和对测量精度要求不高的渠道。多声道超声波是在被测管道或渠道上安装多对超声波换能器构成多个超声波通道，综合各声道测量结果求出流量。与单声道超声波流量计相比，多声道流量计对流态分布变化适应能力强，测量精度高，可用于大口径管道和流态分布复杂的管渠。

根据超声波流量计适用的流道不同可分为管道流量计、管渠流量计和河流流量计管道流量计一般是指用于有压管道的流量计，其中也包括有压的各种形状断面的涵洞，

这种流量计一般是通过一个或多个声道测量流体中的流速，然后求得流量。用于管渠的超声波流量计除了要具有测流速的换能器以外，还需要有测水位的换能器，根据测得的流速和水位求得流量。用于管渠的流量计一般含有多个测速换能器(由声道数决定)和一个测水位换能器。

3.超声波流量计的应用

3.1现场条件与安装

(1)测量位置的选择。由于流量计所直接测量流速为线流速，只有流速分布均匀，无外界噪声干扰，才能保证仪表的测量准确度，所以应选择满足下列条件的场所定位：①上10D，下游 5D 以上直管段(水平、垂直、斜管都可)；②上30D 内不能装泵、阀等扰乱流动设备。(2)流量计的正确安装。流量计的安装就是探头的安装，应根据表头提供的参数仔细安装，方法有“距离法”和“时间法”两种。“距离法”又可分为两种：一种适用于管道条件较好，可用“V”法提高测量准确度。如固定使用则可采用另一种方法即“Z”法测量，以提高声波信号的接收强度。两种方法探头均采用“坐标法”安装，即先去锈涂层固定一个探头位置，再根据仪表显示的安装距离，用纸带绕管道一周，围出周长做标记，用钢卷尺量出距离，划周线(直线)相交点固定另一探头，此时二次仪表显示灯亮，然后调整灵敏度旋钮，当渡越时间前三位数字在 100～200 间非常稳定时，说明已安装调试好，可正常工作。以“时间法”安装由于不以几何位置为准，安装时，分别将两探头涂油固定在管道两侧，用手紧贴管壁在距另一探头 0.5D 左右处上下左右缓慢移动，当位置正确后，显示稳定的三位数字与给定值接近，固定探头工作即为正常。

3.2流量计的使用

(1)零流量的检查。管道液体静止，且周围无强磁场干扰、无强烈振动的情况下，面板显示为零，此时自动设置零点，消除零点漂移，运行测量时务必做零点消除设置，零点能被调整。(2)仪表实用操作。流量计是严格的单板设计，故在开始前要使输入的参数准确无误，然后通过输入键按照初始主菜单的要求顺序输入；若输入有误，应重新输入。探头安装完毕后，重新检查初始设置主菜单数据，正确输入后，流量计进入工作状态。在安装过程中，两探头固定好后若出现“渡越时间”不稳定，需要调整“灵敏度”电位器，显示稳定并正常。如调电位器无效，只有移动探头，直至显示正常仪表方可正常工作。