超声波流量计的应用与故障处理 

超计发表评论（0）作者：**燕超声波流量计的应用与故障处理[43]超声波流量计的应用与故障处理摘要：本文介绍了超声波流量计的原理、有效应用及其故障处理。具有一定的知识传播与信息沟通价值。关键词：超声波流量计传感（）故障处理一、超声波流量计的检测原理超声波流量计是一种非接触式流量计。工作原理是：超声波在流体中传播时其传播速率要遭到流体流速的影响，通过检测超声波在流体中传播速率可以出流体的流速而换算出流量来。以使用最广泛的时差法超声波流量计为例，当超声波在流体中传播时顺水方向超声波的传播速率会减小、逆流方向则减少，即同一传播距离就有不同的传播时间，再借助传播速率之差与被测流体流速之关系求取流速而换算出流量。即当超声多径在管线内水介质流动方向上的“上游传感”与“下流传感”之间传播时，水的流动会使超声杂波的传播时间相对于静态传播形成一个微小变化，但是这个传播时间的变化与水的流速成反比，这就是时差式超声波流量计的检测原理。其关系的理论表达式如下式：V=MD/sin2θT/TupTdown式中，M—为超声杂波在水底的直线传播次数—为超声杂波与水流动方向的倾角Tup—为超声杂波在正方向上的传播时间（由上游传感到下游传感间的传播时间）Tdown—为超声杂波在逆方向上的传播时间（由下游传感到上游传感间的传播时间）Tup—Tdown二、超声波流量计的特征超声波流量计基于微处理技术，大多采用集成电路及低电流宽脉冲发射技术而设计的。

在检测技术上，为取得更高的帧率和更大的检测范围，多使用0.1ns超高帧率时间检测线路。它专门用于液体介质检测非常是水的检测。其明显特征是：精度等级为1.0%，可在不停产状态下带压安装，主机既可安装于值控室还可输出电压、脉冲等标准讯号并可借助RS232或RS485插口通信进行计量数据远程传送。该流量计具有高可靠性、低帧率、抗干扰、安装维护便捷等优三、超声波流量计的基本构造与主要安装方法1、超声波流量计的构造超声波流量计通常可分现场传感（即探头），传输线缆，显示主机三大部份。其传感有外夹式、插入式、法蓝式（即管段式），显示主机分固定式、便携式，而便携式主机可配备外夹式传感对固定在线运行的超声波流量计进行比对（现场校正）且安装非常简便。2、超声波流量计检测点的确定超声波流量计需先选定一个适合的检测点，之后把检测点的水管参数输入流量计中，最后将传感（即探头）安装在水管上。检测点的通常要求超声波流量计的检测点要求需在一定厚度的直管段上，即选择水流分布均匀的管段，以降低检测偏差。检测点的选定原则检测点宜选择距上游（水流来方向）10游（水流去方向）5倍内径厚度的均匀直管段（即上、下游球阀在该厚度以外，或水管的拐点在该宽度之外）。

该直管段的材质要均匀无疤、裂痕以利于超声波传输。该直管段的内壁应无污渍（若略有污垢有条件时可用蒸气或高压水吹扫）。该直管段要饱含水（无论垂直或水平管段）。2、超声波流量计传感的分类及主要安装方法超声波流量计传感的安装质量直接关乎水流量检测的确切性、可效度和运行可靠性。超声波流量计传感（探头）的分类常用的超声波流量计传感按安装方法有如下三种外夹式传感—安装时需将管外壁的拟安装位置打磨光滑后用耦合剂将传感（探头）贴于管外壁再用专用夹紧装置固定。该方法能便捷地在管外进行水流量检测，也适宜便携式。缺点是易因耦合剂的处置不当导致讯号接收状态病变而影响检测的稳定性。插入式传感—安装时用钻孔工具在不停产状态下将传感（探头）插入管道中。优点是能在水管内壁水垢或水底带气情况下实现稳定可靠的检测。管段式传感—安装时须要切开选取的直管段，采用法蓝连接。产品早已过专门出厂标定，用处是传感可以不停产进行修理，特征是检测确切度高。超声波流量计传感（探头）的安装超声波流量计传感（探头）的安装位置通常选择两个传感（探头）管轴在输水管线的管轴水平方向上或与管轴水平面成45倾角。超声波流量计传感（探头）的安装方式有Z、V、N、W形式。

其中N、W方法适用于内径为50mm以下的输水管线，因使用难度和性价比较高而甚少应用。常用方法有两种：a、“V”方式安装“V”式安装是标准的安装方式，可测内径范围为25mm—400mm。安装传感（探头）时须注意上下游两传感（探头）水平对齐，使其中心连线与输水管线轴线水平一致。（示意图见说明b、“Z”方式安装“Z”式安装通常适用于输水管线粗或水介质不很洁净或管线内壁有污渍而使“V”式安装讯号失真状况。通常说来，300mm以上内径的输水管线选用“Z”式安装较适合，“Z”式安装的可测内径范围一般在100mm—600mm。安装传感（探头）时须注意上下游两传感（探头）与输水管线轴线在同一平面内，且上游传感（探头）在高位、上游传感（探头）在低位。（示意图见说明书）超声波流量计传感探头的安装检测a、主要检测传感（即探头）的安装位置是否适合。b、与水管外壁的结合是否光滑紧密。通过主机检测讯号硬度和讯号质量，观察传感是否还能接收到使主机正常工作的超声波讯号。3、超声波流量计的调试按流量计要求输入管线参数，并记录。对上下游传感（即探头）的安装位置、间距、管道接合度进行调整，将上下游两个方向上接收的讯号硬度调整至最强（讯号硬度越大则检测值越稳定、可效度越大，越能长时可靠运行）。

四、超声波流量计计量数据的远传与共享技术人员一般通过PC机或其他通讯设备实现超声波流量计的通讯，用适当的串行口线缆将超声波流量计的标准串行口与上位机并口连接上去，用软件在上位机上发出预先设置的命令，就可使流量计发出相关的应答讯号。技术人员使用超声波流量计的标示码作为网路地址码，使用相应命令集作为通讯合同，使用流量计的电压环及其OCT输出来控制步进式（或模拟式）电磁阀的开度，熔断器输出可控制其他设备的上下电，既可实现数据采集又可实现远程控制（数据的传送硬件在较近距离时使用RS232或RS485插口通信，在较长距离时采用电压环或无线传输），通过以太网将流量计数据传入企业网实现公司内相关二级单位的数据共享。并实现了水计量的实时监控状态。五、超声波流量计使用中的常见故障与处理1、故障现象：瞬时流量计波动大。故障缘由：讯号硬度波动大；本身检测流体波动大。处理对策：调整好探头位置，增强讯号硬度（保持在3%以上）保证讯号硬度稳定，如本身流体波动大，则位置不好，重新选点，确保前10D后5D的工况要求。2、故障现象：外夹式流量计讯号低。故障缘由：内径过大或管线烧损严重或安装方法不对。处理对策：对内径过大、结垢严重者采用插入式探头；重新选择安装方法。

3、故障现象：插入式探头使用一段时间后讯号增加。故障缘由：可能探头发生偏斜或探头表面污垢厚。处理对策：重新调整探头位置，清冼探头发射面。4、故障现象：开机无显示。故障缘由：电源属性与仪表额定值不对应或保险丝烧断。处理对策：检测电源属性是否与仪表的额定值相对应，保险丝是否烧断。如以上问题无则通知厂家专业人员处理。5、故障现象：开机后仪表仅有背光而无任何字符显示。故障缘由：通常为程序芯片失。处理对策：通知厂家专业人员处理。6、故障现象：仪表在现场强干扰下难以使用。故障缘由：供电电源波动范围较大或周围有变频器或强磁场干扰或接地线不正确。处理对策：给仪表提供稳定的供电电源；或将仪表安装远离变频器和强磁场干扰；或规范设置接地线。２．性能要求和仪表规范方向的考虑2.1概论检测方式确定后选择仪表在性能要求上考虑的内容有：瞬时流量还是总数（累计流量）、精确度、重复性、线性度、流量范围和范围度、压力损失、输出讯号特点和响应时间等。不同检测对象有各自测量目的，在仪表性能方面有其不同优缺。诸如工贸核算和贮运对精确度要求较高；连续检测过程控制一般只要求良好的可靠性和重复性，有时还要求宽的范围度，而对检测精确度要求还置于次要地位；批量配比生产则希望有好的精确度。

2.2检测流量还是总数使用对象检测的目的有两类，即检测流量和计量总数。管线连续配比生产或过程控制使用场所主要检测瞬时流量；灌装容器批量生产以及工贸核算、储运分配等使用场所大部分只要取得总数或辅以流量。两种不同功能要求,再选择检测方式上就有不同优缺有些仪表如体积式流量计、涡轮流量计等，检测原理上就以机械技术或脉冲频度输出，直接得到总数，因而具有较高精确度，适用于计量总数。电磁流量计、超声流量计、节流式流量计等仪表原理上是以检测流体流速推导入流量，响应快，适用于过程控制，但装有积算功能环节后也可获得总额。涡街流量计具有上者优点，但其抗震、抗干扰性能差，不适用于过程控制而适用于计量总数。2.3精确度整体的检测精确度要求多少？在某一特定流量下使用，还是在某一流量范围内使用？在哪些检测范围内保持上述精确度？所选仪表的精确度能保持多久？是否适于重新校准？是否要（或能）现场在线核实仪表精确度？这种问题必须细致地考虑。如不是单纯计量总量，而是应用在流量控制系统中，则测量仪表精确度的确定要在整个系统控制精确度要求下进行，由于整个系统除了有流量测量的偏差，还包含有讯号传输、控制调节、操作执行等环节的偏差和各类影响因素，如操作执行环节常常有２％左右的回差，对检测仪表确定偏低的精确度（例如说0.5级）是不合理和不经济的。

就流量仪表本身而言，测量器件（或传感）和转换／显示仪表之间只精确度亦应适当确定，如未经实流标定均速管、楔形管、弯管等比压装置偏差在1％－5％之间，选用高精度液位计与之般配也就没有意义了。流量仪表规范所定的精确度等级是在某一较宽流量范围内适用，假如使用条件在某一特定流量或很窄小的流量范围，比如用涡轮流量计计量油品瓶装分发，只有在球阀全开情况下启用，流量基本恒定，或仅在很小范围内变化，此时使用的检测精确度可比规定值高。如能在此检测点专门标定，可提升精确度，例如说从0.5级提升到0.25级或更高。用于工贸核算、储运和物料平衡要求较高精确度时，还应考虑精确度的持久性，是否适于重新校准等关键诱因，以及是否有在线校准的可能性。在比较各制造厂的仪表性能规范时，要注意偏差的百分比是指引用偏差(检测上限或阻值的百分比，常用％F.S表示)，还是相对偏差（检测值的百分比超声波流量计，常用％R表示）。一般样本或使用说明书只示偏差％，而未标明％Ｆ.S或％R，常常是指％F.S，由于过去流量仪表瞬时流量的偏差％F.S为多，这是不够严谨的。假如能做到％R超声波流量计，为表示其性能优越，必将标明。还要注意制造厂产品说明书所定精确度是指基本偏差，在现场使用环境、动力、流体条件变化将形成附加偏差。现场使用精确度应为基本偏差与影响量形成的附加偏差所合成，如影响量大，附加偏差可能远远超过基本偏差。