超声波流量计的注意事项以及测量原理

超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。

原理

根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

超声流量计和超声波流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属*流量计，是适于解决流量测量困难问题的一类流量计，特别在大口径流量测量方面有较突出的优点，它是发展迅速的一类流量计之一。

优点

超声波流量计是一种非接触式仪表，它既可以测量大管径的介质流量也可以用于不易接触和观察的介质的测量。它的测量准确度很高，几乎不受被测介质的各种参数的干扰，尤其可以解决其它仪表不能的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。

缺点

现今所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能铝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zui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。

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三部分组成。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。

超声波流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片，沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍，以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电元件，使超声波以合适的角度射入到流体中，需把元件放入声楔中，构成换能器整体(又称探头)。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化，而且要求超声波经声楔后能量损失小即透射系数接近1。常用的声楔材料是有机玻璃，因为它透明，可以观察到声楔中压电元件的组装情况。另外，某些橡胶、塑料及胶木也可作声楔材料。

特点功能

◆*的信号数字化处理技术，使仪表测量信号更稳定、抗*力强、计量更准确。

◆无机械传动部件不容易损坏，免维护，寿命长。

◆电路更优化、集成度高;功耗低、可靠性高。

◆智能化标准信号输出，人机界面友好、多种二次信号输出，供您任意选择。

◆管段式小管径测量经济又方便，测量精度高。

超声波流量计常用压电换能器。它利用压电材料的压电效应，采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振动。超声波以某一角度射入流体中传播，然后由接收换能器接收，并经压电元件变为电能，以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。

注意事项

超声波流量计正确选型才能保证超声波流量计更好的使用。选用什么种类的超声波流量计应根据被测流体介质的物理性质和化学性质来决定，使超声波流量计的通径、流量范围、衬里材料、电极材料和输出电流等都能适应被测流体的性质和流量测量的要求。

1、精密功能检查

精度等级和功能根据测量要求和使用场合选择仪表精 度等级，做到经济合算。比如用于贸易结算、产品交接和能源计量的场合，应该选择精度等级高些，如1.0级、0.5级，或者更高等级; 用于过程控制的场合，根据控制要求选择不 同精度等级;有些仅仅是检测一下过程流量，无需做控制和计量的场合，可以选择精度等级稍低的，如1.5级、2.5级，甚至 4.0级，这时可以选用价格低廉的插入式超声波流量计。

可测量的介质

测量介质流速、仪表量程与口径 测量一般的介质时，超声波流量计的满度 流量可以在测量介质流速0.5-12m/s范围内 选用，范围比较宽。选择仪表规格(口径)不一 定与工艺管道相同，应视测量流量范围是否，在流速范围内确定，即当管道流速偏低，不能满足流量仪表要求时或者在此流速下测量准 确度不能保证时，需要缩小仪表口径，从而提 高管内流速，得到满意测量结果

测量原理

当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下列表达式

其中

θ为声束与液体流动方向的夹角

M 为声束在液体的直线传播次数

D 为管道内径

Tup 为声束在正方向上的传播时间

Tdown为声束在逆方向上的传播时间

ΔT=Tup –Tdown

设静止流体中的声速为c，流体流动的速度为u，传播距离为L，当声波与流体流动方向一致时(即顺流方向)，其传播速度为c+u;反之，传播速度为c-u.在相距为L的两处分别放置两组超声波发生器和接收器(T1,R1)和(T2,R2)。当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器R1和R2所需要的时间为t1和t2,则

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

由于在工业管道中，流体的流速比声速小的多，即c>>u,因此两者的时间差为 ▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，当声波在流体中的传播速度c已知时，只要测出时间差▽t即可求出流速u，进而可求出流量Q。利用这个原理进行流量测量的方法称为时差法。此外还可用相差法、频差法等。

安装介绍

时差式超声波流量计是当今世界上具竞争力的流量测量手段，其测量线精度高于1.0%。由于工业现场特别是管路周围环境的多样性，因此，怎样根据特定的环境安装调试超声波流量计，就成了超声波流量测量领域的一个重要课题，本规程详解了超声波流量计的安装细节;从而进一步完整体现了超声波流量计的精度、可靠性和稳定性的优势，大大降低日后的维护工作甚至免维护。

折叠安装细解

超声波流量计在安装之前应了解现场情况，包括:

1.安装传感器处距主机距离为多少;

2.管道材质、管壁厚度及管径;

3.管道年限;

4.流体类型、是否含有杂质、气泡以及是否满管;

5.流体温度;

6.安装现场是否有干扰源(如变频、强磁场等);

7.主机安放处四季温度;

8.使用的电源电压是否稳定;

9.是否需要远传信号及种类;

根据以上提供的现场情况，厂家可针对现场情况进行配置，必要情况下也可特制机型。

安装方式

超声波流量计一般有两种探头安装方式，即Z法和V法。

但是,当D < 200mm而现场情况为下列条件之一者,也可采用Z法安装:

1、当被测量流体浊度高，用V法测量收不到信号或信号很弱时;

2、当管道内壁有衬里时;

3、当管道使用年限太长且内壁结垢严重时;

对于管道条件较好者，即使D稍大于200mm，为了提高测量精度，也可采用V法安装

常见问题

1、超声波流量计探头使用一段时间，会出现不定期的报警。尤其是输送介质杂质较多时，这种问题会较常见。解决办法:定期清理探头(建议一年清理一次)。

2、超声波流量计输送介质含有水等液体杂质时，流量计引压管容易产生积液，气温较低时会出现引压管冻堵现象，尤其在北方地区冬季较常见。解决办法:对引压管进行吹扫或加电伴热

3、超声波流量计对管道的要求非常严格 不能有异响 否则会影响测量误差很大

超声波在传播过程中，由于受介质和介质中杂质的阻碍或吸收，其强度会产生衰减。不论是超声波流量计还是超声波物位计，对所接受的声波强度都有一定要求，所以都要对各种衰减进行抑制。

4、瞬时流量波动大?

信号强度大,本身测量流体波动大.

解决方法:调整好探头位置,提高信号强度,保证信号强度稳定,如本身流体波动大,则位置不好,重新选点,确保*D后5D的工况要求.

5、外夹式超声波流量计信号低?

这个取决于仪表本身的技术含量,经过现场大量的测试实例证明,像管道时间长,结垢严重,管径大的问题,艾拓利尔AFTU-2W系列较其他外夹式超声波流量计,出信号非常快,而且信号很稳定。.

解决方法:对于管径大、结垢严重、建议选用品质好的外夹式超声波流量计，探头安装处管道要打磨干净,用耦合剂或耦合片排除探头与工件表面之间的空气，使超声波能有效地传入管道内，保证探测面上有足够的声强透射率.

6、测量介质中偶尔有气泡产生,用时差法的超声波流量计是否有影响?

今艾拓利尔AFTU-2W系列外夹式超声波流量计有双模式,当有气泡时,可以自动转入多普勒模式去测量,当气泡消失时,会自动转入时差法测量.

7、仪表在现场强干扰下无法使用?

现场有变频器或高电压电缆场强电磁干扰

建议:远离变频器或高电压电缆场强电磁干扰

8、目前市场上外夹式的超声波流量计管径zui小能测到多少?温度zui高多少?

解答:现在*只有艾拓利尔AFTU-2W系列zui小管径能测到6mm,温度能测到550℃，像测熔盐和导热油这类工况，这是其他品牌流量计无法做到的。

9、怎样选择一款合适的超声波流量计?

解答: 管道材质、管壁厚度及管径;流体类型、是否含有杂质、气泡以及是否满管;流体温度，流量计类型，是便携的还是固定在线的。

超声波流量计采用时差式测量原理:一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一侧管壁后，被另一个探头接收到，同时，第二个探头同样发射信号被*个探头接收到，由于受到介质流速的影响，二者存在时间差Δt，根据推算可以得出流速V和时间差Δt之间的换算关系V=(C2/2L)×Δt，进而可以得到流量值。