摘 要： 超聲波流量計(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展和它具有的優(yōu)點(diǎn)，使得它的應(yīng)用非常廣泛。在一聯(lián)合常減壓裝置有九臺被應(yīng)用，占據(jù)很重要的位置。文章通過對多普勒式和時(shí)差式超聲波流量計(jì)測量原理的詳細(xì)介紹，結(jié)合裝置在用超聲波流量計(jì)出現(xiàn)的故障，進(jìn)行分析與判斷處理。最后，給出就超聲波流量計(jì)在安裝與維護(hù)方面的見解。
關(guān)鍵字： 超聲波流量計(jì) 多普勒式 時(shí)差式 耦合劑

超聲波流量計(jì)是一種利用超聲波脈沖來測量流體流量的速度式流量儀表，它從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)入我國工業(yè)生產(chǎn)和計(jì)量領(lǐng)域，并在90年代得到迅速發(fā)展。近幾年來，隨著電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使得超聲波流量計(jì)的技術(shù)不斷發(fā)展，基于不同原理、不同結(jié)構(gòu)，適用于不同場合的各種類型超聲波流量計(jì)得到了廣泛應(yīng)用，尤其在測量某些特殊介質(zhì)流體時(shí)，因其具有運(yùn)行穩(wěn)定、安裝簡單、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)，深受廣大用戶的青睞，所以在國內(nèi)外的石油、化工、冶金、自來水、礦山、造紙、鋼鐵等工礦企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。在一聯(lián)合常減壓裝置有九臺被應(yīng)用，占據(jù)很重要的位置。

1 超聲波流量計(jì)的分類

超聲波流量計(jì)是一種利用流體流動對超聲波束在流體中傳播速度的改變來測量滿管流體體積的儀表。按照不同的測量原理、結(jié)構(gòu)、供電方式和使用場合分類，有如下幾種形式。

根據(jù)對信號檢測原理的不同可分為多種，主要有時(shí)差式、多普勒式和聲束偏移式流量計(jì)。聲束偏移式流量計(jì)是利用超聲波在流體中傳播時(shí)，因流體流動而產(chǎn)生的偏移程度來反映流速或流量值。

根據(jù)超聲換能器的配置方式的不同，可以分為單聲道、雙聲道和多聲道三種形式流量計(jì)。雙聲道換能器能發(fā)射兩個(gè)不同頻率的獨(dú)立超聲波信號，兩種頻率用于自動識別和消除諸如有不穩(wěn)定的頻率激勵(lì)而產(chǎn)生的噪聲干擾，從而大大提高了測量準(zhǔn)確度。

根據(jù)換能器的供電方式不同，可以分為外帖式、管段式和插入式三種。管段式超聲波流量計(jì)把換能器和測量管組成一體，解決了管道因材質(zhì)疏松內(nèi)壁積垢等原因，導(dǎo)致超聲波信號嚴(yán)重衰減的難題，同時(shí)提高了測量準(zhǔn)確度。插入式超聲波流量計(jì)可以在不斷流的情況下，利用專用工具在管道上打孔，將換能器插入管道內(nèi)進(jìn)行測量。由于換能器直接在管道內(nèi)發(fā)射和接收信號，其信號只經(jīng)過被測介質(zhì)，而不經(jīng)過管壁和襯里，所以流量測量不受管壁和襯里材質(zhì)的影響。

根據(jù)超聲波流量計(jì)的使用場合不同，可分為固定式和便捷式兩種形式。固定式超聲波流量計(jì)安裝在管道固定位置上長期連續(xù)運(yùn)行，通常有4~20mA信號輸出，供遠(yuǎn)傳顯示、控制使用。便捷式流量計(jì)主要用于對不同口徑、材質(zhì)的管道內(nèi)流體流量作臨時(shí)性測量，就地顯示或存儲流量信息。

2 超聲波流量計(jì)的測量原理

2.1 多普勒式超聲波流量計(jì)

內(nèi)容多普勒式超聲波流量計(jì)是利用多普勒效應(yīng)原理來測量立體的流量。

如圖1所示，換能器A發(fā)射頻率為fA的超聲波信號，經(jīng)過管道內(nèi)流體中的懸浮顆粒或氣泡后，頻率發(fā)生偏移，以fB的頻率反射到換能器B，著就是多普勒效應(yīng)，fA與fB之差即為多普勒頻差fd。

設(shè)流體的平均流速為vm，超聲波聲速為C，多普勒頻移fd正比于流體平均流速vm，即

所以流體流速

當(dāng)管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定后，C、fA、θ即為常數(shù)，流體平均流速和多普勒頻移成正比，通過測量頻移就可以得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。

圖1 多普勒式超聲波流量計(jì)測量原理

2.2 時(shí)差式超聲波流量計(jì)

內(nèi)容當(dāng)超聲波在流體中傳播時(shí)，探頭A發(fā)射的超聲波脈沖被探頭B接收，同時(shí)探頭B也發(fā)射超聲波脈沖，被探頭A接收，于是同一傳播距離就產(chǎn)生順流和逆流傳播的時(shí)間差，時(shí)差式超聲波流量計(jì)就是利用超聲波順流和逆流傳播的時(shí)間差與流體流速成正比這一原理求得流速，進(jìn)而求得流量。

如圖2所示，超聲波換能器A和B安裝于測量管道的外側(cè)，組成一個(gè)測量聲道，兩個(gè)換能器之間的距離為L，測量聲道A和B與測量管道中心軸線形成夾角θ，超聲波在被測流體中聲波傳播速度為C。

由換能器A向換能器B發(fā)送超聲波信號，這是順流方向，其傳播時(shí)間為：

式中，C、L、θ均為常數(shù)，測得時(shí)間差Δt即可求得流體平均流速vm，再乘以管道截面積就可算出流體的體積流量。

圖2 時(shí)差式超聲波流量計(jì)工作原理

3 超聲波流量計(jì)在裝置上的使用及所出現(xiàn)的故障

目前一聯(lián)合常減壓裝置共使用了九臺超聲波流量計(jì)：

FIC115 測量去電精制常一線油流量；

FI134 測量去電精制常一線油流量；

FI135 測量常壓蒸餾塔底油流量；

FI137 測量常壓一中回塔頂油流量；

FC1209 測量去電脫鹽一路油流量；

FC1209A 測量去電脫鹽二路油流量；

FC1210 測量去電脫鹽三路油流量；

FC1214A 測量減壓蒸餾塔一線油流量；

FC1214B 測量減壓蒸餾塔二線油流量。

本裝置使用的超聲波流量計(jì)測量的流體都是液體（原油），且流體相對比較清潔，密度較小，在0.6~0.9粘度也比較小。流量計(jì)利用的都是時(shí)差式測量原理。其中FIC115經(jīng)常出現(xiàn)的故障現(xiàn)象是：有時(shí)波動比較大，過一段時(shí)間自動恢復(fù)正常。FI1209A出現(xiàn)的故障為：測量值很小，長期偏離實(shí)際值，且測量值幾乎不變化。

4 超聲波流量計(jì)的故障分析判斷及處理

針對超聲波流量計(jì)FIC115出現(xiàn)的故障，去現(xiàn)場查看，沒有報(bào)警顯示信息，查看聲速設(shè)定值為800，與設(shè)計(jì)值一樣，再查看超聲波信號強(qiáng)度為58.6，也正常，檢查信號線與電源線沒有發(fā)現(xiàn)松動現(xiàn)象。平時(shí)測量正常，有時(shí)出現(xiàn)短時(shí)間的大幅度波動，可能是超聲波流量計(jì)的核心處理器系統(tǒng)短時(shí)間故障，處理不過來，這種可能性比較??；很有可能是工藝原因，管道內(nèi)的原油短時(shí)間出現(xiàn)不滿管的現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)氣液兩相的情況，使得超聲波的傳播速度發(fā)生變化，測量出現(xiàn)大幅度波動；還有可能是管道內(nèi)有固體顆粒、結(jié)垢或管道被腐蝕。仔細(xì)察看，發(fā)現(xiàn)換能器安裝在管道的最高處，這樣就很容易出現(xiàn)管道內(nèi)斷流現(xiàn)象，因?yàn)橹灰嫌嗡查g出現(xiàn)斷流，就必然會導(dǎo)致?lián)Q能器處斷流發(fā)生，如果把換能器安裝在最高處的下端，上游瞬間出現(xiàn)斷流，其換能器處位置相對較低，由于重力作用，不會馬上出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。所以FIC115應(yīng)該是換能器安裝位置太高，只要將其位置移至較低的地方，目前的故障就會解決。

對于FI1209A出現(xiàn)的故障，查看聲速設(shè)定值為900，與設(shè)計(jì)值一樣，再查看超聲波信號強(qiáng)度為38.7，與其他幾臺超聲波流量計(jì)相比偏低，其他幾臺均在60左右，于是就將耦合劑加到換能器的變送器與襯里之間，加強(qiáng)超聲波信號的接收，提高超聲波的信號強(qiáng)度。由于現(xiàn)場安裝條件的限制，換能器的另一端拆不下來，緊帖著換熱器的保溫壁，于是只加了其中一個(gè)換能器的耦合劑，其超聲波強(qiáng)度提高到42.4，還是沒有消除故障。是不是介質(zhì)密度發(fā)生了變化，于是就將原來的介質(zhì)密度設(shè)定值改變，經(jīng)過數(shù)次的改變，發(fā)現(xiàn)測量結(jié)果還是不正確。檢查現(xiàn)場換能器的安裝情況，沒有松動現(xiàn)象，儀表接線正常。懷疑是超聲波流量計(jì)的核心處理器電路板有故障，于是就將超聲波流量計(jì)FI1209A的兩根信號線拆下接到旁邊的超聲波流量計(jì)FI1209上，其指示值與FI1209幾乎一樣，所以超聲波流量計(jì)的電路板是好的。聯(lián)系廠家，說是超聲波信號強(qiáng)度不能低于45，原來就是耦合劑干涸，影響了換能器對超聲波信號的發(fā)射與接收，導(dǎo)致超聲波信號強(qiáng)度不夠，所以測量不能正常進(jìn)行。

5 結(jié)束語

通過對超聲波流量計(jì)原理的進(jìn)一步了解與現(xiàn)場超聲波流量計(jì)故障分析與判斷，得出自己的一些見解，換能器安裝不合理是超聲波流量計(jì)不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮方式的選擇和位置的確定兩個(gè)問題。在安裝方式上，時(shí)差式超聲波流量計(jì)的換能器主要有W型、V型、Z型與X型四種。根據(jù)不同的管徑和流體特性來選擇安裝方式，通常W型適用于小管徑（25～75mm），V型適用于中管徑（25～250mm），Z型適用于大管徑（250mm以上），X型適用于中管徑（25～250mm）測量精確度要求高的場合。總之，為了提高測量的準(zhǔn)確性和靈敏度，選擇合適的安裝方式，使得測量信號（即差值）與二次儀表相匹配。目前除FI137用了V型安裝（管徑75mm），其余均采用Z型安裝。為了保證儀表的測量準(zhǔn)確度，應(yīng)選擇滿足一定條件的場所定位：通常選擇上游10D、下游5D以上直管段；上游30D內(nèi)不能裝泵、閥等擾動設(shè)備。尤其要注意換能器盡量避開有變頻調(diào)速器、電焊機(jī)等污染電源的場合。換能器也不要安裝在管道最高處，以保證管道內(nèi)流體滿管。換能器安裝位置應(yīng)該留有適當(dāng)?shù)目臻g，便于維修或添加耦合劑時(shí)的拆裝。在維護(hù)方面：定期檢查信號及電源線，定期加耦合劑，保證超聲波信號發(fā)射與接收強(qiáng)度。另外，建議配一便捷式超聲波流量計(jì)，便于在由于工藝方面原因引起的故障的判斷與處理。

參考文獻(xiàn)
[1]朱炳興，王森．儀表工習(xí)題集（第二版）[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002，7．
[2]施引萱，王丹君．儀表維修工[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005．

渦街流量計(jì)的使用安裝怎樣的呢？

    渦街流量計(jì)是一種新型流量計(jì),由于精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣、安裝簡單等特點(diǎn)，在化工行業(yè)的應(yīng)用日益廣泛；

    渦街流量計(jì)的安裝要點(diǎn)共大家分享。

    渦街流量計(jì)的安裝方向不能裝反

    渦街流量計(jì)上標(biāo)注“→”與工藝介質(zhì)流向應(yīng)一致,大管徑插入式渦流街流量計(jì)的傳感器要與管道軸線垂直,法蘭連接型則應(yīng)與工藝管道同軸。

    渦街流量計(jì)安裝時(shí)應(yīng)保證上、下游直管段的長度

    (1)渦街流量計(jì)對前后直管段的一般要求是:前20D,后5D(D為相連工藝管道內(nèi)徑),閥門一般設(shè)計(jì)在流量計(jì)的下游側(cè)。

    (2)當(dāng)流量計(jì)安裝在壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、柱塞泵的出口時(shí),流量計(jì)的上游側(cè)需加裝閥門；

    這種情況,為保證流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度,除上游直管段長度不小于20D外,在上游側(cè)加裝限流或緩沖裝置：

    (3)對于有變徑要求的工藝管線,前后直管段的長度分別保證不小于10D和5D就可以了;

    如果必須在流量計(jì)的上游側(cè)選用閘閥,那么前直管段的長度不應(yīng)小于40D。

    (4)溫度、壓力等取源部件應(yīng)安裝于渦街流量計(jì)的下游側(cè),距離要求所示：渦街流量計(jì)與取源部件的距離要求。

標(biāo)簽: 渦街流量計(jì)

渦街流量計(jì) 渦街流量計(jì)的使用安裝怎樣的呢？_渦街流量計(jì) 渦輪流量計(jì)在布線時(shí)需要注意哪些事項(xiàng)呢，智瑞給你講解。

1、 渦輪流量計(jì)布線位置盡可能遠(yuǎn)離電噪聲源（如大功率變壓器、電動機(jī)和強(qiáng)電源線）并應(yīng)避免與動力電源線平行布線。

2、 盡可能采用一根完整的電纜線。

3、 建議在粗的電線末端采用非錫焊的夾緊式接線片。

4、 為了防水和機(jī)械損傷，可以將電纜線裝入金屬導(dǎo)管內(nèi)，但同一根導(dǎo)管內(nèi)不得有大功率傳輸電纜，（一根傳輸電纜輸送的最大功率大于流量計(jì)信號電纜輸送的最小功率10倍時(shí)，兩者不能安裝在同一根導(dǎo)管內(nèi)）。

5、 對存在較強(qiáng)外磁場的區(qū)域，應(yīng)使檢出裝置的軸線與外界磁場的磁通方向相垂直或用高導(dǎo)磁材料對流量傳感器或外界詞源進(jìn)行屏蔽。

6、防爆型渦輪流量計(jì)傳感器電纜線的連接，必須嚴(yán)格遵守防爆放大器的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

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