超声波流量计的优缺点及选型指南

超声波流量计具有高精确度、无阻碍测量以及较低的总体拥有成本等优点，正在快速发展成为流量测量领域，尤其是计量碳氢化合物的首选，并在石油和天然气领域得到普及。超声波流量计是一种使用十分方便的流量仪表，特别是在大口径管线上，便携式超声波流量计可以将探头安装在管道外表面，实现不断流、不破坏原有管线测量流量，因此受到广大用户的欢迎。
　　1 超声波流量计 的工作原理及组成
　　超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息，因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。根据检测的方式，可分为传播速度差法(时差法、相位差法和频差法)、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。目前最常采用的测量方法主要有两类：时差法和多普勒效应法。
　　超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统3部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号，供给显示和积算仪表进行显示和积算，这样就实现了流量的检测和显示。
　　2 优点
　　(1)外夹式超声波流量计可以实现非接触测流量，即使是插入式或内贴式超声波流量计，其压损也几乎为零，其测流量的方便性与经济性是最佳的。(2)超声波流量计水、气、油各种介质都可以测量，其应用的领域十分广阔。(3)超声波流量计的制造成本几乎和口径无关，在大口径流量计量场合有着价格合理、安装使用方便的综合竞争优势。(4)便携式超声波流量计可以实现一台流量计在各种管径、各种材质的管线上测流量，是作为标准表进行在线校准、比对或期间核查的首选流量计类型。(5)超声波流量计具有其测流原理基于长度与时间两个基本物理量的溯源方便性，可以预见它必将超越其他原理的流量计成为流量标准甚至是流量基准的载体。(6)超声波流量计运行能耗极小，可方便地实现长年电池供电，加之先进的智能化主机可方便地进行网络无线通信，其应用前景更加广阔。
　　3 缺点
　　超声波流量计目前所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能器及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200℃以下的流体。另外，超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为，一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1500m/s左右，被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是10-3数量级。若要求测量流速的准确度为±1%，则对声速的测量准确度需为10-5～10-6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现，这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。
　　4 超声波流量计的选型应用
　　4.1 根据原理不同造型
　　4.1.1 多普勒式超声波流量计的选型
　　多普勒法超声波流量计依靠水中杂质的反射来测量水的流速，因此适用于杂质含量较多的脏水和浆体，如城市污水、污泥、工厂排放液、杂质含量稳定的工厂过程液等，而且可以测量连续混入气泡的液体。但是根据测量原理，被测介质中必须含有一定数量的散射体(颗粒或气泡)，否则仪表就不能正常工作。
　　4.1.2 时差式超声波流量计的选型
　　目前生产最多、应用范围最广泛的是时差式超声波流量计。它主要用来测量洁净的流体流量，在自来水公司和工业用水及江河水、回用水领域得到广泛应用。时差式超声波流量计此外可以测量杂质含量不高(杂质含量<10g/L，粒径<1mm)的均匀流体，如污水等介质的流量，但不能测量含有影响超声波传播的连续混入气泡或体积较大固体物的液体。在这种情况下应用，应在换能器的上游进行消气、沉淀或过滤。在悬浮颗粒含量过多或因管道条件致使超声信号严重衰减而不能测量时，有时可以试降低换能器频率，予以解决。而且精度可达±1%。实际应用表明，选用时差式超声波流量计，对相应流体的测量都可以达到满意的效果。
　　4.2 根据现场工况安装方式选型
　　4.2.1 便携式超声波流量计
　　便携式超声波流量计具有很大的机动性，适用于临时性测量，主要用于校对管道上已安装其他流量仪表的运行状态，进行一个区域内的流体平衡测试，检查管道的当时流量情况等。如果不做固定安装，而用于这些用途时，选用便携式超声波流量计既方便又经济。便携式超声波流量计既可以使用现场的交流电源，也备有内置充电电池，可以连续工作5～10h，大大方便了不同场合临时性流量测量的需要。便携式超声波流量计只是为了现场查看当时流量和短时间内的累计流量，故一般无输出信号功能，但为了方便测量不同管道流量，它具有丰富的贮存功能，可以同时存贮数十条不同管道的参数，供随时调出使用。
　　4.2.2 固定式超声波流量计
　　固定式超声波流量计用于安装在某一固定位置，对某一特定管道内流体的流量进行长期不间断的计量;固定式超声波流量计要求长期连续运行，所以要使用220V交流电源，固定式超声波流量计，通常都有4～20mA信号输出等功能，供远传显示使用，但其内部只能存贮一条管道的参数。
　　4.2.3 管段式超声波流量计
　　精度最高，可达到±0.5%，而且不受管道材质、衬里的限制，适用于流量测量精度要求高的场合。但随着管径的增大，成本也会随增加，通常情况下，选用中小口径的管段式超声波流量计，较为经济。
　　5 常见故障原因与处理方法(表1)
　　6 超声波流量计安装步骤
　　(1)观察安装现场管道是否满足直管段前10D后5D以及离泵30D的距离(D为管道内直径)。(2)确认管道内流体介质以及是否满管。(3)确认管道材质以及壁厚。(4)前三步骤完成后可确认使用何种传感器安装。(5)传感器选择完毕后，开始向表体入参数以确定安装距离。(6)精确测量出安装距离。
　　外夹可选安装传感器大概距离，然后不断调试活动传感器以达到信号和传输比最好的匹配。
　　插入使用专用工具测量管道上安装点距离，这个距离很重要，它直接影响表的实际测量精度，所以最好进行多次测量以求较高精度。然后，开孔→安装传感器→调试信号→做防水→归整好信号电缆→清理现场线头等废弃物。
　　7 结束语
　　超声波流量计是一种优秀的流量测量仪表，它给测量流量带来的方便性和经济性是别的流量计无法比拟的。因此，应按照超声波流量计使用条件和使用环境的要求正确安装使用，准确设置管道参数，定期对超声波流量计进行检定或校准，这样才能保证超声波流量计的准确测量以及延长它的使用寿命。

本文章来自于：北京中瑞能仪表技术有限公司

上一篇：超声波流量计分哪几款型号，都有什么特点？  下一篇：固定式超声波流量计和便携式超声波流量计的区别