1.2 超声波流量计工作原理

　　时差法超声波流量计(Transit Time Ultrasonic Flowmeter)其工作原理如图 1 所示。 他是利用一对超声波换能器相向交替(或同时)收发超声波 ,通过观测超声波在介质中的顺汶和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，在通过流速来计算流量的一种间接测量方法-图 1 中有两个超声波换能器:顺流换能器和逆流换能器,两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离,管线的内直径为D,超声波行走的路径长度为 L.超声波顺流速度为 tu,逆流速度为td,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为 θ 。由于流体流动的原因,是超声波顺流传播 L长度的距离所用的时间比逆流传播所

　　用的时间短，其中:c 是超声在非流动介质中的声速,V 是流体介质的流动速度，流量 Q 可以表示为: Q=VF (F 为管道截面积)

　　2. 便携式超声波流量计特点

　　目前,便携式超声波流量计由于其体积小,准确度高,适用范围广,使用方便而被广泛使用。 使用较多的场合有:各地水务部门地下水资源计量仪表的在线检测，环保部门排污计量仪表的在线检测，供水部门的贸易结算计量仪表的在线检测 ,热力公司收费用热水表的在线检测以及工业企业生产工艺中计量仪表的在线检测等。 当在线流量计的数据突然发生变化时,很难判断是流量计的原因还是生产工艺的问题导致。以前的办法通常是拆回原先的流量计 现场安装备用流量计来找出原因。这样既影响生产又加大维修的工作量-现在我们采用便携式超声波流量计来对在线流量计进行现场比对，这样就可以确定在线流量计本身是否存在问题，大大减轻了工作量，提高了生产效率。 便携式超声波流量计与固定式超声波流量计的主要区别如表 1。

　　3.便携式超声波流量计安装

　　由于企业现场尤其是管道周围环境复杂性,降低了便携式超声波流量计的准确度和稳定性,如何在复杂环境安装便携式超声波流量计就成了检测的一个主要问题。 便携式超声波流量计安装时要注意以下两点:

　　1）超声波流量计探头安装方式: 换能器常见的 3 种方法为Z法、V法,W法-通常情况下,管径小于 300mm 时采用 V 法安装,管径大于 200mm 时或接收到的信号较弱时采用Z 法安装。对于Z法、V 法均可以采用的换能器,尽量采用了法。当管道直径非常小的可采用W法，但此种方法超声波经多次反射，接收的信号非常弱,而且对安装要求较高,建议尽量不采用。 安装夹具和耦合剂,便携式超声波流量计是用夹装件固定在测量管道的外壁上 ,无需管道断流,安装简便- 夹装式探头工作面与管道接触面要涂好耦合剂,不能有空气和固体颗粒,要确保使用效果。 微调探头位置以达到信号和传输ZUI好的匹配。

　　2）换能器位置的选择:超声波流量计安装换能器时 ,在安装前需要了解流量计安装管道的外径 ,材质 ,壁厚,衬里及衬里厚度等参数。管道外边应去掉锈迹,涂匀耦合剂,不能有空隙,以免超声波被吸收,影响测量效果-超声波流量计要求管道内液体为满流管-安装时前,后直管段的要求为至少满足前 10D 后 5D(D 为管道直径)如果上 `下游测安装有弯头 .渐扩管 .渐缩管等阻流件时 ,应将超声波流量计上 ,下游直管段延长到253D-50D。 当上 ,下游管径不能符合要求时 ,超声波流量计的测量误差会很大,实践证明管径越小误差越大。

　　4. 数据分析

　　由于现场流量不宜控制，采用有瞬时流量进行误差比对出人较大,我们采用宗积流量进行,流速稳定的没 5 分钟读取一次,流速不稳定的一小时读取数据一次,均读5次,经过数据分析得出比对结果- 将便携式超声波流量计安装在水流量标定装置不同管径的管道上进行测试,由测试的数据可以看出测量的精度为 1.5 级。由于现场环境因素影响,精度略有降低,但也达到 2.5 级,达到了预期的效果。

　　5. 在线测量产生误差的原因及解决方法

　　1）温度:超声波探头由于材质的不同价格差异很大,由于介质温度较高,介质的性能会发生变化。因此工作中要考虑探头的温度适应范围,否则会使测量结果产生误差。 另外,由于温度过高可能短时间内就使井合剂变稀而降低或失去作用,造成测量误差-

　　2）管径参数:由于超声波流量计的工作原理,测量结果与管径的面积有关,因此管径参数非常重要。我们测量的管线由于长时间使用,管线内部或多或少都会结垢。 这些结垢的厚度目前还没有仪器可以准确测量,因此流量计显示的流量会出现测量误差。所以,在测量时要根据实际情况尽量获取管径的实际厚度。

　　3）电磁场的影响:测量时发现信号受干扰严重,可以颗粒周围是否有强磁场存在- 测量点附近要注意水泵 ,变频器 ,变压器等设备存在,电线电缆等影响也较大。遇到该情况,只能改变测量点 ,选择合适位置