一(yī)、超聲波(bo)流量計(jì)
在流動(dong)的流體(ti)中傳播(bō)時就載(zǎi)上流體(ti)流速的(de)信息。因(yīn)此通過(guò)接收到(dao)的超聲(shēng)波就可(ke)以檢測(cè)出流體(tǐ)的流速(sù)，從而換(huan)算成流(liú)量。超聲(shēng)脈沖穿(chuan)過管道(dao)從一個(ge)傳感器(qi)到達另(lìng)一個傳(chuán)感器，就(jiu)像一個(ge)渡船的(de)船夫在(zai)橫渡一(yī)條河。當(dāng)氣體不(bú)流動時(shi)，聲脈沖(chòng)以相同(tong)的🈲速度(du)(聲速，C)在(zài)兩個方(fāng)向上傳(chuán)播。如果(guǒ)管道中(zhong)的氣體(ti)有一定(dìng)流速V(該(gai)流速不(bu)等于零(líng))，則順着(zhe)流動方(fāng)向的聲(shēng)脈沖會(huì)傳輸得(de)快些，而(ér)🏃🏻逆着流(liú)動🥵方向(xiang)的聲脈(mo)沖會傳(chuán)輸得慢(man)些。這樣(yàng)💁，順流傳(chuán)輸時間(jian)tD會短些(xie)，而逆流(liu)傳輸時(shí)間tU會長(zhang)些。這裏(lǐ)所說的(de)長些或(huo)短些都(dōu)是與🧡氣(qì)體不流(liú)動時的(de)傳輸時(shí)間相比(bi)而言；根(gēn)🌈據檢測(ce)的㊙️方式(shì)，可分爲(wèi)傳播速(sù)度差法(fǎ)、多普勒(le)法、波束(shù)偏移法(fa)、噪聲法(fǎ)及相關(guān)法等不(bú)同💔類型(xíng)♉的超聲(shēng)波流量(liang)計。起聲(sheng)波流量(liang)計是近(jin)十幾年(nian)來随着(zhe)集成電(diàn)📞路技術(shù)迅速發(fā)展才開(kai)始應用(yong)的一種(zhǒng)。
根據對(duì)信号檢(jiǎn)測的原(yuán)理，目前(qián)超聲波(bo)流量計(jì)大緻㊙️可(kě)分傳📧播(bō)🔞速度差(cha)法(包括(kuò)：直接時(shi)差法、時(shí)差法、相(xiàng)位差法(fa)、頻差法(fa))波束偏(pian)移法、多(duō)普勒法(fa)、相關法(fa)、空間濾(lǜ)波法及(ji)✍️噪聲法(fa)等類型(xíng)。其中以(yi)噪聲法(fa)原理及(ji)結構簡(jiǎn)單，便于(yu)測量和(he)攜帶，價(jia)格便宜(yi)但準确(què)度較低(dī)，适🐅于在(zai)流量測(cè)量準确(què)度要求(qiú)不高的(de)場合使(shǐ)用。
由于(yu)直接時(shi)差法、時(shí)差法、頻(pin)差法和(he)相位差(cha)法的基(ji)本🐪原理(lǐ)都是通(tōng)過測量(liang)超聲波(bo)脈沖順(shun)流和逆(nì)流傳報(bao)時速度(dù)之差來(lái)反✍️映流(liu)體的流(liú)速的，故(gu)又統稱(chēng)爲傳播(bo)速度差(chà)法。其中(zhong)頻差法(fa)和時差(chà)法克服(fu)了聲速(su)🚶♀️随流體(tǐ)溫✂️度變(bian)化帶來(lái)的誤差(chà)，準确度(dù)較高，所(suo)以被🏒廣(guǎng)泛采用(yòng)。按照換(huàn)能器的(de)配置方(fāng)法不同(tóng)，傳播速(su)度🔴差撥(bo)又分爲(wèi)：Z法(透過(guo)法)、V法(反(fan)射法)、X法(fa)(交叉法(fǎ))等。
波束(shù)偏移法(fa)是利用(yòng)超聲波(bō)束在流(liu)體中的(de)傳播方(fang)💋向随流(liu)體流🔴速(sù)變化而(ér)産生偏(piān)移來反(fan)映流體(tǐ)流速的(de)，低流速(su)💞時，靈敏(mǐn)度很低(dī)适用性(xing)不大.
多(duō)普勒法(fǎ)是利用(yòng)聲學多(duo)普勒原(yuan)理，通過(guo)測量不(bú)均勻流(liu)❌體中散(sàn)射體散(san)射的超(chāo)聲波多(duo)普勒頻(pin)移來确(que)定流㊙️體(tǐ)流量的(de)，适用于(yu)含懸浮(fu)顆粒、氣(qi)泡等流(liu)體流❄️量(liang)測量👉。
相(xiang)關法是(shi)利用相(xiàng)關技術(shù)測量流(liú)量，原理(lǐ)上，此法(fa)的測量(liang)✂️準确度(dù)與流體(tǐ)中的聲(sheng)速無關(guān)，因而與(yu)流體溫(wen)度，濃度(dù)等☔無關(guān)，因而測(cè)量準确(què)度高，适(shì)用範圍(wei)廣。但相(xiàng)關器價(jia)格貴🍓，線(xian)路比較(jiao)複雜。在(zai)微處理(lǐ)機普及(ji)應用後(hou)，這個缺(quē)點可以(yǐ)克服。
噪(zao)聲法(聽(ting)音法)是(shì)利用管(guan)道内流(liú)體流動(dòng)時産生(sheng)的噪聲(sheng)與🌈流體(tǐ)的流速(su)有關的(de)原理，通(tong)過檢測(ce)噪聲表(biǎo)示流速(su)或流量(liang)值。其方(fang)法簡單(dan)，設備價(jia)格便宜(yí)，但準确(què)度低🏃♂️。
以(yǐ)上幾種(zhong)方法各(ge)有特點(dian)，應根據(ju)被測流(liú)體性質(zhì).流速分(fèn)布情況(kuang)、管路安(an)裝地點(dian)以及對(duì)測量準(zhun)确度的(de)要求等(deng)因素進(jin)行選擇(ze)。一🚶♀️般說(shuo)來由于(yú)工業生(sheng)産中工(gōng)質的溫(wēn)度常不(bu)能保持(chí)恒定，故(gù)多采用(yong)頻差法(fǎ)及時差(chà)法。隻有(you)在管徑(jing)很大時(shí)才采用(yong)直接時(shí)差法。對(duì)換能器(qi)安裝方(fāng)法的選(xuǎn)擇原則(ze)一般是(shì)：當流體(ti)沿管🏃🏻♂️軸(zhou)平行流(liú)動時，選(xuǎn)用Z法；當(dāng)流動方(fāng)向與管(guǎn)鈾不平(píng)行或管(guǎn)路安裝(zhuang)地點使(shǐ)換能器(qi)安裝間(jiān)隔受到(dao)限制時(shi)，采用V法(fǎ)或X法。當(dang)流場分(fèn)布不均(jun)勻而表(biao)前直管(guǎn)段又較(jiao)短時，也(ye)可采用(yòng)多聲道(dao)(例如雙(shuang)聲道或(huo)四聲道(dào))來克服(fu)流速擾(rao)動帶來(lai)的流量(liàng)測量誤(wu)差。多普(pǔ)勒法适(shì)于測量(liang)兩相流(liú)，可避免(miǎn)常規儀(yí)表由懸(xuan)浮粒或(huo)氣泡造(zào)成的堵(dǔ)塞、磨損(sun)、附着而(ér)不能🌈運(yun)行的弊(bì)病，因而(er)得以迅(xun)速發💃展(zhan)。随着工(gong)業的發(fā)展及節(jie)能工作(zuò)的開展(zhǎn)，煤油混(hùn)合(COM)、煤水(shui)泥合🔴(CWM)燃(ran)料的輸(shu)送和🤟應(ying)用以及(ji)燃⛱️料👄油(yóu)加水助(zhu)燃等節(jie)能方法(fǎ)的發展(zhǎn)，都爲多(duō)普勒超(chāo)聲🔞波流(liú)量計應(yīng)用開辟(pi)廣闊前(qián)景。
二、構(gòu)成：
超聲(shēng)波流量(liàng)計
由超(chao)聲波換(huàn)能器、電(diàn)子線路(lu)及流量(liàng)顯示和(hé)累積系(xì)統三🐇部(bù)分組⛹🏻♀️成(cheng)。超聲波(bō)流量計(jì)的電子(zǐ)線路包(bāo)括發射(she)、接收、信(xin)号處理(li)和顯示(shì)電路。測(ce)得的瞬(shun)時流量(liang)和累積(jī)流量值(zhí)用數字(zì)量或模(mo)拟🥰量顯(xiǎn)示。超聲(shēng)波發射(shè)換能器(qì)将🏒電能(neng)轉換❗爲(wei)超聲波(bo)能量，并(bing)将其發(fa)射到被(bei)測流體(tǐ)中🌂，接收(shōu)器接收(shou)到的超(chao)聲波信(xin)号，經電(diàn)子🥰線路(lù)放大并(bìng)♻️轉換爲(wei)代表流(liú)量的電(dian)信号供(gong)給顯示(shi)和積算(suàn)儀表進(jin)行顯示(shì)和積算(suàn)。這樣✨就(jiu)實現了(le)流量的(de)檢測和(hé)顯示。超(chāo)聲😍波流(liu)量計常(chang)用壓電(diàn)換能器(qi)。它利用(yòng)壓電材(cai)料的壓(ya)電效應(ying)，采用适(shì)出的發(fā)射電路(lù)把電能(néng)加到發(fa)射換能(néng)器的壓(yā)電元件(jiàn)上，使其(qí)産生超(chāo)聲波振(zhen)勸。超聲(shēng)波以某(mǒu)🌈一角度(dù)射入流(liú)體中傳(chuan)播，然後(hou)由接收(shōu)換能器(qì)接收，并(bing)經🏃♂️壓🐉電(dian)元件變(biàn)爲電能(néng)💞，以便檢(jian)測。發射(shè)換能器(qi)利用壓(yā)電元件(jiàn)的逆壓(ya)電效🌐應(yīng)，而接收(shōu)換能💃器(qi)則是利(li)用壓電(diàn)效應。
三(san)、優點：超(chāo)聲波流(liú)量計非(fei)接觸式(shi)儀表，适(shì)于測量(liàng)不易接(jie)觸和觀(guan)察的流(liú)體以及(ji)大管徑(jìng)流量。它(ta)與水位(wei)計聯動(dong)可進行(hang)敞開水(shui)流的流(liú)量測量(liàng)。使用超(chāo)聲波流(liú)量計，不(bú)用在流(liú)體中安(ān)裝測量(liang)元件，故(gu)不會改(gai)變流體(ti)的流動(dòng)狀态，不(bu)産生附(fù)加⛱️阻力(lì)，儀表的(de)安裝及(jí)🏃♀️檢修均(jun)可不影(yǐng)響生産(chan)管🚩線運(yùn)行因而(ér)是一種(zhong)理想的(de)節能型(xíng)流量計(jì)。多普勒(le)法超🤞聲(shēng)波流量(liang)計可測(cè)雙相介(jiè)質的🧡流(liú)量，故可(ke)用于下(xia)水道及(jí)排污水(shuǐ)等髒污(wū)流的測(ce)量。在發(fā)電廠中(zhōng)，用便攜(xié)式超聲(sheng)波🈲流量(liang)計測量(liang)水輪機(jī)進水量(liàng)、汽輪機(jī)循環水(shuǐ)量等大(dà)管徑流(liu)量，比過(guo)去的皮(pi)脫管♉流(liu)速計方(fang)便得多(duo)。超聲被(bèi)流量汁(zhī)📧也可用(yong)于氣體(ti)測量。管(guan)徑的适(shì)用範圍(wéi)從2cm到5m，從(cong)幾米🔆寬(kuan)的明渠(qu)、暗渠到(dao)500m寬的河(hé)流都可(kě)适用。
四(sì)、缺點：主(zhu)要是可(ke)測流體(ti)的溫度(du)範圍受(shou)超聲波(bō)換能鋁(lǚ)🌈及換能(néng)器與管(guǎn)道之間(jian)的耦合(he)材料耐(nài)溫程度(du)的限制(zhi)，以及高(gao)溫下被(bèi)測🚩流體(ti)傳聲速(su)度的原(yuan)始數據(ju)不全🔅。目(mù)前我📞國(guo)隻能用(yong)于測量(liàng)200℃以下😍的(de)流體。另(ling)外，超聲(shēng)波流👈量(liàng)計的測(cè)量線路(lù)比一般(ban)流量計(jì)複雜。這(zhè)是因爲(wei)，一般🎯工(gong)業計量(liàng)中液體(ti)的流速(sù)常常是(shi)每秒幾(ji)米，而聲(sheng)波在液(yè)體中的(de)傳播速(su)度約爲(wèi)1500m/s左右，被(bei)測流體(tǐ)流速💛(流(liu)量)變化(hua)帶給⚽聲(shēng)速的變(bian)化量zui大(dà)也是10-3數(shù)量級.若(ruò)要求測(ce)量流🎯速(sù)的準确(què)度爲1%，則(ze)對聲速(sù)的測♍量(liàng)準确度(du)需爲10-5～10-6數(shù)量級，因(yin)此必須(xū)有完善(shàn)的測量(liàng)線😘路才(cái)能實現(xian)，這也🔱正(zhèng)是超💔聲(shēng)波流量(liàng)計隻🍉有(yǒu)在集成(chéng)電路技(jì)術迅速(su)發展的(de)前題下(xià)才能得(dé)到實際(jì)應用⛹🏻♀️的(de)原因。
五(wǔ)、超聲波(bō)流量計(jì)安裝步(bu)驟
安裝(zhuang)超流可(ke)按照以(yi)下步驟(zhou)操作：
一(yi)：觀察安(ān)裝現場(chang)管道是(shì)否滿足(zu)直管段(duàn)*D後5D以及(ji)離泵👅30D的(de)距離。(D爲(wèi)管道内(nèi)直徑)
二(er)：确認管(guǎn)道内流(liu)體介質(zhì)以及是(shì)否滿管(guan)。
三：确認(ren)管道材(cái)質以及(ji)壁厚(充(chong)分考慮(lǜ)到管道(dào)内壁結(jie)🙇🏻垢厚度(dù)🌈)
四：确認(ren)管道使(shi)用年限(xiàn)，在使用(yong)10左右的(de)管道，即(jí)使是碳(tàn)鋼材✉️質(zhi)，也采用(yòng)插入式(shi)安裝。
五(wǔ)：前四步(bù)驟完成(cheng)後可确(què)認使用(yòng)何種傳(chuán)感器安(ān)裝
六：開(kai)始向表(biao)體輸入(rù)參數以(yǐ)确定安(an)裝距離(li)。
七：非常(chang)重要：精(jing)确測量(liang)出安裝(zhuang)距離。
(1) 外(wài)夾式可(ke)選安裝(zhuāng)傳感器(qì)大概距(ju)離，然後(hou)不斷調(diao)試活動(dòng)傳感器(qi)以達到(dào)信号和(hé)傳輸比(bǐ)
的匹配(pei)
(2) 插入使(shǐ)用工具(jù)測量管(guǎn)道上安(ān)裝點距(jù)離，這個(ge)距離很(hěn)重🐅要，它(ta)直接影(ying)響表的(de)
實際測(ce)量精度(dù)，所以進(jìn)行多次(ci)測量以(yi)求較高(gāo)精度。
八(ba)：安裝傳(chuán)感器——調(diào)試信号(hào)——做防水(shui)——歸整好(hǎo)信号電(dian)纜——清理(lǐ)☀️現場線(xiàn)頭等廢(fèi)棄物 ——安(ān)裝結束(shù)——驗收簽(qiān)字
六、超(chao)聲波流(liú)量計使(shǐ)用中常(cháng)見問題(tí)：
1、 超聲波(bō)流量計(jì)探頭使(shi)用一段(duàn)時間，會(hui)出現不(bu)定期的(de)🐇報警。尤(you)其是輸(shū)送介質(zhì)雜質較(jiao)多時，這(zhe)種問題(ti)會較常(chang)見。解決(jue)辦法：定(ding)❓期清⭐理(lǐ)探頭(建(jiàn)議一年(nián)清理一(yi)次)。
2、 超聲(shēng)波流量(liàng)計輸送(sòng)介質含(hán)有水等(deng)液體雜(zá)質時，流(liú)量計引(yin)壓管容(rong)易産生(sheng)積液，氣(qi)溫較低(dī)時會出(chu)現引壓(yā)管凍堵(dǔ)現象，尤(you)其在北(běi)🏃♂️方地區(qu)冬季較(jiào)常見。解(jiě)決辦法(fa)：對🐕引壓(yā)管進行(háng)吹掃或(huo)加電伴(bàn)熱⭐
超聲(sheng)波在傳(chuán)播過程(cheng)中，由于(yú)受介質(zhi)和介質(zhi)中雜質(zhì)的阻🧑🏽🤝🧑🏻礙(ai)或吸收(shōu)，其強度(dù)會産生(shēng)衰減。不(bú)論是超(chao)聲波流(liu)量計還(hai)是超聲(shēng)波物位(wei)計，對所(suo)接受的(de)聲波強(qiáng)度都有(you)一定要(yào)求，所以(yi)都要對(dui)各種衰(shuāi)減進行(háng)抑制。
