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超聲波流量計(jì)的基本測量原理

介紹了超聲波流量計(jì)的基本測量原理． 從實(shí)際出發(fā)，概括了外夾式 ZCL － 1 型超聲波流量計(jì)在水處理應(yīng)用的選型、安裝調(diào)試中的注意事項(xiàng)，并對其在應(yīng)用中的故障處理進(jìn)行淺顯的分析．

超聲波測流量沒有壓力損失，而且能測量腐蝕、不導(dǎo)電的液體，所以超聲波測流量能用于很多其它測量流量方法不能應(yīng)用的場合，在寶鋼集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司煉鋼、軋鋼水處理方面廣泛應(yīng)用．

1.超聲波流量計(jì)測量原理

ZCL － 1 型超聲波流量計(jì)是一種外夾、通用、時(shí)間差型超聲波液體流量計(jì)． 它的基本原理是: 當(dāng)超聲波束在液體中傳播，流體的流動將使傳播時(shí)間產(chǎn)生微小變化，并且其傳播時(shí)間的變化△T，正比于液L體的流速 V，其關(guān)系符合下列公式: V=2cos θ ×T Tup × Tdown，其中 L 為上游探頭到下游探頭長度;θ 為為聲音傳播與液體流動方向的夾角; Tup 為從下游探頭到上游探頭超聲脈沖的傳播時(shí)間; Tdowm為從上游探頭到下游探頭超聲脈沖的傳播時(shí)間;

由此可見，液體的流速 V 正比于時(shí)間差△T． 由于超聲波在不同溫度的液體內(nèi)傳播的時(shí)間略有變化，故儀器本身具有溫度補(bǔ)償?shù)墓δ埽?由探頭發(fā)射并接收超聲波信號，通過轉(zhuǎn)換、放大、運(yùn)算、補(bǔ)償處理后顯示測量流量值，不同管道所需的不同參數(shù)均由儀器內(nèi)計(jì)算機(jī)軟件自動調(diào)整． 通過功能顯示鍵可隨時(shí)顯示介質(zhì)流速，瞬時(shí)流量，累計(jì)流量，信號強(qiáng)度，從而監(jiān)視儀表運(yùn)轉(zhuǎn)情況．

2.主要特點(diǎn)

1) 外縛式安裝，安裝及更換時(shí)不用破管，省繁瑣工作及費(fèi)用;

2) 工作自動尋找，確保測量的***佳狀態(tài)和精度，自動定位判斷，保證安裝正確、快速、簡便;

3) 模塊化設(shè)計(jì)，各功能塊可以互換，便于維修; 4) 測量范圍大，流速達(dá) ± 15 m / s，管徑 80 ～000 mm，并保持標(biāo)定精度;

5) 可測量多種不同液體．

3.安裝調(diào)試

3． 1  安裝時(shí)要注意的步驟

1) 觀察安裝現(xiàn)場管道是否滿足直管段前 10D后 5D 以及離泵 30D 的距離要求 ( D 為管道內(nèi)直徑) ．

2) 確認(rèn)管道內(nèi)流體介質(zhì)以及是否滿管．

3) 確認(rèn)管道材質(zhì)以及壁厚．

4) 前三步驟完成后可確認(rèn)使用何種傳感器安裝．

5) 傳感器選擇完畢后，開始向表體輸入?yún)?shù)以確定安裝距離．

6) 測量出安裝距離至關(guān)重要．

3． 2 安裝方式

在安裝探頭前，首先要確定測量位置和安裝方式． 通常情況下采用 V 方式測量，當(dāng)被測液體的濁度較高時(shí)，接受信號強(qiáng)度較弱時(shí)宜采用 Z 方式測量，使接收到的是較強(qiáng)的聲波直接折射信號，有利于儀表的穩(wěn)定性．

1) Z 型安裝方式

“Z”型安裝一般適用于輸水管道粗或水介質(zhì)不很潔凈或管道內(nèi)壁有水垢而使“V”式安裝信號失真狀況． 一般說來，300 mm 以上管徑的輸水管道選用“Z”式安裝較適宜，“Z”式安裝的可測管徑范圍通常在 100 ～ 600 mm． 安裝傳感器( 探頭) 時(shí)須注意上下游兩傳感器( 探頭) 與輸水管道軸線在同一平面內(nèi)，且下游傳感器( 探頭) 在低位、上游傳感器( 探頭) 在高位． 

2) V 型安裝方式

“V”型安裝是標(biāo)準(zhǔn)的安裝方法，可測管徑范圍為 25 ～ 400 mm． 安裝傳感器( 探頭) 時(shí)須注意上下游兩傳感器( 探頭) 水平對齊，使其中心連線與輸水管道軸線水平一致． 

3． 3 安裝調(diào)試

選擇安裝方式按規(guī)定技術(shù)確定好位置后，用汽油等溶劑將管外欲安裝探頭的區(qū)域清理干凈，除去一切銹跡油漆，選擇管材致密部分進(jìn)行探頭安裝，在探頭的中心部分和管壁涂上足夠的耦合劑，然后把探頭緊貼在管壁上捆綁好，再接通電源，復(fù)查輸入數(shù)據(jù)正確無誤后，應(yīng)可以正式投入運(yùn)行． 需要指出的是信號強(qiáng)度系數(shù)，它是指上下游兩個(gè)方向上接收信號，對上下游傳感器( 即探頭) 的安裝位置、間距、管道接合度進(jìn)行調(diào)整，將上下游兩個(gè)方向上接收的信號強(qiáng)度調(diào)整至***強(qiáng)( 信號強(qiáng)度越大則測量值越穩(wěn)定、可信度越大，越能長時(shí)可靠運(yùn)行) ，當(dāng)信號強(qiáng)度太低時(shí)，應(yīng)重新檢查探頭的安裝位置．

4.超聲波流量計(jì)使用中的常見故障與處理

1) 瞬時(shí)流量計(jì)波動大．

故障原因: 信號強(qiáng)度波動大; 本身測量流體波動大．

處理對策: 調(diào)整好探頭位置，增強(qiáng)信號強(qiáng)度( 保持在 3 !以上) 保證信號強(qiáng)度穩(wěn) 定，如本身流體波動大，則位置不好，重新選點(diǎn)，確保前 10D 后 5D 的工況要求．

2) 讀數(shù)不準(zhǔn)確．

故障原因: a) 傳感器裝在水平管道的頂部和底部的沉淀物，干擾超聲波信號． b) 傳感器裝在水流向下的管道上，管內(nèi)未充滿流體．

處理對策: a) 將傳感器裝在管道兩側(cè)． b) 將傳感器裝在充滿流體的管段上．

3) 傳感器是好的，但流速低或沒有流速．

故障原因: a) 由于管道外的油漆、鐵銹未清除干凈． b) 管道面凹凸不平或安裝在焊接縫處． c) 管道圓度不好，內(nèi)表面不光滑，有管襯式結(jié)垢． 若管材為鑄鐵管，則有可能出現(xiàn)此情況． d) 被測介質(zhì)為純凈物或固體懸浮物過低． e) 傳感器安裝纖維玻璃的管道上． f) 傳感器安裝在套管上，則會削弱超聲波信號． g) 傳感器與管道耦合不好，耦合面有縫隙或氣泡．

處理對策: a) 重新清除管道，安裝傳感器． b) 將管道磨平或遠(yuǎn)離焊縫處． c) 選擇鋼管等內(nèi)表面光滑管道材質(zhì)或襯的地方． d) 選用適合的其它類型儀表． e) 將玻璃纖維除去． f) 將傳感器移到無套管的管段部位上． g) 重新安裝耦合劑．

4) 開機(jī)無顯示

故障原因: 電源電壓與儀表額定值不對應(yīng)或保險(xiǎn)絲燒斷．

處理對策: 檢查電源電壓是否與儀表的額定值相對應(yīng)，保險(xiǎn)絲是否燒斷． 如不是以上原因則通知廠家專業(yè)人員處理．

5) 開機(jī)后儀表背光而無任何字符顯示．故障原因: 一般為芯片程序丟失．

處理對策: 通知廠家專業(yè)人員處理．

6) 儀表在現(xiàn)場強(qiáng)干擾下無法使用．

故障原因: 供電電源波動范圍較大或四周有變頻器或強(qiáng)磁場干擾或接地線不正確．

處理對策: 給儀表提供穩(wěn)定的供電電源; 或?qū)x表安裝遠(yuǎn)離變頻器和強(qiáng)磁場干擾; 或規(guī)范設(shè)置接地線．

5.定期維護(hù)

與其他流量儀表相比，超聲波流量計(jì)的維護(hù)量是比較小的． 對于外貼換能器超聲波流量計(jì)，安裝以后無水壓損失，無潛在漏水，只需定期檢查換能器是否松動，管道之間的粘合劑是否良好即可; 插入式超聲波流量計(jì)，要定期清理探頭上沉積的雜質(zhì)、水垢等有無漏水現(xiàn)象; 如果是一體式超聲波流量計(jì)，要檢查流量計(jì)與管道之間的法蘭鏈接是否良好，并考慮現(xiàn)場溫度和濕度對其電子部件的影響等． 定期維護(hù)可以確保超聲波流量計(jì)的長期穩(wěn)定運(yùn)行．

6.及時(shí)核校

對于現(xiàn)場安裝固定式超聲波流量計(jì)數(shù)量大、范圍廣的用戶，可以配備一臺同類型的便攜式超聲波流量計(jì)，用于核校現(xiàn)場儀表的情況． 一是堅(jiān)持一裝一校，即對每一臺新裝超聲波流量計(jì)安裝調(diào)試時(shí)進(jìn)行核校，確保選位好、安裝好、測量準(zhǔn); 二是在線運(yùn)行的超聲波流量計(jì)發(fā)生流量突變時(shí)，要利用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行及時(shí)核校，查清流量突變的原因，弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實(shí)發(fā)生了變化． 定期維護(hù)可以確保超聲波流量計(jì)的長期穩(wěn)定運(yùn)行．

7.結(jié) 語

提高水處理水流量的計(jì)量準(zhǔn)確性，降低生產(chǎn)成本，為監(jiān)督生產(chǎn)過程的準(zhǔn)確性提供行之有效的計(jì)量保證．