超聲波流量計(jì)的原理及使用
根據(jù)信號(hào)檢測(cè)原理，超聲波流量計(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、空間濾波法和噪聲法。超聲波流量計(jì)和超聲波流量計(jì)，由于儀表的流道中沒有障礙物，屬于暢通型流量計(jì)，適用于解決一類流量計(jì)的流量測(cè)量問題，特別是在大流量測(cè)量中具有更突出的優(yōu)勢(shì)，是一個(gè)發(fā)展迅速的流量計(jì)類別。超聲波流量計(jì)采用時(shí)差測(cè)量原理:一個(gè)探頭信號(hào)通過管壁、介質(zhì)和管壁的另一側(cè)，被另一個(gè)探頭接收。同時(shí)，由于介質(zhì)速度的影響，第二個(gè)探頭的發(fā)射信號(hào)也是第一個(gè)探頭接收到的δT的滯后。根據(jù)計(jì)算可以得出，流量值Q可以通過流速V與時(shí)差δTV=(C2)/2LXδT的換算關(guān)系得到
當(dāng)超聲波在運(yùn)動(dòng)的流體中傳播時(shí)，它們將攜帶關(guān)于流體速度的信息。因此，接收到的超聲波可以檢測(cè)流體的流量，并將其轉(zhuǎn)換成流量。根據(jù)檢測(cè)方法的不同，可分為傳播速度差法、多普勒法、電子束遷移法、噪聲法和相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計(jì)。超聲波流量計(jì)是近十年來隨著集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展而得到應(yīng)用的一種非接觸式儀表。適用于測(cè)量難以接觸和觀察的流體和大型管道的流量。它可以與水位計(jì)一起使用，測(cè)量開放水的流量。使用超聲波流量比不需要在流體中安裝測(cè)量元件，所以不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài)而產(chǎn)生附加阻力。儀表的安裝和維護(hù)不會(huì)影響生產(chǎn)管道，是一種理想的節(jié)能流量計(jì)。
工業(yè)流量測(cè)量一般存在于大口徑管道中，大流量測(cè)量比較困難。這是因?yàn)槠胀ǖ牧髁坑?jì)會(huì)隨著管道直徑的測(cè)量給制造和運(yùn)輸帶來困難，導(dǎo)致成本和能耗增加。安裝不僅有這些缺點(diǎn)，還可以避免使用超聲波流量計(jì)。由于各種超聲波流量計(jì)都可以安裝在管道外部進(jìn)行非接觸式流量測(cè)量，所以儀器的成本基本上與被測(cè)管道的直徑無關(guān)，而其他類型的流量計(jì)成本隨著成本的增加而大大增加。的直徑。因此，與其他具有相同功能的流量計(jì)相比，超聲波流量計(jì)的直徑越大，超聲波流量計(jì)的功能價(jià)格越好。超聲波流量計(jì)被認(rèn)為是一種很好的測(cè)量大型管道徑流量的儀器，可以測(cè)量?jī)上嘟橘|(zhì)的流量，因此可以用來測(cè)量污水等臟流量。在電廠中，使用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量大型管道徑流(如汽輪機(jī)進(jìn)水和汽輪機(jī)循環(huán)水)比過去的剝管式流量計(jì)更方便。流體流動(dòng)產(chǎn)生的超聲波也可用于氣體測(cè)量。管徑從2厘米到5米，從幾米寬的明涵到500米寬的河流。此外，測(cè)量?jī)x的超聲波流量測(cè)量精度幾乎不受人體溫度測(cè)量的影響，壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，可以做成非接觸式便攜式測(cè)量?jī)x，解決其他類型儀器難以測(cè)量的測(cè)量問題，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性、導(dǎo)電性、放射性和易燃易爆介質(zhì)的流動(dòng)。此外，由于其非接觸測(cè)量特性和合理的電子電路，單個(gè)儀器可用于測(cè)量各種管徑和流量范圍。超聲波流量計(jì)的適應(yīng)性是其他儀器無法比擬的。超聲波流量計(jì)具有上述一些優(yōu)點(diǎn)，因此越來越受到重視。隨著產(chǎn)品系列化、通用化的發(fā)展，被制成不同聲道標(biāo)準(zhǔn)、耐高溫、防爆、潮濕的儀器，以適應(yīng)不同介質(zhì)、不同環(huán)境。和不同管道條件下的流量測(cè)量。
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超聲波流量計(jì)原理分類及詳細(xì)說明
一、超聲波流量計(jì)工作原理: 超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算成流量。超聲脈沖穿過管道從一個(gè)傳感器到達(dá)另一個(gè)傳感器，就像一個(gè)渡船的船夫在橫渡一條河。當(dāng)氣體不流動(dòng)時(shí)，聲脈沖以相同的速度（聲速，C）在兩個(gè)方向上傳播。如果管道中的氣體有一定流速V（該流速不等于零），則順著流動(dòng)方向的聲脈沖會(huì)傳輸?shù)每煨嬷鲃?dòng)方向的聲脈沖會(huì)傳輸?shù)寐＿@樣，順流傳輸時(shí)間tD會(huì)短些，而逆流傳輸時(shí)間tU會(huì)長(zhǎng)些。這里所說的長(zhǎng)些或短些都是與氣體不流動(dòng)時(shí)的傳輸時(shí)間相比而言；根據(jù)檢測(cè)的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計(jì)。起聲波流量計(jì)是近十幾年來隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始應(yīng)用的一種。
根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理，目前超聲波流量計(jì)大致可分傳播速度差法(包括：直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法、頻差法)波束偏移法、多普勒法、相關(guān)法、空間濾波法及噪聲法等類型。其中以噪聲法原理及結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，便于測(cè)量和攜帶，價(jià)格便宜但準(zhǔn)確度較低，適于在流量測(cè)量準(zhǔn)確度要求不高的場(chǎng)合使用。
由于直接時(shí)差法、時(shí)差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測(cè)量超聲波脈沖順流和逆流傳報(bào)時(shí)速度之差來反映流體的流速的，故又統(tǒng)稱為傳播速度差法。其中頻差法和時(shí)差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，準(zhǔn)確度較高，所以被廣泛采用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為：Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。
波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產(chǎn)生偏移來反映流體流速的，低流速時(shí)，靈敏度很低適用性不大．
多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理，通過測(cè)量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普勒頻移來確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測(cè)量。
相關(guān)法是利用相關(guān)技術(shù)測(cè)量流量，原理上，此法的測(cè)量準(zhǔn)確度與流體中的聲速無關(guān)，因而與流體溫度，濃度等無關(guān)，因而測(cè)量準(zhǔn)確度高，適用范圍廣。但相關(guān)器價(jià)格貴，線路比較復(fù)雜。在微處理機(jī)普及應(yīng)用后，這個(gè)缺點(diǎn)可以克服。
噪聲法(聽音法)是利用管道內(nèi)流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲與流體的流速有關(guān)的原理，通過檢測(cè)噪聲表示流速或流量值。其方法簡(jiǎn)單，設(shè)備價(jià)格便宜，但準(zhǔn)確度低。
以上幾種方法各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體性質(zhì)．流速分布情況、管路安裝地點(diǎn)以及對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的要求等因素進(jìn)行選擇。一般說來由于工業(yè)生產(chǎn)中工質(zhì)的溫度常不能保持恒定，故多采用頻差法及時(shí)差法。只有在管徑很大時(shí)才采用直接時(shí)差法。對(duì)換能器安裝方法的選擇原則一般是：當(dāng)流體沿管軸平行流動(dòng)時(shí)，選用Z法；當(dāng)流動(dòng)方向與管鈾不平行或管路安裝地點(diǎn)使換能器安裝間隔受到限制時(shí)，采用V法或X法。當(dāng)流場(chǎng)分布不均勻而表前直管段又較短時(shí)，也可采用多聲道(例如雙聲道或四聲道)來克服流速擾動(dòng)帶來的流量測(cè)量誤差。多普勒法適于測(cè)量?jī)上嗔鳎杀苊獬Ｒ?guī)儀表由懸浮粒或氣泡造成的堵塞、磨損、附著而不能運(yùn)行的弊病，因而得以迅速發(fā)展。隨著工業(yè)的發(fā)展及節(jié)能工作的開展，煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的輸送和應(yīng)用以及燃料油加水助燃等節(jié)能方法的發(fā)展，都為多普勒超聲波流量計(jì)應(yīng)用開辟廣闊前景。
二、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。超聲波流量計(jì)的電子線路包括發(fā)射、接收、信號(hào)處理和顯示電路。測(cè)得的瞬時(shí)流量和累積流量值用數(shù)字量或模擬量顯示。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)常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應(yīng)，采用適出的發(fā)射電路把電能加到發(fā)射換能器的壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔埽员銠z測(cè)。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。
三、優(yōu)點(diǎn)：超聲波流量計(jì)非接觸式儀表，適于測(cè)量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計(jì)聯(lián)動(dòng)可進(jìn)行敞開水流的流量測(cè)量。使用超聲波流量計(jì)，不用在流體中安裝測(cè)量元件，故不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行因而是一種理想的節(jié)能型流量計(jì)。多普勒法超聲波流量計(jì)可測(cè)雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測(cè)量。在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量，比過去的皮脫管流速計(jì)方便得多。超聲被流量汁也可用于氣體測(cè)量。管徑的適用范圍從2cm到5m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。
四、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。
五、超聲波流量計(jì)安裝步驟
安裝超流可按照以下步驟操作：
一：觀察安裝現(xiàn)場(chǎng)管道是否滿足直管段前10D后5D以及離泵30D的距離。（D為管道內(nèi)直徑）
二：確認(rèn)管道內(nèi)流體介質(zhì)以及是否滿管。
三：確認(rèn)管道材質(zhì)以及壁厚（充分考慮到管道內(nèi)壁結(jié)垢厚度）
四：確認(rèn)管道使用年限，在使用10左右的管道，即使是碳鋼材質(zhì)，最好也采用插入式安裝。
五：前四步驟完成后可確認(rèn)使用何種傳感器安裝
六：開始向表體輸入?yún)?shù)以確定安裝距離。
七：非常重要：精確測(cè)量出安裝距離。
（1） 外夾式可選安裝傳感器大概距離，然后不斷調(diào)試活動(dòng)傳感器以達(dá)到信號(hào)和傳輸比
最好的匹配
（2） 插入使用專用工具測(cè)量管道上安裝點(diǎn)距離，這個(gè)距離很重要，它直接影響表的
實(shí)際測(cè)量精度，所以最好進(jìn)行多次測(cè)量以求較高精度。
八：安裝傳感器——調(diào)試信號(hào)——做防水——?dú)w整好信號(hào)電纜——清理現(xiàn)場(chǎng)線頭等廢棄物 ——安裝結(jié)束——驗(yàn)收簽字
六、超聲波流量計(jì)使用中常見問題：
1、 超聲波流量計(jì)探頭使用一段時(shí)間，會(huì)出現(xiàn)不定期的報(bào)警。尤其是輸送介質(zhì)雜質(zhì)較多時(shí)，這種問題會(huì)較常見。解決辦法：定期清理探頭(建議一年清理一次)。
2、 超聲波流量計(jì)輸送介質(zhì)含有水等液體雜質(zhì)時(shí)，流量計(jì)引壓管容易產(chǎn)生積液，氣溫較低時(shí)會(huì)出現(xiàn)引壓管凍堵現(xiàn)象，尤其在北方地區(qū)冬季較常見。解決辦法：對(duì)引壓管進(jìn)行吹掃或加電伴熱
超聲波在傳播過程中，由于受介質(zhì)和介質(zhì)中雜質(zhì)的阻礙或吸收，其強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生衰減。不論是超聲波流量計(jì)還是超聲波物位計(jì)，對(duì)所接受的聲波強(qiáng)度都有一定要求，所以都要對(duì)各種衰減進(jìn)行抑制。
ZCL-1H智能超聲波流量計(jì)怎樣使用?
超聲波流量計(jì)的工作原理是：在流體中超聲波向上游和下游的傳播速度由于疊加了流體的流速而不相同，因此，可以根據(jù)超聲波向上游、下游傳播速度之差測(cè)得流體流速。測(cè)定流體流速的方法很多，主要有時(shí)間法、相位法或頻率差法等方法。具體的測(cè)量方法如下：在管壁的斜對(duì)面固定兩個(gè)超聲波振子TR1、TR2，兼作為超聲波的發(fā)送和接收元件。由一側(cè)的振子產(chǎn)生的超聲波脈沖穿過管壁-流體-管壁，被另一側(cè)的振子接收，并轉(zhuǎn)換成電脈沖，經(jīng)放大后再用此電脈沖來激發(fā)對(duì)面的發(fā)送振子，形成所謂的單環(huán)自激振蕩。振蕩周期由超聲波在流體中的順流傳播速度決定，周期的倒數(shù)即為單環(huán)振蕩頻率f1。一定時(shí)間間隔以后，經(jīng)切換電路使發(fā)送振子切換成接收振子，而接收振子切換成發(fā)送振子，單換振蕩頻率f2取決于超聲波在逆流中的傳播速度。由于f2和f1的差值Δf與管徑方向的流體平均流速成線性關(guān)系，循環(huán)交替的測(cè)出f2和f1，通過運(yùn)算電路可算得流量。
和順達(dá)流量計(jì)
超聲波流量計(jì)一般怎么安裝，怎么操作？
1.溫度溫度
一般情況下，德國FLEXIM(弗萊克森）超聲波流量計(jì)安裝的環(huán)境溫度應(yīng)在-20°C~55°C的范圍內(nèi)，當(dāng)安裝環(huán)境溫度超出上述范圍時(shí)，應(yīng)對(duì)流量計(jì)采取隔熱,防凍措施，對(duì)于暴露在野外的流量計(jì)還應(yīng)該采取遮雨,防曬措施。
2.振動(dòng)
流量計(jì)的安裝應(yīng)盡量避開有強(qiáng)烈機(jī)械振動(dòng)影響的位置，特別是要避開可能引起流量計(jì)信號(hào)處理單元,超聲換能器,流量測(cè)量管等部件發(fā)生共振動(dòng)的環(huán)境
3.電磁或電子干擾
流量計(jì)及流量計(jì)相關(guān)的導(dǎo)線安裝時(shí)應(yīng)盡量避開可能存在強(qiáng)烈的電磁或電子干擾的環(huán)境，否則就要對(duì)流量計(jì)進(jìn)行必要的保護(hù)。
流量計(jì)信號(hào)電纜應(yīng)避免與電源電纜平行敷設(shè),同時(shí)要使用屏蔽信號(hào)電纜。
4.聲學(xué)噪聲干擾
流量計(jì)安裝時(shí)應(yīng)盡量避免接近噪聲源，在安裝時(shí)應(yīng)采取必要的措施消除環(huán)境聲學(xué)噪聲的干擾。
