超聲波流量計在能源檢測中的選型及設計

喬楨

摘 要：超聲波流量計是一種速度式流量儀表，它能夠利用超聲波脈沖來測量流體。本文主要討論的是便攜式超聲波，對時差式和多譜勒式的超聲波流量計進行分析，結合相關的實際經驗簡單的闡述了超聲波流量計的工作原理；并且總結了超聲波流量計的原則，為使用超聲波流量計提供可借鑒的經驗及其方法。

關鍵詞：超聲波流量計；能源檢測 ；工作原理

能源檢測中必須對流量流體和流速等參數進行測量控制，原先安裝好的流量計因為一些原因導致加量不準確，檢測計量工作沒辦法提供準確可靠性的資料，導致無法正確評價耗能設備的利用狀況和正確分析其運行情況，使能源統計工作處于被動狀態。如果更換在線流量儀表，會提高成本，不利于開展能源檢測工作。選擇能夠準確計量、安裝方便的流量監測儀表有利于解決能源檢測中的流量計算問題，便攜式超聲波流量計的特點包括機動性、即可使用性和無需管道斷流，對能源監測有很重要的作用，能夠充分體現超聲波流量計使用安裝便捷的特點；便攜式超聲波流量計的準確度有1.0級、1.5級和2.5級，具有選擇性，能夠滿足不同要求的能源檢測計量的工作。

1 超聲波流量計工作原理

1.1 時差式超聲波流量計

PT868超聲波流量計是時差式超聲波流量計，它能夠利用聲波在流體中順流逆流傳播的時間差和流體的流速成正比的這個原理來測量流量的。在流體順流方向傳播聲波的速度會增大，逆流方向則減小速度，同一個傳播距離有不同的傳播時間。傳播速度差和被測流體流速間的關系能偶求出流速，這個叫做時差法。

（1）流速方程式

時差式測量原理就是將超聲波順流從傳感器1傳輸到傳感器2的傳播速度C，那么流體流速V就會加快，流速方程式是： ，L是超聲波在傳感器間傳播路徑的長度，t1指的是傳播時間，x是傳播路徑的軸向，c指的是在靜止中的傳播速度，v是通過傳感器1、傳感器2間的平均流速。其中 ，所以流程方程式可以轉變為 。

如果超聲波逆流從傳感器2到1的傳播速度減緩，那么t2是傳感器2到傳感器1的傳播時間。該流速方程式是： 。其中 ，所以該方程式能夠轉化為 。

（2）傳播時間

傳感器1發射超聲波信號給傳感器2，它的順流方向的傳播時間為 ；逆流方向的傳播時間為 ，兩者的時間差為 ，因此流體速度為 。

流速方程式測得的時間差能夠求出流體流速，然后得到流體流量。

1.2 多譜勒式超聲波流量計

SX30超聲波流量計檢測流體流量，采用多譜勒式超聲波流量計。多譜勒式效應法指的是在靜止點或者固定點檢測，從移動源發射聲波會產生多譜勒頻移現象，測量頻移能夠計算流體流量。

傳感器1發射頻率是f1的超聲波信號，通過管道液體的懸浮顆粒或者氣泡之后，頻率會出現偏移，f2頻率發射到傳感器2，f2、f1直插就是多譜勒頻差fd。假設流體散射體的流速是V，超聲波聲速是C，fd正比流體速度V為 ，那么流體流速就是 。當確定管道條件、聲速、發射頻率和傳感器的安裝位置后，流體流速、多譜勒頻移呈正比，測量頻移能夠得知流體流速，然后得到流體流量。

這是兩種超聲波流量計的工作原理，只有熟悉了其工作原理才能夠有效的利用超聲波流量計為能源檢測服務。

2 超聲波流量計的選擇

選擇超聲波流量計進行流量計量的時候，要先確定被測流體的性質，判斷標準為液體的潔凈程度和雜質含量的高低；選擇流量計要考慮到測量原理是時差法還是多譜勒法。

2.1 時差法超聲波流量計

時差法超聲波流量計是用來測量潔凈流體的介質的，它能夠測量懸浮顆粒很少的液體，不能夠測量懸浮顆粒超過某一范圍的液體或者氣泡超過范圍的液體，也不能夠測量含有影響傳播超聲波的連續性混入氣泡或者是體積很大的固體顆粒的液體。液體介質中的懸浮顆粒的體積含量小于百分之一的時候，才不會影響流體計量，如果含量大于百分之一就會影響測量的精準度。另外，時差法還可以測量雜質含量不高的均勻流體，含量不高的范圍指的是雜質含量小于10g/L，其粒徑小于1mm。比如污水等介質流量，其精度能夠達到 1.5%。

3 超聲波流量計的應用

應用超聲波流量計要注意以下方面的問題：

3.1其功能的選擇

正確功能選擇是超聲波流量計正常工作的基礎，如果選型不合適，會導致無法測量流量。正確選擇超聲波流量計，主要根據流量原理來選擇合適的超聲波流量計。假如是雙向流，那選擇的超聲波流量計要帶有正負計量功能。

3.2 流量檢測點的選擇

（1）安裝位置及其流動方向

超聲波流量計的流量傳感器通常安裝在水平管道、傾斜管道和垂直管道。垂直管道要選擇自下而上流動的場所，如果是自上而下會導致下游產生足夠的被壓。比如高于測量點的后續管道，這是用來防止測量點出現非滿管流的現象。

（2）管道條件

超聲波流量計徐璈考慮到襯里材料和厚度、管壁材料及厚度、銹蝕狀況等，不能夠使用襯里或者結垢太厚的管道，不能使用襯里或者銹層和內管壁剝離的，不能使用銹蝕現象暗中的管道，夾層夾帶氣體會減弱超聲信號，還能夠改變超聲的傳播路徑。管道內的表面積沉積層會產生聲波不良傳播，還有可能會偏離預期聲道的路徑及長度，有可能會將聲波分散，大部分的聲波傳送不到流體會降低其性能，因此在選擇管段的時候要避免此類現象。

4 結語

流量是超聲波流量計在能源檢測中的重要參數，科學技術的快速發展，儀表更加具備高精度、高可靠性和高智能化，因此超聲波流量計在能源檢測方面發揮著越來越重要的作用。在能源檢測中，要正確的把握超聲波流量計的工作原理和選型應用，才能夠更好的了解到超聲波流量計，更好的去應用它，為能源監測提供科學性、精準性的數據，更好的發揮其能源檢測的工作。經過研究和一些設計，流量計性能更加優越，準確度更高，現場操作使用也較為方便。它的應用能夠提高檢定的工作效率，解決了超聲波流量計現場檢測問題，給企業帶來了很好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]樂勇.超聲波流量計在制鹽生產中的應用[J]. 石油化工自動化. 2002（06） .

[2]馬文安.影響便攜式超聲波流量計測量精度的因素分析[J]. 太原科技. 2002（01）.

[3] 陳啟兵，蔣日明，陳幸粟. 超聲波流量計的安裝和使用[J]. 工業計量. 2002（S1）.