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定義

超聲波流量計(jì)是通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束(或超聲脈沖)的作用以測(cè)量流量的儀表。

信號(hào)檢測(cè)原理

根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理超聲流量計(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、空間濾法及噪聲法等。

超聲流量計(jì)和電磁流量計(jì)一樣,因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件,均屬無(wú)阻礙流量計(jì),是適于解決流量測(cè)量困難問(wèn)題的一類(lèi)流量計(jì),特別在大口徑流量測(cè)量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn),它是發(fā)展迅速的一類(lèi)流量計(jì)之一。

優(yōu)點(diǎn)

超聲波流量計(jì)是一種非接觸式儀表,它既可以測(cè)量大管徑的介質(zhì)流量也可以用于不易接觸和觀察的介質(zhì)的測(cè)量。它的測(cè)量準(zhǔn)確度很高,外夾式安裝最高也可以達(dá)到±0.5%的精度,幾乎不受被測(cè)介質(zhì)的各種參數(shù)的干擾,尤其可以解決其它儀表不能的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測(cè)量問(wèn)題。

缺點(diǎn)

現(xiàn)今所存在的缺點(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。2010年前我國(guó)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)?一般工業(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。

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)換能器的壓電元件常做成圓形薄片,沿厚度振動(dòng)。薄片直徑超過(guò)厚度的10倍,以保證振動(dòng)的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件,使超聲波以合適的角度射入到流體中,需把元件放入聲楔中,構(gòu)成換能器整體(又稱(chēng)探頭)。聲楔的材料不僅要求強(qiáng)度高、耐老化,而且要求超聲波經(jīng)聲楔后能量損失小即透射系數(shù)接近1。常用的聲楔材料是有機(jī)玻璃,因?yàn)樗�透�?可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外,某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。

超聲波流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

1、安裝方便

外夾式安裝,無(wú)需切管。這與傳統(tǒng)的流量設(shè)備非常不同。用戶(hù)只需將流量傳感器夾在管道表面即可。然后超聲波流量計(jì)可以通過(guò)超聲波檢測(cè)流量,然后自動(dòng)計(jì)算流速值、流量累加器等。

不會(huì)切管意味著不會(huì)損壞管道。所以只有管道狀況良好,流量計(jì)上的安裝就不會(huì)提供泄漏的可能性。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)更適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、中毒、腐蝕性液體等。

傳統(tǒng)的機(jī)械流量計(jì)必須使用活動(dòng)部件來(lái)"感應(yīng)"流量。這將破壞流狀態(tài)。同時(shí),隨著運(yùn)動(dòng)部件的使用,流量精度會(huì)下降。隨著使用,運(yùn)動(dòng)部件會(huì)變壞,用戶(hù)必須更換新的流量測(cè)量裝置。

超聲波流量計(jì)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件,不需要接觸流體,因此沒(méi)有壓力損失。無(wú)壓力損失意味著您不需要做壓力補(bǔ)償,它可以節(jié)省壓力變送器的成本。

2、寬量程比

量程比是流量測(cè)量中一個(gè)非常重要的技術(shù)指標(biāo)。它用于指流量范圍,通常由流量技術(shù)/原理決定。

傳統(tǒng)流量計(jì)量程比小,如渦輪流量計(jì)為10:1,孔板流量計(jì)為3:1,PD流量計(jì)為10:1等。但超聲波流量計(jì)通常為100:1,部分型號(hào)可達(dá)500:1。

3、低流量啟動(dòng)

自從流量測(cè)量可用以來(lái),低流量測(cè)量一直是一個(gè)難題。對(duì)于小尺寸的管道,人們可以開(kāi)發(fā)特殊的流量裝置進(jìn)行測(cè)試。但由于特殊性,其價(jià)格總是很高,不易推廣到普遍應(yīng)用。

超聲波流量計(jì)可以為過(guò)程控制提供非常低的流量測(cè)量。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種類(lèi)型的超聲波流量計(jì)用于低流量測(cè)量。

4、精度更高

超聲波流量計(jì)其長(zhǎng)期精度被證明優(yōu)于傳統(tǒng)的機(jī)械流量計(jì)。當(dāng)然,如果外夾式超聲波流量計(jì)不能滿(mǎn)足您對(duì)精度的極端要求,管段式和插入式超聲波流量計(jì)是更好的選擇。

5、低功耗設(shè)計(jì)

超聲波技術(shù)為開(kāi)發(fā)低功耗超聲波流量計(jì)提供了可能。這一特性在超聲波水表和超聲波熱量表中起著重要的作用。內(nèi)置3.6V電池,可工作6-10年。

6、便攜式流量測(cè)量方便

便攜式超聲波流量計(jì)由于功耗低和測(cè)量方式的鉗制,因此應(yīng)運(yùn)而生。便攜式超聲波流量計(jì)為流量測(cè)試和流量測(cè)量提供了很大的方便。它是一個(gè)強(qiáng)大的工具。迅升便攜式超聲波流量計(jì)內(nèi)置高性能鋰電池,最多可以連續(xù)使用16個(gè)小時(shí)。

7、HVAC能量管理,降低您的成本

超聲波流量計(jì)提供先進(jìn)和精確的能量測(cè)量,廣泛用于供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)(HVAC)管理中的水能量監(jiān)測(cè)。流量傳感器與能量傳感器結(jié)合,形成能量測(cè)量表,且無(wú)需損壞管道。高精度和穩(wěn)定的性能有助于降低能源成本。

8、使用成本低

很多用戶(hù)的第一印象可能是先進(jìn)的流量計(jì)總是價(jià)格高。首查可能高于機(jī)械流量計(jì)。但加上安裝費(fèi)、使用壽命和維護(hù)費(fèi),它的總成本并不高,甚至更低。

功能

在數(shù)據(jù)上可測(cè)量并記錄流量的正負(fù)值,流量計(jì)會(huì)保存正累積量和負(fù)累積量,保證被測(cè)流量?jī)衾鄯e量的準(zhǔn)確度。
在通信上可以選擇豐富的通訊協(xié)議,4-20mA、脈沖、繼電器、RS485、Modbus、M-bus、Hart、批量控制器等,通過(guò)協(xié)議將數(shù)據(jù)傳到PC或者云端,實(shí)現(xiàn)物聯(lián),不同的通訊協(xié)議適用于各個(gè)不同的環(huán)境工況中。
在維護(hù)巡檢上可導(dǎo)出檢測(cè)管道數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)包含測(cè)量時(shí)間、流量、流速、正負(fù)凈累積量,最低可設(shè)置1秒間隙導(dǎo)出,適合管道巡檢工作。
在安裝選擇上可選擇外夾式、管段式和插入式,不同的工況所需要的安裝方式不同,可保持整體一致性。
在被測(cè)流體上可測(cè)量非導(dǎo)電流體和腐蝕性流體,選擇外夾式超聲波流量計(jì)對(duì)管道不會(huì)有破壞,不會(huì)導(dǎo)致后期管道泄露的情況發(fā)生。

概況

超聲波流量計(jì)一般用于需要知道管道流量數(shù)據(jù)的工程,選擇分為兩種,多普勒適用于明渠、多雜質(zhì),多氣泡的液體測(cè)量,時(shí)差法適用于少量雜質(zhì),相對(duì)純凈的滿(mǎn)管道液體測(cè)量。

具體工程還是要看需求,像是一般的自來(lái)水廠、污水廠、火電廠、煉鋼廠等大量用水的都會(huì)用到,又像是太陽(yáng)能電廠,清洗機(jī),食品加工廠都也會(huì)用到迅升小管徑的超聲波流量計(jì)。

所以說(shuō)到底,只要是用到液體流量,又有需要知道流量數(shù)據(jù)的管道,都需要用到流量計(jì)。

環(huán)境

多普勒法適用于異相含量不太高的雙相流體,例如:未處理污水、工廠排放液、臟流程液;通常不適用于非常清潔的液體。

超聲波流量計(jì)正確選型才能保證超聲波流量計(jì)更好的使用。選用什么種類(lèi)的超聲波流量計(jì)應(yīng)根據(jù)被測(cè)流體介質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)來(lái)決定,使超聲波流量計(jì)的通徑、流量范圍、襯里材料、電極材料和輸出電流等都能適應(yīng)被測(cè)流體的性質(zhì)和流量測(cè)量的要求。

1、精密功能檢查

精度等級(jí)和功能根據(jù)測(cè)量要求和使用場(chǎng)合選擇儀表精 度等級(jí),做到經(jīng)濟(jì)合算。比如用于貿(mào)易結(jié)算、產(chǎn)品交接和能源計(jì)量的場(chǎng)合,應(yīng)該選擇精度等級(jí)高些,如1.0級(jí)、0.5級(jí),或者更高等級(jí); 用于過(guò)程控制的場(chǎng)合,根據(jù)控制要求選擇不 同精度等級(jí);有些僅僅是檢測(cè)一下過(guò)程流量,無(wú)需做精確控制和計(jì)量的場(chǎng)合,可以選擇精度等級(jí)稍低的,如1.5級(jí)、2.5級(jí),甚至 4.0級(jí),這時(shí)可以選用價(jià)格低廉的插入式超聲波流量計(jì)。

2、可測(cè)量的介質(zhì)

測(cè)量介質(zhì)流速、儀表量程與口徑 測(cè)量一般的介質(zhì)時(shí),超聲波流量計(jì)的滿(mǎn)度 流量可以在測(cè)量介質(zhì)流速0.5-12m/s范圍內(nèi) 選用,范圍比較寬。選擇儀表規(guī)格(口徑)不一 定與工藝管道相同,應(yīng)視測(cè)量流量范圍是否,在流速范圍內(nèi)確定,即當(dāng)管道流速偏低,不能滿(mǎn)足流量?jī)x表要求時(shí)或者在此流速下測(cè)量準(zhǔn) 確度不能保證時(shí),需要縮小儀表口徑,從而提 高管內(nèi)流速,得到滿(mǎn)意測(cè)量結(jié)果。

應(yīng)用領(lǐng)域

管段式傳感器參數(shù)

管段式傳感器外型尺寸

當(dāng)超聲波束在液體中傳播時(shí),液體的流動(dòng)將使傳播時(shí)間產(chǎn)生微小變化,并且其傳播時(shí)間的變化正比于液體的流速,其關(guān)系符合下列表達(dá)式

其中

θ為聲束與液體流動(dòng)方向的夾角

M 為聲束在液體的直線傳播次數(shù)

D 為管道內(nèi)徑

Tup 為聲束在正方向上的傳播時(shí)間

Tdown為聲束在逆方向上的傳播時(shí)間

ΔT=Tup –Tdown

設(shè)靜止流體中的聲速為c,流體流動(dòng)的速度為u,傳播距離為L(zhǎng),當(dāng)聲波與流體流動(dòng)方向一致時(shí)(即順流方向),其傳播速度為c+u;反之,傳播速度為c-u.在相距為L(zhǎng)的兩處分別放置兩組超聲波發(fā)生器和接收器(T1,R1)和(T2,R2)。當(dāng)T1順?lè)较?T2逆方向發(fā)射超聲波時(shí),超聲波分別到達(dá)接收器R1和R2所需要的時(shí)間為t1和t2,則

t1=L/(c+u); t2=L/(c-u)

由于在工業(yè)管道中,流體的流速比聲速小的多,即c>>u,因此兩者的時(shí)間差為 ▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知,當(dāng)聲波在流體中的傳播速度c已知時(shí),只要測(cè)出時(shí)間差▽t即可求出流速u(mài),進(jìn)而可求出流量Q。利用這個(gè)原理進(jìn)行流量測(cè)量的方法稱(chēng)為時(shí)差法。此外還可用相差法、頻差法等。

相差法

如果超聲波發(fā)射器發(fā)射連續(xù)超聲脈沖或周期較長(zhǎng)的脈沖列,則在順流和逆流發(fā)射時(shí)所接收到的信號(hào)之間便要產(chǎn)生相位差▽O,即▽O=w▽t=2wLu/cc

式中,w為超聲波角頻率。當(dāng)測(cè)得▽O時(shí)即可求出u,進(jìn)而求得流量Q。此法用測(cè)量相位差▽O代替了測(cè)量微小的時(shí)差▽t,有利于提高測(cè)量精度。但存在者聲速c對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

頻差法

為了消除聲速c的影響,常采用頻差法。由前可知,上、下游接收器接受到的超聲波的頻率之差為▽f可用下式表示 ▽f=[(c+u)/L]-[(c-u)/L]=2u/L

由此可知,只要測(cè)得▽f就可求得流量Q,并且此法與聲速無(wú)關(guān)。超聲波技術(shù)及其應(yīng)用一、沒(méi)測(cè)量水位概況

水電站多采用浮子式液位計(jì)或投入式液位計(jì)來(lái)進(jìn)行水位測(cè)量。其缺點(diǎn)為:測(cè)量精度低,不可靠,經(jīng)常出現(xiàn)浮子卡死不動(dòng)和傳感器堵塞導(dǎo)致測(cè)不準(zhǔn);維護(hù)工作量大,安裝、調(diào)試不便,采集到的僅是模擬告警信號(hào),不能直接進(jìn)入電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)無(wú)人值班電廠不實(shí)用。

通過(guò)對(duì)攔污柵水位測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了反復(fù)對(duì)比,優(yōu)化得出最后的方案設(shè)計(jì),采用超聲波液位計(jì)對(duì)柵前、柵后水位進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè),超聲波液位計(jì)用PLC對(duì)采集量進(jìn)行處理。并且把實(shí)時(shí)水位和壓差數(shù)據(jù)送到中控室,超聲波液位計(jì)顯示和越限報(bào)警。超聲波液位計(jì)同時(shí)采用RS422/RS232接口,又把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送到大壩集中控制室工控機(jī),處理成計(jì)算機(jī)通信報(bào)文,最終將采集量送到電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)。

該項(xiàng)目實(shí)施后不僅滿(mǎn)足欄污柵柵前、柵后水位及壓差的多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),及報(bào)警功能,而且結(jié)束了攔污柵測(cè)量系統(tǒng)獨(dú)立工作,無(wú)法與電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊的局面。實(shí)現(xiàn)與閘門(mén)系統(tǒng)的監(jiān)視功能、控制功能以及故障時(shí)ON-CALL尋呼系統(tǒng)功能的集成。滿(mǎn)足了無(wú)人值班電站的需要。該技術(shù)在云南省電力系統(tǒng)還是第一家。

超聲波液位計(jì)測(cè)量水位的原理以及安裝要求
超聲波液位計(jì)工作時(shí),高頻脈沖聲波由換能器(探頭)發(fā)出,遇被測(cè)物體(水面)表面被反射,折回的反射回波被同一換能器(探頭)接收,轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。脈沖發(fā)送和接收之間的時(shí)間(聲波的運(yùn)動(dòng)時(shí)間)與換能器到物體表面的距離成正比,聲波傳輸?shù)木嚯xS和聲速C和傳輸時(shí)間T之間的關(guān)系可以用公式表示:S= CⅩT/2

例如:聲速C=344m/s,傳輸時(shí)間為50ms,即可算出傳輸?shù)木嚯x為17.2m,測(cè)定距離為8.6m。

三.可編程超聲波式攔污柵水位測(cè)量系統(tǒng)在田壩電站應(yīng)用產(chǎn)生的效果

用超聲波液位計(jì)測(cè)量大壩水位在當(dāng)今國(guó)內(nèi)尚不普遍,技術(shù)上尚無(wú)經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。在這樣的情況下,我們充分利用PLC與超聲波液位計(jì)這一領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù),按照總體規(guī)劃,長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮,一次到位,避免重復(fù)改造,重復(fù)投資的這一原則,對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行自行設(shè)計(jì),全面順利地完成了這一課題。在該領(lǐng)域取得了較有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。為目前我國(guó)國(guó)內(nèi)水電站實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了一個(gè)可以借鑒的范例。

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(guò)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。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(lèi)型的超聲波流量計(jì)。超聲波流量計(jì)是近十幾年來(lái)隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開(kāi)始應(yīng)用的一種

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(kāi)水流的流量測(cè)量。使用超聲波流量比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)。

眾所周知,工業(yè)流量測(cè)量普遍存在著大管徑、大流量測(cè)量困難的問(wèn)題,這是因?yàn)橐话懔髁坑?jì)隨著測(cè)量管徑的增大會(huì)帶來(lái)制造和運(yùn)輸上的困難,造價(jià)提高、能損加大、安裝不僅這個(gè)缺點(diǎn),超聲波流量計(jì)均可避免。因?yàn)楦黝?lèi)超聲波流量計(jì)均可管外安裝、非接觸測(cè)流,儀表造價(jià)基本上與被測(cè)管道口徑大小無(wú)關(guān),而其它類(lèi)型的流量計(jì)隨著口徑增加,造價(jià)大幅度增加,故口徑越大超聲波流量計(jì)比相同功能其它類(lèi)型流量計(jì)的功能價(jià)格比越優(yōu)越。被認(rèn)為是較好的大管徑流量測(cè)量?jī)x表,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(guò)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。

另外,超聲測(cè)量?jī)x表的流量測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響,又可制成非接觸及便攜式測(cè)量?jī)x表,故可解決其它類(lèi)型儀表所難以測(cè)量的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測(cè)量問(wèn)題。另外,鑒于非接觸測(cè)量特點(diǎn),再配以合理的電子線路,一臺(tái)儀表可適應(yīng)多種管徑測(cè)量和多種流量范圍測(cè)量。超聲波流量計(jì)的適應(yīng)能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計(jì)具有上述一些優(yōu)點(diǎn)因此它越來(lái)越受到重視并且向產(chǎn)品系列化、通用化發(fā)展,現(xiàn)已制成不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應(yīng)不同介質(zhì),不同場(chǎng)合和不同管道條件的流量測(cè)量。

●插入式超聲流量計(jì):可不停產(chǎn)安裝和維護(hù)。采用陶瓷傳感器,使用專(zhuān)用鉆孔裝置進(jìn)行不停產(chǎn)安裝。一般為單聲道測(cè)量,為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度,可選擇多聲道。

●管段式超聲流量計(jì):需切開(kāi)管路安裝,但以后的維護(hù)可不停產(chǎn)�？蛇x擇單聲道或多聲道傳感器。

●外夾式超聲流量計(jì):能夠完成固定和移動(dòng)測(cè)量。采用專(zhuān)用耦合劑(室溫固化的硅橡膠或高溫長(zhǎng)鏈聚合油脂)安裝,安裝時(shí)不損壞管路。

●便攜式超聲流量計(jì):便攜使用,內(nèi)置可充電鋰電池,適合移動(dòng)測(cè)量,配接磁性傳感器。

1、非接觸式測(cè)量方式、體積小、攜帶方便

2、適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量各種尺寸管道導(dǎo)聲介質(zhì)

3、內(nèi)置鎳氫充電電池工作時(shí)間達(dá)20小時(shí)以上

4、用戶(hù)界面靈活,使用簡(jiǎn)單

5、智能型現(xiàn)場(chǎng)打印功能,保證流量數(shù)據(jù)的完整

6、配備一體式鋁合金防護(hù)箱,可在野外惡劣環(huán)境中使用

● 手持式超聲流量計(jì):體積小,重量輕,內(nèi)置可充電鋰電池,手持使用,配接磁性傳感器。

● 防爆型超聲流量計(jì):用于爆炸性環(huán)境液體流量測(cè)量,為防爆兼本安型。即轉(zhuǎn)換器為防爆型,傳感器為本質(zhì)安全型。

時(shí)差式超聲波流量計(jì)是當(dāng)今世界上具競(jìng)爭(zhēng)力的流量測(cè)量手段,其測(cè)量線精度高于1.0%。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)特別是管路周?chē)�環(huán)境的多樣性,因此,怎樣根據(jù)特定的環(huán)境安裝調(diào)試超聲波流量計(jì),就成了超聲波流量測(cè)量領(lǐng)域的一個(gè)重要課題,本規(guī)程詳解了超聲波流量計(jì)的安裝細(xì)節(jié);從而進(jìn)一步完整體現(xiàn)了超聲波流量計(jì)的精度、可靠性和穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì),大大降低日后的維護(hù)工作甚至免維護(hù)。

安裝細(xì)解

超聲波流量計(jì)在安裝之前應(yīng)了解現(xiàn)場(chǎng)情況,包括:

1、安裝傳感器處距主機(jī)距離為多少;

2、管道材質(zhì)、管壁厚度及管徑;

3、管道年限;

4、流體類(lèi)型、是否含有雜質(zhì)、氣泡以及是否滿(mǎn)管;

5、流體溫度;

6、安裝現(xiàn)場(chǎng)是否有干擾源(如變頻、強(qiáng)磁場(chǎng)等);

7、主機(jī)安放處四季溫度;

8、使用的電源電壓是否穩(wěn)定;

9、是否需要遠(yuǎn)傳信號(hào)及種類(lèi);

根據(jù)以上提供的現(xiàn)場(chǎng)情況,廠家可針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行配置,必要情況下也可特制機(jī)型。

安裝位置

選擇安裝管段對(duì)測(cè)試精度影響很大,所選管段應(yīng)避開(kāi)干擾和渦流這兩種對(duì)測(cè)量精度影響較大的情況,一般選擇管段應(yīng)滿(mǎn)足下列條件:

1、避免在水泵、大功率電臺(tái)、變頻,即有強(qiáng)磁場(chǎng)和震動(dòng)干擾處安裝機(jī)器;

2、選擇管材應(yīng)均勻致密,易于超聲波傳輸?shù)墓芏?

3、要有足夠長(zhǎng)的直管段,安裝點(diǎn)上游直管段必須要大于10D(注:D=直徑),下游要大于5D;

4、安裝點(diǎn)上游距水泵應(yīng)有30D距離;

5、流體應(yīng)充滿(mǎn)管道;

6、管道周?chē)�要有足夠的空間便于現(xiàn)場(chǎng)人員操作,地下管道需做測(cè)試井,測(cè)試井如下:

安裝方式

超聲波流量計(jì)一般有兩種探頭安裝方式,即Z法和V法。

1.V法安裝

一般情況下,外夾式超聲波流量計(jì)采用V法是比較標(biāo)準(zhǔn)的安裝方法,使用方便,測(cè)量準(zhǔn)確,安裝時(shí)兩傳感器水平對(duì)齊,其中心線與管道軸線水平即可,可測(cè)管徑范圍為DN15mm-DN400mm。

2.Z法安裝

當(dāng)管道很粗或由于液體中存在懸浮物、管內(nèi)壁結(jié)垢太厚或襯里太厚等原因,造成V法安裝信號(hào)弱,機(jī)器不能正常工作時(shí),就需要選用Z法安裝。Z法的特點(diǎn)是超聲波在管道中直接傳輸,沒(méi)有反射(稱(chēng)為單聲程),信號(hào)衰耗小。Z法安裝可測(cè)管徑范圍為100mm至6000mm�，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝時(shí),建議200mm以上的管道都要選用Z法安裝。

探頭位置

1、將管道參數(shù)輸入儀表,選擇探頭安裝方式,得出安裝距離;

2、在水平管道上,一般應(yīng)選擇管道的中部,避開(kāi)頂部和底部(頂部可能含有氣泡、底部可能有沉淀);

3、V法安裝:先確定一個(gè)點(diǎn),按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn)。

Z法安裝:先確定一個(gè)點(diǎn),按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn),然后測(cè)出此點(diǎn)在管道另一側(cè)的對(duì)稱(chēng)點(diǎn)。

管道處理

確定探頭位置之后,在兩安裝點(diǎn)±100mm范圍內(nèi),使用角磨砂輪機(jī)、銼、砂紙等工具將管道打磨至光亮平滑無(wú)蝕坑。

要求:光澤均勻,無(wú)起伏不平,手感光滑圓潤(rùn)。需要特別注意,打磨點(diǎn)要求與原管道有同樣的弧度,切忌將安裝點(diǎn)打磨成平面,用酒精或汽油等將此范圍擦凈,以利于探頭粘接。

接線

探頭與儀表接線

探頭(傳感器)

探頭根據(jù)實(shí)際測(cè)量管道可分三種:

S型傳感器(15~100mm)

M型傳感器(50~700mm)

L型傳感器(300~6000mm)

微調(diào)探頭

接完線后把探頭內(nèi)部用硅膠注滿(mǎn),放置半小時(shí),然后用硅膠和卡具把探頭固定到打磨好的管道上(注意探頭方向,引線端向外),然后觀察儀表的信號(hào)強(qiáng)度、良度與傳輸時(shí)間比,如發(fā)現(xiàn)不好,則細(xì)微調(diào)整探頭位置,直到儀表的信號(hào)達(dá)到規(guī)定的范圍之內(nèi):

(信號(hào)強(qiáng)度:一般應(yīng)大于6.5,少數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況另定。)

(信號(hào)良度:低峰值一般為7~14,高峰值一般為25~80。)

(傳輸時(shí)間比:在100±4范圍之內(nèi),此值必須穩(wěn)定。)

關(guān)于使用超聲波流量計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)

流量計(jì)有對(duì)角和反射兩種模式,當(dāng)反射模式測(cè)不出時(shí)用對(duì)角模式可能能測(cè)出,以至于后來(lái)我們一直用反射模式。
流量計(jì)對(duì)管道要求比較高,保溫層一定要刮掉一部分,否則無(wú)法測(cè)量。我們測(cè)空調(diào)水系統(tǒng)時(shí)用刀把保溫層割下一塊以防止傳感器,測(cè)完后再把割下的保溫層粘上。管道表面盡量光亮,太粗燥的話還得用砂紙打磨。
當(dāng)管道內(nèi)流體為非滿(mǎn)管流時(shí)很難測(cè)出,所以測(cè)量位置應(yīng)盡量選直管段,遠(yuǎn)離彎頭、閥門(mén)等地方。
流量計(jì)讀數(shù)的真實(shí)性是依賴(lài)于信號(hào)強(qiáng)度的,信號(hào)太低時(shí)結(jié)果基本不可信,一般要60%以上甚至更到。
由于讀數(shù)可能會(huì)變化很大,我們采取的做法是讓流量計(jì)連續(xù)讀數(shù),比如連續(xù)記錄一分鐘的讀數(shù),然后取平均值。
測(cè)量熱水管路比冷水管路難。因?yàn)闊崴�管壁面溫度�?耦合劑在高溫時(shí)容易化。除了產(chǎn)品自帶耦合劑外,我們都嘗試過(guò)牙膏。
總結(jié)超聲波流量計(jì)在測(cè)量準(zhǔn)確度和精度還有待提高

便攜式超聲波流量計(jì)的技術(shù)參數(shù)如下:測(cè)量原理:時(shí)差相關(guān)原理流速: 0.01~25 m/s分辨率: 0.025 cm/s重復(fù)性: 0.15%讀數(shù),視應(yīng)用而定精度:(流場(chǎng)充分發(fā)展且 徑向?qū)ΨQ(chēng))體積流量: ± 1%讀數(shù),視應(yīng)用而定 ± 0.5%讀數(shù),經(jīng)過(guò)標(biāo)定流速: ± 0.5%讀數(shù),視應(yīng)用而定可測(cè)介質(zhì): 所有導(dǎo)聲流體, 且氣泡或固體顆粒的體積含量<10%

便攜式超聲波流量計(jì)主機(jī)外殼重量: ~ 3.9kg防護(hù)等級(jí): IP54 (根據(jù)EN60529)材質(zhì):鋁合金,粉末涂層尺寸: (270 x 100 x 180)mm (WxHx D)(不含把手)通道: 2危險(xiǎn)區(qū): Zone 2電源: 充電電池(6V/4Ah); 外接電源(100 ~ 240)VAC電池工作時(shí)間: >10h顯示: 2 x 16 字符, 點(diǎn)陣, 帶背光工作溫度: -10 ~ 60℃功耗: < 15W信號(hào)平均: (0 ~ 100)s, 可調(diào)測(cè)量速率: (100 ~ 1000)Hz (1通道)響應(yīng)時(shí)間: 1s (1通道), 70ms可選.

固定探頭

儀表信號(hào)調(diào)整好以后,用所配卡具將探頭固定好,注意不要使鋼絲繩傾斜,以免拉動(dòng)探頭,使探頭移位,再用硅膠將探頭與管道接觸的四周封住。此膠凝固大約需一天時(shí)間,在未干之前必須注意探頭防水。(信號(hào)線的外屏蔽線必須可靠接地)。

超聲波流量計(jì)主要技術(shù)指標(biāo):

安裝超聲波流量計(jì)可按照以下步驟操作:

一、觀察安裝現(xiàn)場(chǎng)管道是否滿(mǎn)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(mǎn)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(kāi)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。

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

圖紙分解

包括:測(cè)量流動(dòng)通道6,被測(cè)量的流體通過(guò)其中流動(dòng);超聲波換能器8和9,分別設(shè)置在沿測(cè)量流動(dòng)通道6彼此相對(duì)的上游端和下游端;上游孔眼11和下游孔眼12,用于使超聲波換能器8和9暴露于該測(cè)量流動(dòng)通道6;第一流體抑制器15,至少鄰近下游孔眼12,用于減少被測(cè)量的流體流入孔眼12;第二流體抑制器16,被設(shè)置在測(cè)量流動(dòng)通道6的上游端并相對(duì)于孔眼11和12,用于減少被測(cè)量的流體流入孔眼11和12;測(cè)量控制部件19,用于測(cè)量超聲波換能器8和9之間的超聲波的傳播時(shí)間;及計(jì)算部件20,用于根據(jù)該測(cè)量控制部件19的信號(hào)計(jì)算流量。為下游孔眼12設(shè)置的第一流體抑制器15包括具有至少一個(gè)超聲波傳輸孔22的孔眼密封部件21。因此,有可能穩(wěn)定超聲波換能器之間的流體,以便增強(qiáng)超聲波的接收水平,從而提高測(cè)量精度和對(duì)流量測(cè)量的上限值,并減少對(duì)于超聲波換能器的驅(qū)動(dòng)輸入。

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(wèn)題會(huì)較常見(jiàn)。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(jiàn)。解決辦法:對(duì)引壓管進(jìn)行吹掃或加電伴熱

3、超聲波流量計(jì)對(duì)管道的要求非常嚴(yán)格 不能有異響 否則會(huì)影響測(cè)量誤差很大

超聲波在傳播過(guò)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。

4、瞬時(shí)流量波動(dòng)大?

信號(hào)強(qiáng)度大,本身測(cè)量流體波動(dòng)大.

解決方法:調(diào)整好探頭位置,提高信號(hào)強(qiáng)度,保證信號(hào)強(qiáng)度穩(wěn)定,如本身流體波動(dòng)大,則位置不好,重新選點(diǎn),確保前10D后5D的工況要求.

5、外夾式超聲波流量計(jì)信號(hào)低?

這個(gè)取決于儀表本身的技術(shù)含量,經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大量的測(cè)試實(shí)例證明,像管道時(shí)間長(zhǎng),結(jié)垢嚴(yán)重,管徑大的問(wèn)題,艾拓利爾AFTU-2W系列較其他外夾式超聲波流量計(jì),出信號(hào)非常快,而且信號(hào)很穩(wěn)定。.

解決方法:對(duì)于管徑大、結(jié)垢嚴(yán)重、建議選用品質(zhì)好的外夾式超聲波流量計(jì),探頭安裝處管道要打磨干凈,用耦合劑或耦合片排除探頭與工件表面之間的空氣,使超聲波能有效地傳入管道內(nèi),保證探測(cè)面上有足夠的聲強(qiáng)透射率.

6、測(cè)量介質(zhì)中偶爾有氣泡產(chǎn)生,用時(shí)差法的超聲波流量計(jì)是否有影響?

今艾拓利爾AFTU-2W系列外夾式超聲波流量計(jì)有雙模式,當(dāng)有氣泡時(shí),可以自動(dòng)轉(zhuǎn)入多普勒模式去測(cè)量,當(dāng)氣泡消失時(shí),會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入時(shí)差法測(cè)量.

7、儀表在現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)干擾下無(wú)法使用?

現(xiàn)場(chǎng)有變頻器或高電壓電纜場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾

建議:遠(yuǎn)離變頻器或高電壓電纜場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾

8、2020年市場(chǎng)上外夾式的超聲波流量計(jì)管徑最小能測(cè)到多少?溫度最高多少?

解答:市場(chǎng)最小外夾式超聲波流量計(jì)是迅升 科技 X3,穩(wěn)定測(cè)量最小能測(cè)到外徑9.53mm,可以測(cè)量FPA/PU軟管,被測(cè)流體溫度最高150℃。

9、怎樣選擇一款合適的超聲波流量計(jì)?

解答: 管道材質(zhì)、管壁厚度及管徑;流體類(lèi)型、是否含有雜質(zhì)、氣泡以及是否滿(mǎn)管;流體溫度,流量計(jì)類(lèi)型,是便攜的還是固定在線的。

超聲波流量計(jì)采用時(shí)差式測(cè)量原理:一個(gè)探頭發(fā)射信號(hào)穿過(guò)管壁、介質(zhì)、另一側(cè)管壁后,被另一個(gè)探頭接收到,同時(shí),第二個(gè)探頭同樣發(fā)射信號(hào)被第一個(gè)探頭接收到,由于受到介質(zhì)流速的影響,二者存在時(shí)間差Δt,根據(jù)推算可以得出流速V和時(shí)間差Δt之間的換算關(guān)系V=(C2/2L)×Δt,進(jìn)而可以得到流量值Q

流量測(cè)量的發(fā)展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統(tǒng)。古羅馬凱撒時(shí)代已采用孔板測(cè)量居民的飲用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法測(cè)量尼羅河的流量。我國(guó)著名的都江堰水利工程應(yīng)用寶瓶口的水位觀測(cè)水量大小等等。17世紀(jì)托里拆利奠定差壓式流量計(jì)的理論基礎(chǔ),這是流量測(cè)量的里程碑。自那以后,18、19世紀(jì)流量測(cè)量的許多類(lèi)型儀表的雛形開(kāi)始形成,如堰、示蹤法、皮托管、文丘里管、容積、渦輪及靶式流量計(jì)等。20世紀(jì)由于過(guò)程工業(yè)、能量計(jì)量、城市公用事業(yè)對(duì)流量測(cè)量的需求急劇增長(zhǎng),才促使儀表迅速發(fā)展,微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展極大地推動(dòng)儀表更新?lián)Q代,新型流量計(jì)如雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái)。到2020年,據(jù)稱(chēng)已有上百種流量計(jì)投向市場(chǎng),現(xiàn)場(chǎng)使用中許多棘手的難題可望獲得解決。 我國(guó)開(kāi)展近代流量測(cè)量技術(shù)的工作比較晚,早期所需的流量?jī)x表均從國(guó)外進(jìn)口。 流量測(cè)量是研究物質(zhì)量變的科學(xué),質(zhì)量互變規(guī)律是事物聯(lián)系發(fā)展的基本規(guī)律,因此其測(cè)量對(duì)象已不限于傳統(tǒng)意義上的管道液體,凡需掌握量變的地方都有流量測(cè)量的問(wèn)題。流量和壓力、溫度并列為三大檢測(cè)參數(shù)。對(duì)于一定的流體,只要知道這三個(gè)參數(shù)就可計(jì)算其具有的能量,在能量轉(zhuǎn)換的測(cè)量中必須檢測(cè)此三個(gè)參數(shù)。能量轉(zhuǎn)換是一切生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ),因此流量和壓力、溫度儀表一樣得到最廣泛的應(yīng)用。

便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量功能

技術(shù)優(yōu)勢(shì)(與其他原理相比)

不受電率、壓力、溫度以及粘度的影響,

與介質(zhì)不接觸,尤其適用于腐蝕性介質(zhì)的測(cè)量

安裝簡(jiǎn)單,費(fèi)用低

可在現(xiàn)有管道上安裝,無(wú)需切斷工藝管道

無(wú)撓流件,無(wú)需縮徑

無(wú)泄漏

成本低