超聲波流量計(jì)的組成：超聲波流量計(jì)實(shí)物圖如圖所示，由圖可知超聲波流量計(jì)主要由直管段、流量傳感器、溫度傳感器、計(jì)算儀等部分組成。
根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理，超聲流量計(jì)可分為傳播速度差法(直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。
當(dāng)超聲波在不均勻流體中傳送時(shí)，聲波會(huì)產(chǎn)生散射。流體與發(fā)送器間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)送的聲波信號(hào)和被流體散射后接收到的信號(hào)之間會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移。多普勒頻移與流體流速成正比。
按測(cè)量原理分類
封閉管道用USF按測(cè)量原理有多種，用得最多的是傳播時(shí)間法和多普勒法兩大類。其中時(shí)差式超聲波流量計(jì)是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時(shí)間差與流體流速成正比這一原理來(lái)測(cè)量流體流量的，廣泛應(yīng)用于江、河、水庫(kù)原水測(cè)量，石化產(chǎn)品工藝流檢測(cè)，生產(chǎn)過(guò)程耗水量測(cè)量等領(lǐng)域。
根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，時(shí)差式超聲波流量計(jì)分為便攜式時(shí)差式超聲波流量計(jì)、固定式時(shí)差式超聲波流量計(jì)、時(shí)差式氣體超聲流量計(jì)。
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一、引言
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,計(jì)量已經(jīng)滲透到社會(huì)的各行各業(yè),與企業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。準(zhǔn)確計(jì)量已經(jīng)成為越來(lái)越多企業(yè)的迫切要求。
我國(guó)從六十年代起開始超聲波流量計(jì)的研究工作,到八十年代取得實(shí)質(zhì)性成果,但其測(cè)量準(zhǔn)確度不是很高。九十年代以后隨著電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展,超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度得到了較大提高。但是,超聲波流量計(jì)的使用過(guò)程中受人為操作影響較大,若忽視其中一些重要的影響因素,將會(huì)大大影響超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。
二、超聲波流量計(jì)概述
超聲波流量計(jì)是利用超聲波在流體中的傳播特性來(lái)測(cè)量流量的流量計(jì),主要由安裝在測(cè)量管道上的超聲換能器(或換能器和測(cè)量管組成的超聲流量傳感器)和轉(zhuǎn)換器組成。換能器和轉(zhuǎn)換器之間由專用信號(hào)傳輸電纜連接。
按測(cè)量方法分類有,傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、相關(guān)法、噪聲法等。目前,市場(chǎng)上傳播速度差法和多普勒法的超聲波流量計(jì)應(yīng)用zui為廣泛。本文主要討論傳播速度差法的液體超聲波流量計(jì)的使用。
超聲波流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn):
(1)攜帶、安裝方便;
(2)量程比寬,不干擾流場(chǎng),無(wú)壓力損失,外夾裝式超聲波流量計(jì)可實(shí)現(xiàn)不斷流安裝測(cè)量;
(3)無(wú)可動(dòng)易損部件,穩(wěn)定性好;
(4)適用性強(qiáng),一臺(tái)流量計(jì)可用于不同管徑不同流量的測(cè)量;
(5)造價(jià)基本與所測(cè)管徑無(wú)關(guān),性價(jià)比高。
缺點(diǎn):
(1)要求準(zhǔn)確知道管道參數(shù);
(2)人為操作影響較大,對(duì)操作人員要求高;
(3)作為標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)或比對(duì)要及時(shí)溯源。
三、影響測(cè)量準(zhǔn)確度的因素
超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)一般可達(dá)到1.5級(jí)或1.0級(jí),也有一些多聲道和插入式超聲波流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)可達(dá)到0.5級(jí)。如果要在實(shí)際使用中保證超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度,有幾個(gè)重要的影響因素應(yīng)引起大家的重視。根據(jù)幾年來(lái)我們使用超聲波流量計(jì)的經(jīng)驗(yàn),在影響超聲波流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度方面談一些體會(huì),供大家參考。
1、安裝條件和使用環(huán)境
超聲波流量計(jì)屬于速度式流量計(jì),它對(duì)流場(chǎng)有一定的要求。管道內(nèi)液體必須為滿管。安裝時(shí)前、后直管段在一般情況下應(yīng)至少滿足前10D后5D的要求(若使用說(shuō)明書上有具體要求,應(yīng)滿足說(shuō)明書上要求)。若上、下游側(cè)安裝有90°彎頭、T字形彎頭、漸擴(kuò)管、漸縮管等阻流件時(shí),應(yīng)將超聲波流量計(jì)上、下游直管段延長(zhǎng)到30D至50D。不少使用者忽視了閥門對(duì)流場(chǎng)的影響,認(rèn)為閥門完全打開時(shí)管道內(nèi)為通徑對(duì)流場(chǎng)無(wú)影響。其實(shí)不然,無(wú)論是蝶閥還是球閥、閘閥,當(dāng)其完全打開時(shí),其內(nèi)部仍然有阻流件影響流場(chǎng),流場(chǎng)不穩(wěn)定就造成了測(cè)量準(zhǔn)確度的降低。
超聲波流量計(jì)使用時(shí)應(yīng)避開強(qiáng)電磁和聲波信號(hào)的干擾。使用中我們發(fā)現(xiàn)在變頻器旁、高壓線下方、車輛密集的馬路旁,都會(huì)對(duì)超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。
2、管道參數(shù)測(cè)量不準(zhǔn)確
超聲波流量計(jì)是利用聲波信號(hào)在同一傳播距離時(shí),在順流、逆流兩個(gè)方向上有不同的傳播速度,用傳播速度之差與被測(cè)液體流速的關(guān)系求得流速。流量是流速與管道橫截面積的乘積。若要得到準(zhǔn)確的流量,就需要知道準(zhǔn)確的換能器傳播距離和管道橫截面積,而這些數(shù)據(jù)是通過(guò)使用者人工輸入管道外徑、材質(zhì)、壁厚、襯里及襯里厚度等參數(shù),經(jīng)流量計(jì)內(nèi)部計(jì)算得出的。因此,這些參數(shù)的準(zhǔn)確與否將直接影響到超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。
設(shè)計(jì)圖紙或熟悉情況人員提供的管道數(shù)據(jù)都有可能出現(xiàn)偏差,zui可靠的方法是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)應(yīng)選取科學(xué)的方法,首先采用具有檢定證書的量具如游標(biāo)卡尺等測(cè)量管道外徑、壁厚。若被測(cè)管徑較大無(wú)法用量具測(cè)量時(shí),則應(yīng)采用坐標(biāo)紙或卷尺包裹外徑的方法測(cè)量,測(cè)量時(shí)應(yīng)注意管壁外涂覆層、銹蝕、焊縫等的影響。管道壁厚可以用測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)量。
管道內(nèi)若有樹里,應(yīng)確定其材質(zhì)和厚度。使用中我們發(fā)現(xiàn)一些管道采用水泥砂漿襯里防腐,對(duì)聲波信號(hào)的傳輸有較大的影響,若測(cè)量不準(zhǔn)確會(huì)影響超聲波流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度,甚至造成流量計(jì)無(wú)法正常工作。
3、換能器的安裝
根據(jù)超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理,換能器的安裝是影響測(cè)量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵因素。當(dāng)采用V法安裝時(shí),兩個(gè)換能器的水平位置較易保證。當(dāng)采用Z法安裝時(shí),應(yīng)當(dāng)用坐標(biāo)紙包裹管道,再沿中線對(duì)折,然后將兩個(gè)換能器的水平中心對(duì)準(zhǔn)坐標(biāo)紙兩端進(jìn)行安裝,這樣可以保證換能器發(fā)射的聲波信號(hào)穿過(guò)管道軸線,減小對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。超聲波流量計(jì)換能器安裝時(shí)應(yīng)避開管道頂部和底部,盡量安裝在管道的水平位置,或者在與水平直徑成45°角的范圍內(nèi),還應(yīng)注意避開焊縫。管道的頂部易積聚氣體,底部易沉淀雜物,氣體、雜物和焊縫都會(huì)使超聲波信號(hào)發(fā)生非正常的反射,從而影響超聲波流量計(jì)的測(cè)
量準(zhǔn)確度,甚至造成流量計(jì)無(wú)法正常工作。
根據(jù)流量計(jì)計(jì)算出的安裝距離安裝換能器,應(yīng)綜合參考流量計(jì)的信號(hào)強(qiáng)度,測(cè)得聲速值、信號(hào)質(zhì)量、安裝距離檢査等參數(shù)將換能器安裝位置調(diào)整到zui佳位置。在調(diào)整換能器時(shí)應(yīng)注意不要只保證信號(hào)強(qiáng)度zui佳,而忽略安裝距離、聲速值等參數(shù);也不要只保證安裝距離而忽略其他參數(shù)。安裝距離是根據(jù)使用者輸入的參數(shù)計(jì)算出的理論值,若管道截面圓度不夠、內(nèi)壁有結(jié)垢等情況,就會(huì)使實(shí)際安裝距離和理論距離出現(xiàn)差異。若超聲波流量計(jì)測(cè)得聲速值與實(shí)際聲速值相差超過(guò)±2℃時(shí),流量計(jì)測(cè)得瞬時(shí)流量值與實(shí)際流量值也會(huì)出現(xiàn)差異。
4、經(jīng)過(guò)檢定、校準(zhǔn)的超聲波流量計(jì)使用不正確
超聲波流量計(jì)一般配有兩副或三副換能器,每副換能器所適用的管徑各不相同。因此,在實(shí)際使用中轉(zhuǎn)換器與換能器的組合應(yīng)當(dāng)與檢定、校準(zhǔn)時(shí)相一致。例如:若用轉(zhuǎn)換器配中型
換能器在DN400管徑上用Ⅴ法進(jìn)行檢定、校準(zhǔn),那么在現(xiàn)場(chǎng)也必須用轉(zhuǎn)換器配中型換能器在DN400管徑上使用V法進(jìn)行測(cè)量。若在其它管徑上或配其它類型的換能器使用,都不能保證流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。使用中我們發(fā)現(xiàn)超聲波流量計(jì)配同一副換能器在不同的管徑上檢定、校準(zhǔn)會(huì)得到不同的修正系數(shù)。相同類型的換能器因技術(shù)水平所限不具有互換性,也會(huì)得到不同的修正系數(shù)。另外,不同的安裝方式也會(huì)得到不同的修正系數(shù)。
使用者應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況,將所有需要被測(cè)量的管徑和使用的換能器以及采用的安裝方式都要進(jìn)行檢定、校準(zhǔn)。有些使用者用一副換能器在一個(gè)管徑上檢定、校準(zhǔn)后得到的修正系數(shù),用于其它所有的管徑,這樣往往會(huì)影響流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。另外,使用者在每次測(cè)量開始前,均應(yīng)檢査流量計(jì)內(nèi)的修正系數(shù),保證其為經(jīng)檢定、校準(zhǔn)后給出的系數(shù)。
對(duì)于插人式超聲波流量計(jì),插人深度是關(guān)鍵因素。我們建議使用者送檢時(shí)應(yīng)將現(xiàn)場(chǎng)使用的插入短管一同送檢。檢定、校準(zhǔn)結(jié)束后不要拆卸換能器,應(yīng)保持檢定、校準(zhǔn)時(shí)的狀態(tài)不變安裝在現(xiàn)場(chǎng)管道上,這樣才能保證流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度。
四、結(jié)束語(yǔ)
超聲波流量計(jì)在使用時(shí)受人為操作的影響較大,使用者若能在使用中注意上述幾個(gè)方面的問(wèn)題,將會(huì)提高它的測(cè)量準(zhǔn)確度。超聲波流量計(jì)的方便性和經(jīng)濟(jì)性是其它流量計(jì)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),它已經(jīng)得到越來(lái)越多用戶的認(rèn)可。
在石油、化工、水電等部門，對(duì)液態(tài)流體流量的檢測(cè)已成為生產(chǎn)中不可缺少的組成部分。要準(zhǔn)確地檢測(cè)流量就要依賴于有效的測(cè)試工具一流量計(jì)，傳統(tǒng)檢測(cè)方法和渦輪、孔板、電磁等流量計(jì)都需要將其傳感器安裝在管內(nèi)，并配一段安裝管，這不但不便于安裝，而且會(huì)引起流體的壓力損失、泄漏等問(wèn)題，尤其是對(duì)有毒、有腐蝕性、易爆及帶放射性介質(zhì)流體的測(cè)量顯得很不適應(yīng)。為此在管道外就準(zhǔn)確可靠地測(cè)量管道中流量的超聲波流量計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。超聲波流量計(jì)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓力損失小、使用方便等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。
1、超聲波流量計(jì)用于液態(tài)流體計(jì)量的優(yōu)點(diǎn)
與其它種類的流量計(jì)，如電磁流量計(jì)、渦流流量計(jì)、差壓流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)等相比較，超聲波流量計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)屬非接觸式測(cè)量，換能器安裝在管道外壁，基本上不干擾流場(chǎng)，無(wú)壓力損失，可以測(cè)得真實(shí)流速又不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
(2)通用性好，在可測(cè)口徑范圍內(nèi)，同一臺(tái)流量計(jì)可測(cè)任何不同口徑的管道。測(cè)量口徑范圍一般為0.5~5m，有的可達(dá)10m，而且造價(jià)基本與口徑大小無(wú)關(guān)。
(3)適應(yīng)性強(qiáng)，使用范圍廣，它幾乎不受流體物理性質(zhì)的限制和影響，只要是超聲波能傳播的流體，即使是非導(dǎo)電的或是高粘度的流體都能測(cè)量其流速，除用于測(cè)量水、石油等一般導(dǎo)聲流體外，另外還可測(cè)量高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、非導(dǎo)電、易爆和放射性等導(dǎo)聲流體。
(4)無(wú)可動(dòng)部件，無(wú)磨損，使用壽命長(zhǎng)，重量輕。
(5)靈敏度高，能檢測(cè)流速的微小變化，輸出特性線性范圍寬。
(6)安裝維修方便，不必中斷流體流動(dòng)，不影響生產(chǎn)。
(7)能進(jìn)行綜合測(cè)試，超聲波測(cè)量裝置不僅能測(cè)量流體的流速和流量，而且易于與微機(jī)及其它參數(shù)儀表(如壓力、轉(zhuǎn)速等)組合構(gòu)成監(jiān)測(cè)裝置，這一獨(dú)有的特點(diǎn)是其它測(cè)量方法難以實(shí)現(xiàn)的。然而，超聲波流量計(jì)也存在不足之處，主要表現(xiàn)在低流速、小管徑而溫度條件、媒質(zhì)物理性能和流體流動(dòng)條件又很不穩(wěn)定的情況下，較難得到滿意的結(jié)果。
2、超聲波流量計(jì)的工作原理
超聲波流量計(jì)將一對(duì)換能器夾裝在管道兩側(cè)。通過(guò)超聲波在管道內(nèi)的順流及逆流兩種方式的發(fā)射及接收，測(cè)量出各自的傳播時(shí)間，得這兩種時(shí)間的差△T再依據(jù)流體理論，可準(zhǔn)確地測(cè)出管道中流體的流量。
式中θ1一超聲波在換能器中的發(fā)射角;
θ2一超聲波在管壁中的折射角；
θ3一超聲波在流體中的折射角;
v一流體流速;
D一一管道內(nèi)徑
C1、C2、C3一分別為超聲波在上述三種材料中傳播平均線速度;超聲波在換能器及管道壁中傳輸時(shí)間
平均面速度為:
式中K一流量修正系數(shù)，與流體雷諾數(shù)Re有關(guān)。
3、測(cè)量條件
(1)要使超聲波信號(hào)通過(guò)管壁，首先的條件是管子必須是聲的導(dǎo)體，絕大多數(shù)管是導(dǎo)聲的，包括所有的金屬、橡膠和玻璃管以及一些合成玻璃和水泥等均一性材料的管。大多數(shù)管子的護(hù)面如水泥、煤焦油、搪瓷及環(huán)氧樹脂等也是導(dǎo)聲的。為了不影響所獲得的信號(hào)，只要使塑料、橡膠村墊緊貼著管子的內(nèi)表面且襯面與管壁間無(wú)空氣間隙即可。
(2)測(cè)量流量時(shí)必須使管子的測(cè)量段充滿液體，這是使用超聲波流量計(jì)所必需的條件。因?yàn)?，無(wú)論管子是否充滿液體，超聲波流量計(jì)都是按滿管狀態(tài)計(jì)算流量的。
(3)正確選擇安裝位置，應(yīng)該遠(yuǎn)離有動(dòng)力、阻力的地方，如遠(yuǎn)離彎管段、三通、節(jié)流閥或泵、調(diào)節(jié)閥等部位。并且探頭安裝位置必須在管側(cè)面的正側(cè)線上，并且注意保證管表溫度不能超過(guò)發(fā)射器的額定工作溫度。對(duì)固定式超聲波流量計(jì)而言，傳感器安裝位置主要考慮前后直管段的長(zhǎng)度。對(duì)便攜式超聲波流量計(jì)而言，測(cè)量位置一般選在被測(cè)儀表附近。
(4)合理采用安裝形式。在測(cè)量方法上應(yīng)根據(jù)管徑的大小選擇合理的傳感器安裝位置，通過(guò)聲波的多次折射延長(zhǎng)聲波傳輸距離，以便提高測(cè)量精度。
對(duì)于較大管徑(50mm以上)采用圖2所示安裝方法。并且，在這種安裝方法下信號(hào)為直接傳輸，無(wú)反射過(guò)程，僅一次穿過(guò)流體，所以，當(dāng)流體中氣體或固粒含量較多、銹層過(guò)厚、粘著表面狀況較差時(shí)，也可以采用這種安裝法圖3所示為標(biāo)準(zhǔn)安裝法，比第一種方法讀數(shù)更精確。因?yàn)楸粶y(cè)信號(hào)所要走的距離更長(zhǎng)，在管徑適中、介質(zhì)純凈、無(wú)顆粒時(shí)大多數(shù)情況下采用此法。發(fā)射器為同側(cè)安裝。對(duì)于較小管徑(50mm以下)可使超聲波在管內(nèi)折射兩到三次來(lái)完成測(cè)量，如圖4、5所示，通過(guò)延長(zhǎng)信號(hào)所走距離來(lái)提高△T測(cè)量精度。
4、測(cè)量誤差分析
利用超聲波流量計(jì)對(duì)液體管道流量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，影響流量測(cè)量準(zhǔn)確度的主要因素有:
(1)超聲波流量計(jì)本身的誤差，這部分誤差由流速測(cè)量誤差和時(shí)間累計(jì)誤差兩部分合成，是由超聲波流量計(jì)生產(chǎn)工藝和制造精度所決定的。經(jīng)計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)檢定后確定修正值大小和準(zhǔn)確度等級(jí)。用戶根據(jù)使用要求選用
(2)被測(cè)管段內(nèi)橫截面面積的誤差測(cè)量δA。
式中內(nèi)徑D在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法直接測(cè)量，只能通過(guò)測(cè)量管外周長(zhǎng)(L，單位mm)和管壁厚度(b，單位nm)，輸入超聲波流量計(jì)，由超聲波流量計(jì)內(nèi)置運(yùn)算器處理。
內(nèi)橫截面面積的準(zhǔn)確程度取決于管外周長(zhǎng)和管壁厚的測(cè)量準(zhǔn)確度。對(duì)以上兩式求導(dǎo)，得
其中，△L=±1mm，△b=±0.1mm，將△L和△b代入(9)，得管外周長(zhǎng)和管壁厚度的測(cè)量對(duì)管內(nèi)徑測(cè)量的影響為△D=0.12mm。
所以，管內(nèi)橫截面面積測(cè)量的相對(duì)誤差為:δA=(△A/A)×100%=2(△D/D)x100%
因?yàn)椤鱀=0.12是一個(gè)常量，由式(10)可以看出內(nèi)橫截面面積的測(cè)量的相對(duì)誤差與管內(nèi)徑呈反比，隨著管徑的增大而減小。
若將以上兩個(gè)影響流量測(cè)量準(zhǔn)確度的主要誤差綜合考慮，超聲波流量計(jì)測(cè)量通過(guò)圓管液體體積的總不確定度為:δ=±√δB2+δA2x100%
通過(guò)以上對(duì)超聲波流量計(jì)測(cè)量誤差的分析，可以知道，對(duì)于作為工作計(jì)量器具的固定式超聲波流量計(jì)來(lái)說(shuō)，除考慮超聲波流量計(jì)本身的準(zhǔn)確等級(jí)外，還要根據(jù)管徑大小計(jì)算其測(cè)量誤差。由于小管徑情況下管徑測(cè)量誤差較大，因此不可忽視，對(duì)于作為標(biāo)準(zhǔn)表來(lái)校準(zhǔn)其它流量?jī)x表，除應(yīng)考慮計(jì)算管徑測(cè)量誤差引起的流量測(cè)量誤差外，其本身的準(zhǔn)確度應(yīng)小于被測(cè)誤差的1/3~1/10，以保證其校驗(yàn)準(zhǔn)確度。除此之外，對(duì)于超聲波流量計(jì)換能器的入射角、振蕩頻率及安裝時(shí)對(duì)上、下游直管段長(zhǎng)度的選取也都會(huì)對(duì)測(cè)量精度有一定的影響，在應(yīng)用中要根據(jù)實(shí)際需要，合理選擇和安裝換能器。
便攜式超聲波流量計(jì)是自來(lái)水行業(yè)用來(lái)檢測(cè)對(duì)外供水流量的一種計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置。在實(shí)際應(yīng)用中,自來(lái)水公司一方面用于獲得所需水流量的結(jié)果,另一方面用于校準(zhǔn)各生產(chǎn)水廠日供水中所使用的液體渦街流量計(jì),以及部分測(cè)試井所安裝的固定式超聲波流量計(jì),以使進(jìn)行水流量誤差的修正。
由于供水管網(wǎng)上的各流量測(cè)試點(diǎn)比較分散,每次水流量測(cè)試時(shí)間要求又緊,所以在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)速度越快越好,以便減輕檢測(cè)人員的操作強(qiáng)度。但是,近年來(lái)發(fā)現(xiàn)探頭在水管上安裝好后,超聲波流量計(jì)傳輸信號(hào)的接收,反饋滯后:有時(shí)非常緩慢,出現(xiàn)接收信號(hào)強(qiáng)度低,甚至低于2.0以下仍沒有上升的強(qiáng)度信號(hào)反應(yīng),直接影響了測(cè)試工作。根據(jù)幾年來(lái)在水流量測(cè)試中遇到的問(wèn)題,從中總結(jié)出七方面主要不利因素,現(xiàn)舉例分析如下。
1.供水管內(nèi)壁四周銹蝕嚴(yán)重,并鼓有泡形水垢。
鋼質(zhì)水管在地下安置使用多年后,內(nèi)壁容易產(chǎn)生銹蝕斑點(diǎn)。由銹蝕而引起的局部凸起點(diǎn)剝離后,與水垢沉積在一起,逐漸形成一個(gè)個(gè)的小鼓包,這對(duì)流量計(jì)信號(hào)發(fā)射和接收會(huì)造成極大的危害。
近來(lái)在水廠改建和擴(kuò)建施工中,從地下挖出拆卸下的舊水管看到,銹蝕后的水垢十分嚴(yán)重。以往在測(cè)試井點(diǎn)用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)試時(shí),當(dāng)探頭按要求在水管上安裝好后,在有的水管上很難產(chǎn)生信號(hào)強(qiáng)度。這時(shí)需把探頭拿下,用手錘敲敲水管安裝探頭部位,水垢受震動(dòng)后會(huì)局部掉落下來(lái),當(dāng)再把探頭安在水管上進(jìn)行測(cè)試時(shí),超聲波信號(hào)通過(guò)探頭發(fā)射和接收即恢復(fù)正常。從以上情況分析來(lái)看,原因是水垢過(guò)多干擾了超聲波信號(hào)的正常發(fā)射和接收。
2.探頭晶體發(fā)射面與水管外徑表面接觸不密貼或松動(dòng)。
當(dāng)探頭抹上鋰鈣脂油往水管表按貼時(shí),由于手壓探頭慢慢與水管外表面接觸:這時(shí)中間介質(zhì)油會(huì)有一少部分被擠出,待流量計(jì)接收信號(hào)強(qiáng)度顯示出2.0以上時(shí),即可停止按壓,隨后用多功能磁力夾緊器壓緊如手按壓力過(guò)大,中間介質(zhì)油層過(guò)薄,時(shí)間長(zhǎng)了探頭發(fā)射和接收的信號(hào)強(qiáng)度就很難產(chǎn)生。故要及時(shí)檢查中間介質(zhì)油層厚度,不然一旦接收信號(hào)強(qiáng)度變?nèi)?流量測(cè)試數(shù)據(jù)的顯示就會(huì)中斷。
3.供水管中有氣泡
當(dāng)探頭在供水管上安裝好后,如水管中沒有氣泡或其它干擾,流量計(jì)就會(huì)立即顯示出正常的接收信號(hào)。但水管中如有氣泡存在,對(duì)超聲波信號(hào)的發(fā)射與接收十分不利。在檢査其它測(cè)試參數(shù)熒屏顯示正常,而接收信號(hào)強(qiáng)度沒有顯示時(shí),要打開供水管上的放氣閥排氣,待沒有氣泡后即可恢復(fù)水流量測(cè)試。
4.供水管中的流水沒有充滿水管。
當(dāng)探頭在供水管上安裝好后,流量計(jì)接收的強(qiáng)度信號(hào)在熒屏上仍沒有顯示,而其它預(yù)顯程序數(shù)據(jù)正常時(shí),說(shuō)明供水管中的流水沒有滿管。
5.探頭信號(hào)線根部聯(lián)接處股線個(gè)別折斷,使超聲波信號(hào)無(wú)法發(fā)射。
流量計(jì)的兩個(gè)探頭使用較為頻繁,在安裝、拆卸與存放的過(guò)程中,信號(hào)線不兔要經(jīng)常卷繞,這樣在探頭根部聯(lián)接處的外層絕緣橡膠會(huì)受到磨損并產(chǎn)生裂紋,繼而信號(hào)線所包層的網(wǎng)絡(luò)屏蔽線折斷,局部信號(hào)線的個(gè)別股線也同時(shí)會(huì)折斷,致使超聲波信號(hào)不能發(fā)射。當(dāng)重新接線后,即可正常恢復(fù)工作。
6.探頭在供水管外側(cè)長(zhǎng)期被水浸后,超聲波的信號(hào)強(qiáng)度逐漸變?nèi)酢?br/>探頭在測(cè)試井供水管上安裝后,要長(zhǎng)年被固定在供水管外側(cè)。由于有的測(cè)試井底部出現(xiàn)滲水,長(zhǎng)時(shí)間積水過(guò)多容易把探頭浸泡,使探頭與水管外表面接觸處的中間介質(zhì)鋰鈣脂油變質(zhì),失去粘度及吸附作用,從而引起超聲波的信號(hào)強(qiáng)度變?nèi)?導(dǎo)致超聲波信號(hào)不能正常發(fā)射和接收。
7.多年使用后流量計(jì)的抗干擾性能有所降低。
正常情況下如無(wú)其它干擾影響,當(dāng)探頭在水管上安裝后,流量計(jì)熒屏就會(huì)很快顯示出信號(hào)強(qiáng)度在2.0以上,水流量數(shù)值及其它數(shù)據(jù)參數(shù)也能立即顯示出來(lái)?？墒窃诙嗄觊L(zhǎng)期使用后,數(shù)值顯示變化會(huì)逐漸慢下來(lái),比如H符號(hào)閃現(xiàn)滯后、超過(guò)每秒要閃現(xiàn)一次的規(guī)定要求,有時(shí)達(dá)到數(shù)秒鐘或一分鐘才閃現(xiàn)一次,甚至沒有水流量顯示變化。這時(shí)需馬上給流量計(jì)接上簡(jiǎn)易地線,或者用粗鐵絲把一頭搭在流量計(jì)的提梁上,另一頭放在地面上,這樣水流量的數(shù)值就會(huì)顯示出來(lái)。流量計(jì)使用超過(guò)8-10年時(shí)普遍都存在這種現(xiàn)象,其主要原因是電子元器件老化,靈敏性能降低,抗干擾能力顯著變差。我國(guó)zui早普遍使用的是日本富士產(chǎn)便攜式超聲波流量計(jì),此種現(xiàn)象多數(shù)用戶反映較為嚴(yán)重。
以上分析了七個(gè)方面的主要不利因素。當(dāng)用便攜式超聲波流量計(jì)對(duì)水流量進(jìn)行測(cè)試時(shí),無(wú)論是在水廠院里的測(cè)試井內(nèi),還是在野外供水管線上的測(cè)試井內(nèi),掌握這些因素對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作是會(huì)有所幫助的。 ]]>
1.減少噪音的措施
為了減少噪聲對(duì)超聲波流量計(jì)測(cè)量精度的影響，首先，在設(shè)計(jì)計(jì)量管道系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)綜合評(píng)估管道中硅阻流器產(chǎn)生的噪聲。對(duì)于部分管路系統(tǒng)比較特殊的，可以咨詢流量計(jì)制造商:其次，將壓力調(diào)節(jié)閥和其他調(diào)節(jié)閥與超聲波流量正時(shí)串聯(lián)安裝。請(qǐng)咨詢制造商以評(píng)估由調(diào)節(jié)閥形成的噪聲，并掌握流量計(jì)的噪聲靈敏度。通常，如果將超聲波流量計(jì)安裝在調(diào)節(jié)器的下游，則為了減小其對(duì)流量計(jì)精度的影響，通常對(duì)上游直管段的要求更長(zhǎng)，成本也更高。另外，如果調(diào)節(jié)閥噪聲較大，則流量計(jì)會(huì)受到正常工作的影響，因此，在調(diào)節(jié)閥的下游不應(yīng)安裝超聲波流量計(jì)。然后，在高流量，大壓差的情況下，一些流量調(diào)壓閥和控制閥會(huì)形成與超聲頻率范圍相一致的噪聲，而一些靜音調(diào)壓閥也將達(dá)到與超聲頻率范圍相一致的工作頻率。在這些因素的影響下，流量計(jì)無(wú)法正常運(yùn)行。這種噪聲的傳播方向可以是上游或下游，因此即使流量計(jì)安裝在調(diào)節(jié)閥的上游，也必須充分考慮噪聲對(duì)流量計(jì)的計(jì)量性能的影響。在這種情況下，為了達(dá)到降低噪音的目的，通常選擇的方法是處理噪音的傳輸通道，例如在調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)之間安裝彎頭通或消聲器以減少雜質(zhì)。
2.減少雜質(zhì)的措施
通過(guò)進(jìn)一步監(jiān)測(cè)鍋爐循環(huán)水，可以合理確定直管段和流量計(jì)的清潔時(shí)間。清洗超聲波流量計(jì)的內(nèi)壁后如果有明顯的腐蝕，應(yīng)重新校準(zhǔn)。避免在清洗內(nèi)部腐蝕后進(jìn)一步擴(kuò)大流量計(jì)的內(nèi)徑。另外，由于流量與內(nèi)徑的平方成正比，因此流量計(jì)測(cè)得的流量通常小于實(shí)際流量，這將導(dǎo)致流量計(jì)的負(fù)誤差測(cè)量結(jié)果。作為響應(yīng)，必須重新校準(zhǔn)目前，超聲流量計(jì)生產(chǎn)工廠配備了專門監(jiān)控超聲流量計(jì)性能的實(shí)際測(cè)量軟件，該軟件使用到實(shí)際使用過(guò)程中，可以充分了解超聲流量計(jì)的工作狀況，并根據(jù)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。流量計(jì)的工作狀態(tài)，也許會(huì)有問(wèn)題。如果超聲波流量計(jì)的內(nèi)壁上積聚了嚴(yán)重的污垢，則制造商預(yù)先確定的合理范圍的參數(shù)(例如接收器速率和聲音通道的增大)將不符合其實(shí)際范圍。此時(shí)，應(yīng)根據(jù)質(zhì)量監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行綜合分析，以判斷原因。另外，當(dāng)氣質(zhì)條件偏離時(shí)，在管道系統(tǒng)中許多超聲波流量計(jì)彼此并聯(lián)連接。為了提高整體測(cè)量精度，應(yīng)盡量選擇少量大口徑超聲波流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。確保壓力和溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。
3.確保壓力和溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性
在超聲波流量計(jì)的實(shí)際應(yīng)用中，有必要現(xiàn)場(chǎng)檢查壓力和溫度測(cè)量值。當(dāng)流量計(jì)算機(jī)中的壓力和溫度變送器的誤差與精度等級(jí)的要求一致時(shí)，可以使用壓力和溫度變送器的手動(dòng)操作器進(jìn)行檢查。一旦存在與標(biāo)準(zhǔn)要求不符的情況，必須及時(shí)提交檢查校準(zhǔn)或更換。同時(shí)，遮陽(yáng)篷可以放置在壓力變送器上，因此其零位不受溫度變化的影響。應(yīng)定期向溫度變送器中添加導(dǎo)熱油，以檢查和清潔其保護(hù)罩中的雜質(zhì)，以免延遲溫度的傳遞。此外，應(yīng)合理選擇測(cè)量范圍，以防止儀器的實(shí)際工作范圍小于測(cè)量范圍的10%，從而使測(cè)量誤差超過(guò)儀器擴(kuò)展誤差極限。
超聲波水表是通過(guò)檢測(cè)超聲波聲束在水中順流逆流傳播時(shí)因速度發(fā)生變化而產(chǎn)生的時(shí)差，分析處理得出水的流速?gòu)亩M(jìn)一步計(jì)算出水的流量的一種新式水表。超聲波水表工作原理是什么？
一，超聲波水表工作原理
超聲波水表采取時(shí)差法對(duì)流量進(jìn)行測(cè)量，即在測(cè)量通道（管段）的上游和下游分別安裝一只超聲波換能器用于超聲波信號(hào)的互為發(fā)射和接收。
由于超聲波信號(hào)與水流信號(hào)疊加，使聲波在順流和逆流時(shí)的傳播速度不同，因此不同的換能器發(fā)射的超聲波信號(hào)在水中的運(yùn)行時(shí)間就不同，通過(guò)測(cè)量該時(shí)間的差值可計(jì)算出流體的流速，然后再換算成流量，從而實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。
流量管的頂部有兩個(gè)換能器，甲換能器向乙換能器發(fā)射一個(gè)超聲波信號(hào)（順流），同時(shí)乙換能器向甲換能器發(fā)射一個(gè)超聲波信號(hào)（逆流），順流和逆流的超聲波信號(hào)在傳輸過(guò)程中形成一定的時(shí)間差，
在標(biāo)定的管徑截面積和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量管長(zhǎng)度的情況下，通過(guò)積分儀上的計(jì)算芯片計(jì)算出表的流量。
三，超聲波水表用途
1、工業(yè)過(guò)程計(jì)量與控制。
2、替代機(jī)械式流量計(jì)以提高計(jì)量可靠性。
3、替代各類緊摟高性能流量計(jì)。
近年來(lái)，隨著國(guó)家“階梯水價(jià)”和“一戶一表”等節(jié)水政策的實(shí)施，智能水表市場(chǎng)需求也不斷擴(kuò)大，龍潤(rùn)儀表緊跟政策和市場(chǎng)的脈搏，緊跟通訊技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，不斷開發(fā)、改進(jìn)數(shù)字遠(yuǎn)傳網(wǎng)絡(luò)水表，并幫助客戶實(shí)施數(shù)據(jù)分析、托管等服務(wù)，為客戶建設(shè)智慧水務(wù)提供了產(chǎn)品和技術(shù)支持、服務(wù)。
超聲波水表是采用超聲波時(shí)差原理，采用工業(yè)級(jí)電子元器件制造而成的全電子水表。與機(jī)械式水表相比較具有精度高，可靠性好，量程比寬，使用壽命長(zhǎng)，無(wú)任何活動(dòng)部件，無(wú)需設(shè)置參數(shù)，任意角度安裝等特點(diǎn)。
超聲波水表被測(cè)管道內(nèi)無(wú)任何運(yùn)動(dòng)、阻流部件，無(wú)磨損，壓力損失小。靈敏度高，可檢測(cè)到流速的微小變化。同時(shí)，對(duì)被測(cè)介質(zhì)幾乎無(wú)要求，具有極寬的量程比，且超聲波水表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)，非常適合民用和工業(yè)測(cè)量。
但是超聲波水表穩(wěn)定性較低。
1、工業(yè)過(guò)程計(jì)量與控制。
2、替代機(jī)械式流量計(jì)以提高計(jì)量可靠性。
3、替代各類緊摟高性能流量計(jì)。
近年來(lái)，隨著國(guó)家“階梯水價(jià)”和“一戶一表”等節(jié)水政策的實(shí)施，智能水表市場(chǎng)需求也不斷擴(kuò)大，龍潤(rùn)儀表緊跟政策和市場(chǎng)的脈搏，緊跟通訊技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，不斷開發(fā)、改進(jìn)數(shù)字遠(yuǎn)傳網(wǎng)絡(luò)水表，并幫助客戶實(shí)施數(shù)據(jù)分析、托管等服務(wù)，為客戶建設(shè)智慧水務(wù)提供了產(chǎn)品和技術(shù)支持、服務(wù)。
定義
超聲波流量計(jì)是通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束(或超聲脈沖)的作用以測(cè)量流量的儀表。
原理
根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理超聲流量計(jì)可分為傳播速度差法(直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。
超聲流量計(jì)和電磁流量計(jì)一樣，因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件，均屬無(wú)阻礙流量計(jì)，是適于解決流量測(cè)量困難問(wèn)題的一類流量計(jì)，特別在大口徑流量測(cè)量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn)，它是發(fā)展迅速的一類流量計(jì)之一。
優(yōu)點(diǎn)
超聲波流量計(jì)是一種非接觸式儀表，它既可以測(cè)量大管徑的介質(zhì)流量也可以用于不易接觸和觀察的介質(zhì)的測(cè)量。它的測(cè)量準(zhǔn)確度很高，幾乎不受被測(cè)介質(zhì)的各種參數(shù)的干擾，尤其可以解決其它儀表不能的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測(cè)量問(wèn)題。
缺點(diǎn)
現(xiàn)今所存在的缺點(diǎn)主要是可測(cè)流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測(cè)流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國(guó)只能用于測(cè)量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計(jì)的測(cè)量線路比一般流量計(jì)復(fù)雜。這是因?yàn)椋话愎I(yè)計(jì)量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m/s左右，被測(cè)流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量最大也是10－3數(shù)量級(jí)．若要求測(cè)量流速的準(zhǔn)確度為1%，則對(duì)聲速的測(cè)量準(zhǔn)確度需為10-5～10-6數(shù)量級(jí)，因此必須有完善的測(cè)量線路才能實(shí)現(xiàn)，這也正是超聲波流量計(jì)只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實(shí)際應(yīng)用的原因。
超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測(cè)流體中，接收器接收到的超聲波信號(hào)，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測(cè)和顯示。
超聲波流量計(jì)換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動(dòng)。薄片直徑超過(guò)厚度的10倍，以保證振動(dòng)的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入到流體中，需把元件放入聲楔中，構(gòu)成換能器整體(又稱探頭)。聲楔的材料不僅要求強(qiáng)度高、耐老化，而且要求超聲波經(jīng)聲楔后能量損失小即透射系數(shù)接近1。常用的聲楔材料是有機(jī)玻璃，因?yàn)樗该鳎梢杂^察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。 ]]>