江蘇金鼎自動(dòng)化儀表有限公司 ：姚佳明
1 超聲波流量計(jì)的工作原理及性能
1.1 工作原理
超聲波流量計(jì)是通過(guò)測(cè)量超聲波在流體中順流和逆流傳播的時(shí)間差測(cè)量流量。流量和傳播時(shí)間差具有以下關(guān)系，
Q=K△t/T2
Q ——流量
K ——標(biāo)定常數(shù)
△t — 時(shí)間差
T ——平均傳送時(shí)間
超聲波頻率約為1MHz。
1.2 超聲波流量計(jì)的構(gòu)成
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。實(shí)現(xiàn)流量的檢測(cè)和顯示。
1.3 插入式超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)
測(cè)量管內(nèi)無(wú)活動(dòng)部件和阻流元件，無(wú)附加壓力損失；測(cè)量過(guò)程與液體的溫度、密度、壓力及導(dǎo)電無(wú)關(guān)；可采用不停水深入管壁內(nèi)安裝方式不接觸流量測(cè)量?jī)x表，測(cè)量過(guò)程傳感器元件不接觸被測(cè)流體，不阻流，無(wú)腐蝕，壽命長(zhǎng)。不受雜散點(diǎn)信號(hào)干擾；檢定周期為三年，其它流量計(jì)一般為半年或一年。插入式傳感器流量計(jì)，主要技術(shù)特點(diǎn)是不使用耦合劑，被測(cè)管道內(nèi)壁垢對(duì)測(cè)量無(wú)影響，測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到1.0級(jí)，安裝是將聲頭插入至被測(cè)管道內(nèi)部，從內(nèi)壁看大約露出5mm左右，不阻流，不增加管道的壓力損失。聲頭帶有防護(hù)罩，用于能量轉(zhuǎn)換（電聲相互轉(zhuǎn)換）的壓電陶瓷通過(guò)該報(bào)護(hù)罩向被測(cè)液體發(fā)射和接收聲波信號(hào)，該報(bào)護(hù)罩起到了抗沖擊、防腐、耐磨作用，并具有良好的透聲性能。
2 超聲波流量計(jì)的選型
在黃山水廠進(jìn)水總管（800mm）、雙河水廠進(jìn)廠水總管（700mm）、井樓大口徑出水管（426mm），水質(zhì)較好，流量穩(wěn)定，因此選用不帶測(cè)量管在原有管道上直接安裝，選用球閥切斷式插入探頭，轉(zhuǎn)換器安裝形式分體式結(jié)構(gòu)。
3 現(xiàn)場(chǎng)安裝
3.1 Z法探頭安裝
插入式超聲波流量計(jì)選用傳播速度差法，探頭采用Z法（透過(guò)法），探頭安裝選用Z法，超聲波在管道中直接傳輸，沒(méi)有折射，信號(hào)衰耗小，可測(cè)管井范圍為50mm-6000mm：Z法安裝如圖1。
圖1 Z法探頭安裝圖
3.2 插入式傳感器的安裝方式
插入式傳感器的安裝方式主要W型、Z型、N型、V型四種。W型安裝方式適用于DN50～300毫米的管道，采用該方式可以延長(zhǎng)聲路的長(zhǎng)度，提高測(cè)量精度。Z型安裝方式適用于DN300mm以上的大口徑管道，兩傳感器之間為直線傳播路徑，信號(hào)損失zui少，對(duì)流體的穩(wěn)定性要求較W 型要高。
4 波流量計(jì)安裝條件
（1）測(cè)量管內(nèi)必須始終充滿被測(cè)液體。
（2）傳感器探頭軸線處于水平位置，插入式傳感器安裝時(shí)應(yīng)盡可能在管道側(cè)面的正側(cè)線上，以避開(kāi)上端的氣泡或底部的沉淀物。一般應(yīng)安裝在水平、傾斜或垂直的管道中，垂直管道應(yīng)選擇流動(dòng)自下而上的管段，以防止測(cè)量點(diǎn)出現(xiàn)非滿管流情況。
（3）測(cè)量管前后要有一定距離的直管段，上游側(cè)大于10D（D為管道直徑），下游側(cè)3～5D。
（4）流量計(jì)遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場(chǎng)。
（5）傳感器和轉(zhuǎn)換器接地電阻小于10歐。
（6）被測(cè)管道的內(nèi)壁不應(yīng)有嚴(yán)重的結(jié)垢、銹蝕。結(jié)垢、銹蝕層表面粗糙，影響管道內(nèi)徑的確定尺寸，這一尺寸變化1%，將引起體積流量2%的誤差。選擇無(wú)結(jié)垢、無(wú)銹蝕管段作為測(cè)量點(diǎn)，是儀表測(cè)量精度的保證。
（7）被測(cè)流體為紊流狀態(tài)。超聲波流量計(jì)量測(cè)量。超聲波流量計(jì)量測(cè)量的流速范圍在0～15m/s，從層流到紊流儀表系數(shù)有較大的變化，規(guī)定儀表的zui低流速，以保證儀表性能的正常發(fā)揮。
5 結(jié)論
（1）節(jié)約能源。儀表安裝后，不產(chǎn)生壓力損失，也不會(huì)干擾流體， 是一種理想的節(jié)能儀表，尤其是在大流量計(jì)量時(shí)，節(jié)能效果更加顯著。
（2）適用性強(qiáng)。大多數(shù)流量計(jì)都有口徑相配用的要求，口徑變化時(shí)必須更換相應(yīng)口徑儀表。而插入式超聲波流量計(jì)對(duì)不同管徑不同流量范圍都可以適用。
（3）性價(jià)比高。該種流量計(jì)的價(jià)格基本上不隨被測(cè)管徑增大而增加，管徑越大其性價(jià)比越高。
（4）安裝維護(hù)方便。僅需在管道上開(kāi)出與傳感器相對(duì)應(yīng)的孔和焊接上安裝座即可以安裝，并且能帶壓裝入和拆出，方便維護(hù)。
（5）解決大口徑計(jì)量難題。其它流量計(jì)目前zui大口徑在1～3m，更大口徑計(jì)量尚無(wú)儀表可選。而插入式超聲波流量計(jì)可計(jì)量口徑達(dá)5～10m，是大口徑計(jì)量的*選擇。
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