时差式超声波流量计的应用

近年来时差式超声波流量计的应用技术发展迅速，以安装方便、维护量小、无接触测量等优点广泛应用于供水行业。我厂在大口径给水管道（进水管线管径为DN500）两处选用了FV2018超声波流量计。它克服了插入式电磁流量计应用在大口径管道中存在的仪表故障率高，计量不准确的特点。本文根据现场应用中的经验将这种超声波流量计的特性及应用中可能影响测量准确度的一些问题作一探讨。

 E+H超声波流量计  HEDLAND超声波流量计 动声超声波流量计 横河超声波流量计 测量原理

    时差式超声波流量计应用于测量液体流速对双向声波信号的影响。它的两个换能器（T1、T2）以一定的间距安装在管壁外，交替发射和接受超声波。当声波在静止的流体中传播时，从T1到T2的声波信号传送时间与从T2到T1的传送时间相同；当流体流动时，上游换能器T1向下游换能器T2发射一个信号，同时下游也向上游发射信号，而流体流速作用于声波信号，将加快从上游到下游方向的信号速度，同时减慢从下游到上游方向的信号速度，两个信号之间产生了时间差，由此求得液体的流速，再与圆管的流通截面积相乘，计算出流量。流体速度的基本计算公式为：

    式中：vf-流速；k-标定系数；dt-上下游换能器测量出的时间差；TL-测量出的声波平均穿过流体的时间。
测量原理如图1所示：

   E+H超声波流量计  HEDLAND超声波流量计 动声超声波流量计 横河超声波流量计 优点

    （1）采用智能型计算器、大容量的数据记录仪，有200KB到1MB的数据存储器，可以储流量测量的历史数据，便于判断仪表故
障，方便计量结算。

    （2）由换能器和转换器两部分构成。换能器安装在被测管道的外壁上，无需将管道截断或流体停流。是一种非接触式测量，不阻挠管道内流体的流动，无压力损失、无水质泄漏，安装简单操作方便，量程范围广，适合各种口径的管道。智能度高，仪表维护量小。

    （3）系统设有自诊断功能，可对管道中流体状态进行分析。当测量条件满足工作要求后，能自动恢复原工作状态。

    （4）仪表性能稳定，一般的时差式流量计准确度为1%-2%，可以满足循环水测量的需要。

E+H超声波流量计  HEDLAND超声波流量计 动声超声波流量计 横河超声波流量计 影响流量计测量准确度的因素

    （1）上下游直管段对测量准确度的影响。标定系数K是雷诺数的函数，流体从层流过渡到紊流，流速分布不均匀，标定系数k将产生较大的变化，引起测量准确度下降。根据使用要求，换能器应安装在上游直管段为10D，下游直管段为5D的位置，对于上游存在泵、阀等设备时直管段的长度，要求“距离紊流、震动、热源、噪音源和射线源越远越好”。我水厂在使用该种流量计时，有一台流量计因为换能器上游有泵存在，而且换能器安装位置上游直管段不足10D，造成测量数据的波动大，一直不稳定。如果换能器安装位置的上游有泵、阀等设备，要求直管段为30D以上。因此，直管段长度是保证测量准确度的主要因素。

 （2）管道参数设置对测量准确度的影响。管道参数设置准确与否，与测量准确度关系密切。如果管道材质及尺寸的设置与实际不相符，将使理论管道流通截面积与实际流通截面积产生误差，导致zui终结果不准确。另外，换能器之间的发射间距是根据流体（声速、动力黏度）、管道（材质和尺寸）、换能器的安装方式（V法或Z法）等各种参数综合运算的结果，换能器的安装距离产生偏差，也会引起大的测量误差。其中管道内径的设置和安装距离对测量准确度影响比较突出。据有关资料介绍，若管道内径误差±1%，则引起约±3%的流量误差；若安装距离误差±1mm将产生±1%以内的流量误差。图2为不同管道内径误差±1mm对测量准确度的影响。可见，只有正确设置管道参数，换能器才能安装准确，减少管道参数设置对测量准确度的影响。

    E+H超声波流量计  HEDLAND超声波流量计 动声超声波流量计 横河超声波流量计     （3）换能器安装位置对测量准确度的影响。换能器的安装有反射式（V型）和直射式（Z型）两种方式（如图3所示）。利用Z法安装声速行程短，可增强信号强度。我厂用于测量进水的两台流量计先后采用了两种方式进行安装，Z法测量效果明显优于V法。

    （4）耦合剂对测量准确度的影响。为保证和管道充分接触，安装换能器时需要往管道表面均匀的涂一层耦合剂，一般厚度为（2mm-3mm）。将耦合剂内的气泡和颗粒挤出去，使换能器的发射面紧密贴在管壁上。测量循环水的流量计多安装在水井中，环境潮湿，有时会被水淹，如果选用一般的耦合剂，在短时间内便会失效，影响测量准确度。因此，必须选用特制的防水耦合剂，耦合剂应在有效期内使用，一般为18个月。为保证测量准确度，每18个月应该重新安装换能器，并更换耦合剂。

    上述表明，时差试超声波流量计应用于大口径管道循环水量的测量具有明显的*性。只有在使用前了解了仪表的性能标准及安装要求，选择良好的安装位置和满足安装条件的管道，正确安装、使用和维护，才能获得满意的应用效果。

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