超声波流量计使用技术探讨

　　一、 引言： 
　　在我厂的计量仪表应用方面，从1994年开始逐渐使用超声波流量计。由于超声波流量计在现场使用的明显优点，尤其对较粗管线（Dg80以上）而言，安装方便，整体投入费用小，因此广泛的使用在我厂的水、进出装置物料计量上。因此，对超声波流量计应用上的各种技术问题进行总结和探讨，以提高全厂的计量水平，显得尤为重要。 
　　二、 超声波流量计的工作原理： 
　　超声波在流体中的传播速度，顺流方向和逆流方向是不一样的，其传播的时间差和流体的流速成正比，所以只要测量出超声波在两个方向上传播的时间差，就可以知道流体的流速，再乘上管道的横截面积，就可以得到单位时间内流体的体积流量。 
　　三、 影响超声波流量计准确度的技术因素： 
　　按照测量原理划分，超声波流量计测量流量的方法使用最多的是传播速度差法和多普勒频移法，其中传播速度差法又可以分为时间差法、相位差法和声循环频率差法。在我厂使用的超声波流量计中，基本上采用的都是时间差法。因此，以下主要就影响时间差法超声波流量计的方面进行探讨。 
　　1、 安装直管段的长度： 
　　在安装时，除了要选择流体流场分布均匀的部分，还要保证足够的直管段要求，以便使流体形成稳定的速度分布。一般要求前直管段为10DN，后直管段为 5DN。另外，要尽量远离泵和阀门，泵应该距离测量管段上游50DN，流量调节阀应该距离测量管段上游30DN，如果直管段长度达不到要求，测量准确度将会下降。 
　　2、 工艺管道参数： 
　　在旧管线上安装使用超声波流量计时，一定要准确的得到工艺管道的参数，如管道的外径、壁厚、材质、衬里等。对于比较脏污的管线，还要把结垢考虑为衬里，以求得较准确的测量结果。 
　　3、 安装方式和位置： 
　　由于管道中的气泡和杂质会反射或者衰减超声波信号，给测量带来很大的误差，所以在安装时一定要选择正确的安装方式。换能器探头安装在倾斜和水平管道上时，一般应该水平安装，这样就可以使气泡聚集在管道的上方,而大的杂质则沿着管道的底部流动.应该尽可能使换能器探头处于和水平面成45°角的范围内。另外,安装的部位要有一定的背压，从而保证管道内充满流体，没有气泡或者气泡较少。 
　　4、 其他因素： 
　　（1）安装换能器探头部位的去漆、除锈及砂平； 
　　（2）选择管道材质均匀密致，易于超声波传输的直管段； 
　　（3）选择合适的耦合剂； 
　　（4）选择合适的流体类型； 
　　（5）精确换能器探头的安装距离； 
　　（6）选择配套的探头类型； 
　　（7）保证换能器探头部位的温度在可工作的范围内。 
　　四、 使用中的维护和检修： 
　　在实际的使用中，由于现场安装换能器探头部位的管线震动、温度变化、管道内结垢情况的变化，以及超声波流量计电路工作点的漂移等因素，可能造成测量不准确，因此，需要定期的对使用中的超声波流量计进行检查和维护。常规的工作如下： 
　　（1） 信号强度和信号良度的检查： 
　　信号强度（Signal Strength）用以表示上下游探头的信号强度；信号良度（Signal Goodness）用以表示上下两个传输方向上的信号峰值，用以辅助判断接受信号的优良程度。这两个信号如果检查变坏的话，就需要检查探头的安装是否已经松动或者耦合剂失效，一般就需要重新安装探头，以保证这两个信号的数值在合适的范围内。
　　（2） 传输时间和传输时差的检查： 
　　传输时间（Total Time）用以表示超声波平均的传输时间；传输时差（Delta Time）用以表示上下游传输时间差。这两个信号是超声波流量计计算流速的主要依据，特别是传输时差最能反映流量计是否工作稳定。如果这两个信号不稳定的话，应检查安装点是否合适，设置数据是否正确。 
　　（3） 电流环模拟输出的检查： 
　　因为在我厂的实际使用中，都是将超声波流量计作为变送器，DCS接收超声波流量计的信号，然后再进行累计计量统计的。因此，超声波流量计的电流环模拟输出的准确性就需要保证。在实际的工作中，可以以一年为检修段，对电流环模拟输出进行校验和修正，以保证DCS的准确累计计量。 
　　（4） 定期标定和校正： 
　　经过一段时间的运行后，需要对超声波流量计进行实际的流量标定，以确保测量的准确性。在实际的工作中，可以用一台便携式超声波流量计与被标定的超声波流量计进行比对，从而确定实际的流量大小。 
　　（5） 管道的清洁和除垢： 
　　换能器探头部位管道内的结垢比较严重的话，就要考虑进行管道内部的清洁和除垢，以确保超声波信号的传输不受影响。实际工作中，可以以检修段为限，进行管道内的清洁，或者敲打管道壁，以震落结垢层。 
　　（6） 使用地方不好的分析： 
　　1． 现场安装探头场所管线震动过大，造成信号减弱 
　　2． 现场安装探头场所有强电磁干扰 
　　3． 对酸碱溶液测量不准 
　　4． 工艺管线DN的测量不准 
　　5． 对介质密度不稳定的测量不准 
　　6． 对气、液两相介质无法测量 
　　五、 总结： 
　　超声波流量计作为一种新型的计量仪表，只要在安装、使用和维护方面注意一些基本的技术问题，可以达到准确测量和计量的目的，从而为提高全厂范围的计量提供科学和准确的依据。