時差式超聲波流量計的應用

近年來時差式超聲波流量計的應用技術發展迅速，以安裝方便、維護量小、無接觸測量等優點廣泛應用于供水行業。我廠在大口徑給水管道（進水管線管徑為DN500）兩處選用了FV2018超聲波流量計。它克服了插入式電磁流量計應用在大口徑管道中存在的儀表故障率高，計量不準確的特點。本文根據現場應用中的經驗將這種超聲波流量計的特性及應用中可能影響測量準確度的一些問題作一探討。

  時差式超聲波流量計測量原理：

    時差式超聲波流量計應用于測量液體流速對雙向聲波信號的影響。它的兩個換能器（T1、T2）以一定的間距安裝在管壁外，交替發射和接受超聲波。當聲波在靜止的流體中傳播時，從T1到T2的聲波信號傳送時間與從T2到T1的傳送時間相同；當流體流動時，上游換能器T1向下游換能器T2發射一個信號，同時下游也向上游發射信號，而流體流速作用于聲波信號，將加快從上游到下游方向的信號速度，同時減慢從下游到上游方向的信號速度，兩個信號之間產生了時間差，由此求得液體的流速，再與圓管的流通截面積相乘，計算出流量。流體速度的基本計算公式為：

    式中：vf-流速；k-標定系數；dt-上下游換能器測量出的時間差；TL-測量出的聲波平均穿過流體的時間。
測量原理如圖1所示：

 時差式超聲波流量計優點：

    （1）采用智能型計算器、大容量的數據記錄儀，有200KB到1MB的數據存儲器，可以儲流量測量的歷史數據，便于判斷儀表故
障，方便計量結算。

    （2）由換能器和轉換器兩部分構成。換能器安裝在被測管道的外壁上，無需將管道截斷或流體停流。是一種非接觸式測量，不阻撓管道內流體的流動，無壓力損失、無水質泄漏，安裝簡單操作方便，量程范圍廣，適合各種口徑的管道。智能度高，儀表維護量小。

    （3）系統設有自診斷功能，可對管道中流體狀態進行分析。當測量條件滿足工作要求后，能自動恢復原工作狀態。

    （4）儀表性能穩定，一般的時差式流量計準確度為1%-2%，可以滿足循環水測量的需要。

 影響流量計測量準確度的因素

    （1）上下游直管段對測量準確度的影響。標定系數K是雷諾數的函數，流體從層流過渡到紊流，流速分布不均勻，標定系數k將產生較大的變化，引起測量準確度下降。根據使用要求，換能器應安裝在上游直管段為10D，下游直管段為5D的位置，對于上游存在泵、閥等設備時直管段的長度，要求“距離紊流、震動、熱源、噪音源和射線源越遠越好”。我水廠在使用該種流量計時，有一臺流量計因為換能器上游有泵存在，而且換能器安裝位置上游直管段不足10D，造成測量數據的波動大，一直不穩定。如果換能器安裝位置的上游有泵、閥等設備，要求直管段為30D以上。因此，直管段長度是保證測量準確度的主要因素。

    （2）管道參數設置對測量準確度的影響。管道參數設置準確與否，與測量準確度關系密切。如果管道材質及尺寸的設置與實際不相符，將使理論管道流通截面積與實際流通截面積產生誤差，導致zui終結果不準確。另外，換能器之間的發射間距是根據流體（聲速、動力黏度）、管道（材質和尺寸）、換能器的安裝方式（V法或Z法）等各種參數綜合運算的結果，換能器的安裝距離產生偏差，也會引起大的測量誤差。其中管道內徑的設置和安裝距離對測量準確度影響比較突出。據有關資料介紹，若管道內徑誤差±1%，則引起約±3%的流量誤差；若安裝距離誤差±1mm將產生±1%以內的流量誤差。圖2為不同管道內徑誤差±1mm對測量準確度的影響。可見，只有正確設置管道參數，換能器才能安裝準確，減少管道參數設置對測量準確度的影響。

    （3）換能器安裝位置對測量準確度的影響。換能器的安裝有反射式（V型）和直射式（Z型）兩種方式（如圖3所示）。利用Z法安裝聲速行程短，可增強信號強度。我廠用于測量進水的兩臺流量計先后采用了兩種方式進行安裝，Z法測量效果明顯優于V法。

    （4）耦合劑對測量準確度的影響。為保證和管道充分接觸，安裝換能器時需要往管道表面均勻的涂一層耦合劑，一般厚度為（2mm-3mm）。將耦合劑內的氣泡和顆粒擠出去，使換能器的發射面緊密貼在管壁上。測量循環水的流量計多安裝在水井中，環境潮濕，有時會被水淹，如果選用一般的耦合劑，在短時間內便會失效，影響測量準確度。因此，必須選用特制的防水耦合劑，耦合劑應在有效期內使用，一般為18個月。為保證測量準確度，每18個月應該重新安裝換能器，并更換耦合劑。

    上述表明，時差試超聲波流量計應用于大口徑管道循環水量的測量具有明顯的*性。只有在使用前了解了儀表的性能標準及安裝要求，選擇良好的安裝位置和滿足安裝條件的管道，正確安裝、使用和維護，才能獲得滿意的應用效果。