怎么選用超生流量計

  一 概述

      近幾年來，基于不同原理，適用于不同場合的各種形式的超聲流量計得到了廣泛應用，同時也對廣大用戶提出了如何認識超聲流量計、怎樣選擇合適的類型、使用中應注意些什么等一系列問題。本文綜合國內超聲流量計目前的發展情況及多年應用的實踐，對上述問題進行了一些探討。

      二 超聲流量計的分類

      1 按使用原理分類

      （1）多譜勒式超聲流量計

      多譜勒式超聲流量計是利用多譜勒效應原理來測量流體流量的。

      如圖1所示，換能器1發射頻率為f₁的超聲波信號，經過管道內液體中的懸浮顆粒或氣泡后，頻率發生偏移，以f₂的頻率反射到換能器2，這就是多譜勒效應，f₂與f₁之差即為多譜勒頻差f_d。

      設流體流速為v，超聲波聲速為c，多譜勒頻移f_d正比于流體流速v，即：

所以流體流速

      當管道條件、換能器安裝位置、發射頻率、聲速確定以后，c、f₁、θ即為常數，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過測量頻移就可得到流體流速，進而求得流體流量。

      （2）時差式超聲流量計

      時差式超聲流量計是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流量的。

      如圖2所示，換能器1向換能器2發射超聲波信號，這是順流方向，其傳播時間為：

反之，逆流方向的傳播時間為：

時間差為：

由于c>>v，故

所以，流體流速

      同樣，c、L、q均為常數，測得時間差Δt即可求出流體流速v，進而求得流體流量。

      2 按使用場合分類

      根據超聲流量計使用場合不同，可以分為固定式超聲流量計和便攜式超聲流量計。
這兩類超聲流量計的主要區別在于：

      （1）適用的場合不同

      固定式超聲流量計安裝在某一固定位置，對某一特定管道內流體的流量進行長期不間斷計量；便攜式超聲流量計具有很大的機動性，主要用于對不同管道的流體流量作臨時性測量。

      （2）供電方式不同

      固定式超聲流量計長期連續運行，所以要使用220v交流電源，便攜式超聲流量計既可以使用現場的交流電源，也備有內置充電電池，可以連續工作5~10h，大大方便了不同場合臨時性流量測量的需要。

      （3）功能不同

      固定式超聲流量計，通常都有4~20mA信號輸出等功能，供遠傳顯示使用，但其內部只能存儲一條管道的參數；便攜式超聲流量計只是為了現場查看當時流量和 短時間內的累計流量，故一般無輸出信號功能，但為了方便測量不同管道流量，它具有豐富的儲存功能，可以同時存儲數十條不同管道的參數，供隨時調出使用。

      3 按換能器供電方式分類

      根據換能器供電方式不同，可以分為外貼式、插入式、管段式3種超聲流量計。

      （1）外貼式超聲流量計

      是生產zui早、用戶zui熟悉且應用zui廣泛的超聲流量計，安裝換能器無需管道斷流，即貼即用，它充分體現了超聲流量計安裝簡單、使用方便的特點。

      （2）管段式超聲流量計

      某些管道因材質疏松、導聲不良，或者銹蝕嚴重、襯里和管道內有間隙等原因，導致超聲波信號衰減嚴重，用外貼式超聲流量計無法正常測量，所以產生了管段式超聲流量計。

      管段式超聲流量計把換能器和測量管組成一體，解決了外貼式流量計在測量中一個難題，而且測量度也比其他超聲流量計高，但同時也犧牲了外貼式超聲流量計的不斷流安裝這一優點，要求切開管道安裝換能器。

      （3）插入式超聲流量計

      介于上述兩者之間。在安裝上可以不斷流，利用專門工具在有水的管道上打孔，把換能器插入管道內，完成安裝。由于換能器在管道內，其信號的發射、接受只經過被測介質，而不經過管壁和襯里，所以其測量不受管質和管襯材料限制。

      三 超聲流量計的選型

      超聲流量計除上述各種類型外，近年來又出現了采用數字化電路的數字式超聲流量計、把換能器和轉換器做在一起的一體式超聲流量計等。

      （1）多譜勒式超聲流量計只能用于測量含有適量能反射超聲波信號的顆粒或氣泡的流體，如工廠排放液、未處理的污水、雜質含量穩定的工廠過程液等。要注意它 對被測介質要求比較苛刻，既不能是潔凈水，同時雜質含量要求相對穩定，才可以正常測量，而且不同廠家的儀表性能及對被測介質要求也不一樣。選擇此類超聲流 量計既要對被測介質心中有數，也要對所選用的超聲流量計的性能、度和對被測介質的要求有深入的了解。

      （2）便攜式超聲流量計適用于臨時性測量，主要用于核校管道上已安裝的其他流量儀表的運行狀態，進行一個區域內的流體平衡測試，檢查管道的當時流量情況等。如果不作固定安裝，而用于這些用途時，選用便攜式超聲流量計既方便又經濟。

      （3）時差式超聲流量計是目前生產zui多、應用范圍zui廣泛的超聲流量計。它主要用來測量潔凈的液體流量，在自來水公司和工業用水領域，得到廣泛應用。此外它 也可以測量雜質含量不高（雜質含量小于10g/L，粒徑小于1mm）的均質流體，如污水等介質的流量，而且度可達±1.5%。實際應用表明，時差式超 聲流量計對相應流體的測量效果令人滿意。

      （4）管道式超聲流量計度zui高，可達到±0.5%，而且不受管道材質、襯里的限制，適用于流量測量度要求高的場合。但隨著管徑的增大，成本也會隨之增加，通常情況下，選用中小口徑的管段式超聲流量計，較為經濟。

      （5）對于固定式超聲流量計，如果有足夠的安裝空間，使用插入式換能器代替外貼式換能器，*消除了管襯、結垢及管壁對超聲波信號衰減的影響，測量穩定性更高，也大大減小了維護工作量。而且，由于插入式換能器也可以不斷流安裝，所以其應用正在不斷推廣。

      （6）目前，有廠家推出了內部為數字化電路的超聲流量計，其特點是采用數字電路處理信號，糾錯能力增強，取樣及時，度提高（模擬電路的度 為±1.5%，數字電路可以達到±1.0%），而且集成度提高，儀表體積大大減小，有多種信號輸出模式供選擇，在實際應用中也取得了很好的效果。用戶在使 用中可以和模擬電路的超聲流量計進行比較。

      （7）對于超聲流量計的功能選擇，用戶可以根據實際情況來確定。如果測量雙向流體，一定要選擇帶有正負計量功能的超聲流量計；如果用戶需要定期了解流體在 某一時段的流量情況，可選擇帶打印機的超聲流量計。總之，所選擇的超聲流量計的功能既要滿足用戶需要，也不必貪多求全，造成許多功能閑置不用，而增加購買 成本。

      四 超聲流量計的應用

      1 正確選型

      這是超聲流量計能夠正常工作的基礎。如果選型不當，會造成流量無法測量，或用戶使用不便等后果。具體選型原則，前面已經作了詳細的介紹。