超聲波流量計(jì)的應(yīng)用與故障處理

一、超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理

　　超聲波流量計(jì)是一種非接觸式流量計(jì)。工作原理是：超聲波在流體中傳播時(shí)其傳播速度要受到流體流速的影響，通過測(cè)量超聲波在流體中傳播速度可以檢測(cè)出流體的流速而換算出流量來。以使用最廣泛的時(shí)差法超聲波流量計(jì)為例，當(dāng)超聲波在流體中傳播時(shí)順流方向超聲波的傳播速度會(huì)增大、逆流方向則減小，即同一傳播距離就有不同的傳播時(shí)間，再利用傳播速度之差與被測(cè)流體流速之關(guān)系求取流速而換算出流量。即當(dāng)超聲波束在管道內(nèi)水介質(zhì)流動(dòng)方向上的“上游傳感器”與“下流傳感器”之間傳播時(shí)，水的流動(dòng)會(huì)使超聲波束的傳播時(shí)間相對(duì)于靜態(tài)傳播產(chǎn)生一個(gè)微小變化，并且這個(gè)傳播時(shí)間的變化與水的流速成正比，這就是時(shí)差式超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理。其關(guān)系的理論表達(dá)式如下式：

　　V=MD/sin2θ×△T/TupTdown

　　式中，M—為超聲波束在水中的直線傳播次數(shù)

　　θ—為超聲波束與水流動(dòng)方向的夾角

　　Tup—為超聲波束在正方向上的傳播時(shí)間(由上游傳感器到下游傳感器間的傳播時(shí)間)

　　Tdown—為超聲波束在逆方向上的傳播時(shí)間(由下游傳感器到上游傳感器間的傳播時(shí)間)

　　△T= Tup—Tdown

　　二、超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)

　　超聲波流量計(jì)基于微處理技術(shù)，大多采用集成電路及低電壓寬脈沖發(fā)射技術(shù)而設(shè)計(jì)的。在測(cè)量技術(shù)上，為取得更高的分辨率和更大的測(cè)量范圍，多使用0.1ns超高分辨率時(shí)間測(cè)量線路。它專門用于液體介質(zhì)測(cè)量特別是水的測(cè)量。其顯著特點(diǎn)是：精度等級(jí)為±1.0%，可在不停產(chǎn)狀態(tài)下帶壓安裝，主機(jī)既可安裝于值控室還可輸出電流、脈沖等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)并可利用RS232或RS485接口通訊進(jìn)行計(jì)量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送。該流量計(jì)具有高可靠性、低功耗、抗干擾、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

　　三、超聲波流量計(jì)的基本構(gòu)造與主要安裝方式

　　1、超聲波流量計(jì)的構(gòu)造

　　超聲波流量計(jì)一般可分現(xiàn)場(chǎng)傳感器(即探頭)，傳輸電纜，顯示主機(jī)三大部分。其傳感器有外夾式、插入式、法藍(lán)式(即管段式)，顯示主機(jī)分固定式、便攜式，而便攜式主機(jī)可配備外夾式傳感器對(duì)固定在線運(yùn)行的超聲波流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)(現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn))且安裝十分簡(jiǎn)便。

　　2、超聲波流量計(jì)測(cè)量點(diǎn)的確定

　　超聲波流量計(jì)需先選取一個(gè)適宜的測(cè)量點(diǎn)，然后把測(cè)量點(diǎn)的水管參數(shù)輸入流量計(jì)中，最后將傳感器(即探頭)安裝在水管上。

　?、艤y(cè)量點(diǎn)的一般要求

　　超聲波流量計(jì)的測(cè)量點(diǎn)要求需在一定長(zhǎng)度的直管段上，即選擇水流分布均勻的管段，以減少測(cè)量誤差。

　?、茰y(cè)量點(diǎn)的選取原則

　　⑴測(cè)量點(diǎn)宜選擇距上游(水流來方向)10倍管徑長(zhǎng)度、距下游(水流去方向)5倍管徑長(zhǎng)度的均勻直管段(即上、下游閥門在該長(zhǎng)度以外，或水管的拐點(diǎn)在該長(zhǎng)度之外)。

　?、圃撝惫芏蔚牟馁|(zhì)要均勻無疤、裂痕以利于超聲波傳輸。

　?、窃撝惫芏蔚膬?nèi)壁應(yīng)無水垢(若略有水垢有條件時(shí)可用蒸汽或高壓水吹掃)。

　　⑷該直管段要充滿水(無論垂直或水平管段)。

　　3、超聲波流量計(jì)傳感器的分類及主要安裝方式

　　超聲波流量計(jì)傳感器的安裝質(zhì)量直接關(guān)乎水流量測(cè)量的準(zhǔn)確性、可信度和運(yùn)行可靠性。

　　⑴超聲波流量計(jì)傳感器(探頭)的分類

　　常用的超聲波流量計(jì)傳感器按安裝方式有如下三種：

　　外夾式傳感器—安裝時(shí)需將管外壁的擬安裝位置打磨光滑后用耦合劑將傳感器(探頭)貼于管外壁再用專用夾緊裝置固定。該方式能方便地在管外進(jìn)行水流量測(cè)量，也適合便攜式。缺點(diǎn)是易因耦合劑的處置不當(dāng)引起信號(hào)接收狀態(tài)惡變而影響測(cè)量的穩(wěn)定性。

　　插入式傳感器—安裝時(shí)用鉆孔工具在不停產(chǎn)狀態(tài)下將傳感器(探頭)插入管路中。優(yōu)點(diǎn)是能在水管內(nèi)壁結(jié)垢或水中帶氣情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的測(cè)量。

　　管段式傳感器—安裝時(shí)需要切開選定的直管段，采用法藍(lán)聯(lián)接。產(chǎn)品已經(jīng)過專門出廠標(biāo)定，好處是傳感器可以不停產(chǎn)進(jìn)行維修，特點(diǎn)是測(cè)量準(zhǔn)確度高。

　?、瞥暡髁坑?jì)傳感器(探頭)的安裝

　　超聲波流量計(jì)傳感器(探頭)的安裝位置一般選擇兩個(gè)傳感器(探頭)管軸在輸水管道的管軸水平方向上或與管軸水平面成45度夾角。

　　超聲波流量計(jì)傳感器(探頭)的安裝方式有Z、V、N、W方式。其中N、W方式適用于管徑為50mm以下的輸水管道，因使用難度和性價(jià)比較高而很少應(yīng)用。常用方式有兩種：

　　a、“V”方式安裝

　　“V”式安裝是標(biāo)準(zhǔn)的安裝方法，可測(cè)管徑范圍為25mm—400mm。安裝傳感器(探頭)時(shí)須注意上下游兩傳感器(探頭)水平對(duì)齊，使其中心連線與輸水管道軸線水平一致。

　　b、“Z”方式安裝

　　“Z”式安裝一般適用于輸水管道粗或水介質(zhì)不很潔凈或管道內(nèi)壁有水垢而使“V”式安裝信號(hào)失真狀況。一般說來，300mm以上管徑的輸水管道選用“Z”式安裝較適宜，“Z”式安裝的可測(cè)管徑范圍通常在100mm—600mm。安裝傳感器(探頭)時(shí)須注意上下游兩傳感器(探頭)與輸水管道軸線在同一平面內(nèi)，且上游傳感器(探頭)在低位、上游傳感器(探頭)在高位。(示意圖見說明書)

　　⑶超聲波流量計(jì)傳感器探頭的安裝檢查

　　a、主要檢查傳感器(即探頭)的安裝位置是否適宜。

　　b、與水管外壁的結(jié)合是否光滑緊密。

　　c、通過主機(jī)檢查信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量，觀察傳感器是否能夠接收到使主機(jī)正常工作的超聲波信號(hào)。

　　4、超聲波流量計(jì)的調(diào)試

　?、虐戳髁坑?jì)要求輸入管道參數(shù)，并記錄。

　　⑵對(duì)上下游傳感器(即探頭)的安裝位置、間距、管道接合度進(jìn)行調(diào)整，將上下游兩個(gè)方向上接收的信號(hào)強(qiáng)度調(diào)整至最強(qiáng)(信號(hào)強(qiáng)度越大則測(cè)量值越穩(wěn)定、可信度越大，越能長(zhǎng)時(shí)可靠運(yùn)行)。

　　四、超聲波流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳與共享

　　技術(shù)人員通常通過PC機(jī)或其他通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)超聲波流量計(jì)的通信，用適當(dāng)?shù)拇锌陔娎|將超聲波流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)串行口與上位機(jī)串口聯(lián)接起來，用軟件在上位機(jī)上發(fā)出預(yù)先設(shè)置的命令，就可使流量計(jì)發(fā)出相關(guān)的應(yīng)答信號(hào)。

　　技術(shù)人員使用超聲波流量計(jì)的標(biāo)識(shí)碼作為網(wǎng)絡(luò)地址碼，使用相應(yīng)命令集作為通信協(xié)議，使用流量計(jì)的電流環(huán)及其OCT輸出來控制步進(jìn)式(或模擬式)電磁閥的開度，繼電器輸出可控制其他設(shè)備的上下電，既可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集又可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制(數(shù)據(jù)的傳送硬件在較近距離時(shí)使用RS232或RS485接口通訊，在較長(zhǎng)距離時(shí)采用電流環(huán)或無線傳輸)，通過以太網(wǎng)將流量計(jì)數(shù)據(jù)傳入企業(yè)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)公司內(nèi)相關(guān)二級(jí)單位的數(shù)據(jù)共享。并實(shí)現(xiàn)了水計(jì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)。

　　五、超聲波流量計(jì)使用中的常見故障與處理

　　1、故障現(xiàn)象：瞬時(shí)流量計(jì)波動(dòng)大。

　?、殴收显颍盒盘?hào)強(qiáng)度波動(dòng)大；本身測(cè)量流體波動(dòng)大。

　?、铺幚韺?duì)策：調(diào)整好探頭位置，提高信號(hào)強(qiáng)度(保持在3%以上)保證信號(hào)強(qiáng)度穩(wěn)定，如本身流體波動(dòng)大，則位置不好，重新選點(diǎn)，確保前10D后5D的工況要求。

　　2、故障現(xiàn)象：外夾式流量計(jì)信號(hào)低。

　?、殴收显颍汗軓竭^大或管道結(jié)垢嚴(yán)重或安裝方式不對(duì)。

　?、铺幚韺?duì)策：對(duì)管徑過大、結(jié)垢嚴(yán)重者采用插入式探頭；重新選擇安裝方式。

　　3、故障現(xiàn)象：插入式探頭使用一段時(shí)間后信號(hào)降低。

　?、殴收显颍嚎赡芴筋^發(fā)生偏移或探頭表面水垢厚。

　?、铺幚韺?duì)策：重新調(diào)整探頭位置，清冼探頭發(fā)射面。

　　4、故障現(xiàn)象：開機(jī)無顯示。

　?、殴收显颍弘娫磳傩耘c儀表額定值不對(duì)應(yīng)或保險(xiǎn)絲燒斷。

　?、铺幚韺?duì)策：檢查電源屬性是否與儀表的額定值相對(duì)應(yīng)，保險(xiǎn)絲是否燒斷。如以上問題無則通知廠家專業(yè)人員處理。

　　5、故障現(xiàn)象：開機(jī)后儀表僅有背光而無任何字符顯示。

　　⑴故障原因：一般為程序芯片失。⑵處理對(duì)策：通知廠家專業(yè)人員處理。

　　6、故障現(xiàn)象：儀表在現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)干擾下無法使用。

　?、殴收显颍汗╇婋娫床▌?dòng)范圍較大或周圍有變頻器或強(qiáng)磁場(chǎng)干擾或接地線不正確。

　?、铺幚韺?duì)策：給儀表提供穩(wěn)定的供電電源；或?qū)x表安裝遠(yuǎn)離變頻器和強(qiáng)磁場(chǎng)干擾；或規(guī)范設(shè)置接地線。