超声波流量计具有不扰乱流场、无可动部件、无压力损失、测量精度高、性能稳定可靠、测量范围宽等特点，并且携带方便，安装简单，不影响管路系统及设备的正常运行，因此广泛地应用于液体和气体的计量。

    大型汽轮发电机组循环冷却水的正常流通，是保证汽轮发电机组安全、经济运行的前提条件。循环水系统管道直径大，水流速度较低（约2m/s），采用传统的孔板流量计进行流量测量尚有诸多问题，而且测量准确性较低，增加了循环水泵的电耗。如今，许多大型火电厂已经开始采用超声波流量计进行凝汽器循环冷却水的测量，本文拟对目前应用较多的时差法超声波流量计进行分析及对其在火电厂中的应用进行初步探讨。

     超声波流量计的工作原理

    对角传播时差法测量流体流量的原理如图1所示。超声波传感器A、B成对地安装在管道的两侧，交替地发射和接受超声波信号。若传感器B沿顺流方向发射超声波，超声信号从B顺流传播到A所需时间设为t₁；再从传感器A沿逆流方向发射超声波，超声波传播到B所需时间设为t₂，则有：

      （1）

因此有：  （2）

式中：L—声波传播路径的长度；
　　c—声波在静止液体中的传播速度；
    μ—流体沿管道轴向的速度；
    μ_p—流体在声道方向的速度分量；
    θ—声波传播方向与管轴线之间的夹角。

图1 对角传播时差法流量计

    由公式（2）可知，只要测出t₁、t₂就可计算出μ，然后计算出管道截面上的平均流速，从而求得流体的瞬时流量和累积流量。由公式（2）还可以看出超声波正反向传送的时间t₁、t₂的测量精度直接影响着流速μ的测量精度和测量范围。

  时差法超声波流量计的特点

    （1）超声波流量计的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、密度、电导率等参数的影响，可制成非接触及便携式测量仪表。

    （2）超声波流量计可适应多种管径测量和多种流量范围测量，同其它原理的流量计相比，超声波流量计一般量程比可达300：1，不产生压损，全线性测量范围以及低维护量的特点。

    （3）超声波流量计由内置电池操作，适合在无外接电源条件的场合使用。

    （4）超声波流量计对管道材质要求较低，管道材料可以是金属、塑料、玻璃等材质制成的。

   注意事项

    参数的准确测量

    根据超声波的测量原理可以看出，管道的外径和壁厚的测量值都与流速有关，所以测量时应保证外径和壁厚准确。测量外径应选择游标卡尺，测量壁厚时应多选择几个测量点，然后取其平均值作为壁厚参数输入。

 探头的正确安装

    （1）探头的安装位置应满足直管段的要求，*D，后5D。

    （2）确定探头正确的安装方式。超声波流量计应用zui多的二种探头安装方式，即z法和V法。z法一般用于大口径的管道测量，这种方法的优点是信号损失小，缺点是声程短不适用于小口径管道测量；V法一般适用于小口径管道测量，优点是声程较长，可得较佳时间分辨能力。在水平管道上传感器装在管道截面积“9点或3点钟”的位置，这样可避免其他安装方式位置时气泡集于顶部、颗粒沉于底部流动给测量带来的影响。

    （3）探头安装处管线表面应光滑，并涂有适量的超声波耦合剂，保证探头和管壁之间没有缝隙。耦合剂太少或太稀都会造成测量的数据不准确。

    （4）探头应捆绑牢固使其与管道外壁紧紧接触并保证其不会移动，否则会造成声波的衰减导致数据的不准确。

  定期去除测量管段内壁的结垢。

    由于污水计量中管道内壁长时间形成的污垢很容易影响超声波测量的准确性，所以对于安装了不锈钢测量管段的用户，可以定期拆卸不锈钢测量管段进行清洗，这样可以保证用超声波流量计测量管道流量时的准确，zui大限度地降低由于管道内壁结垢等原因所带来的影响。

  超声波流量计常见的故障原因及排除故障的方法如表1所示。

    工业生产中进行流量测量时，在正确掌握超声流量计测量原理及使用方法的基础上，只要根据现场条件，正确选择安装地点和安装方式，精心调整，就能准确、快速地得到测量结果。如某电厂在对一循环水母管水量进行测量时，原测点选在循环泵房内的循环水母管上，依据管道规格（1800mm×8mm钢管），仪器推荐探头使用Z安装方式。仪器安装后，不能通过自检，反复调整探头安装方式和探头间隔，仍不成功。考虑到循环泵房内，探头安装位置距大功率电机较近，电磁强度较大，可能对测量产生影响，将测量点移到室外的较长平直管段上。由于直管段长，水流比较稳定，探头选用了V安装方式，探头间隔为A11，仪器自检一次通过，信号强度达到50.16％，流量测量顺利，其数据如表2所示。

    火力发电厂循环冷却水流量的测量，是电厂节能降耗工作中的一大难题。时差法超声波流量计具有惯性小、频带宽、测量范围广等特点，而且对介质无特殊要求，可较好地解决这一问题。超声流量计属非接触测量，不破坏初始的流动状态，不引入误差，无压损，是现代科学技术在工业中的具体运用。与常规仪表相比，它的智能化更高，应用的技术更先进，给用户带来了更大的方便。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得到满意的结果。