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超聲波流量計的選型及應用 流量計是如何工作的

時間:2020-08-19    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     

摘 要 超聲波流量計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80年代開始進入我國工業(yè)生產(chǎn)和計量領(lǐng)域,并在90年代得到迅速發(fā)展。文章對我佃國內(nèi)市場上出現(xiàn) 了各類超聲波流量進行了深入研究分析,結(jié)合多年的實際應用經(jīng)驗,系統(tǒng)闡述了超聲波流量計的分類方法;從儀表性能、被測介質(zhì)經(jīng)濟性,實用性等方面總結(jié)了選用超聲波流量的原則,并對應用中如何選位、安裝、維護提出具體建議,為用戶合理選擇和應用超聲波流量計提供了一些可以借鑒的經(jīng)驗和方法。
關(guān)鍵詞 超聲流量計;換能器;時差式;安裝方式

近幾年來,隨著電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,利用超聲波脈沖測量流體流量的技術(shù)發(fā)展很快,基于不同原理,適用于不同場合的各種型式的超聲波流量計得到了廣泛應用,同時也對廣大用戶提出如何認識超聲波流量計、怎樣選擇合適的類型,使用中應注意些什么問題等一系列問題,本文綜合國內(nèi)超聲波流量計目前的發(fā)展情況及多年應用的實踐,對上述問題進行了些探討。

1 超聲波流量計的分類

超聲波流量計的各類很多,依照不同的分類方法,可以分為不同類型的超聲波流量計。
1.1 多譜勒式超聲波流量計

 

如圖1,換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號,經(jīng)過管道內(nèi)液體中的懸浮顆?;驓馀莺螅l率發(fā)生偏移,以f2的頻率反射到換能器2,這就是多譜勒將就,f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。
設(shè)流體流速為v,超聲波聲速為c,多譜勒頻移fd正比于流體流速v,即


所以流體流速


當管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后,c、f1、θ即為常數(shù),流體流速和多譜勒頻移成正比,通過測量頻移就可得到流體流速,進而求得流體流量。

1.2時差式超聲波流量計

時差式超聲波流量計是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流量的。
如圖2,換能器1向換能器2發(fā)射超聲波信號,這是順流方向,其傳播時間為


反之,逆流方向的傳播時間為:
時間差為:
由于c>>v,故
所以,流體流速
同樣,c、L、θ均為常數(shù),測得時間差△t即可求出流體流速v進而求得流體流量。

2 區(qū)別

根據(jù)超聲波流量計使用場合不同,可以分為固定式超聲波流量計和便攜式超聲波流量計。

2.1這兩類超聲波流量計的主要區(qū)別

(1)適用的場合不同
固定式超聲波流量計用于安裝在某一固定位置,對某一特定管道內(nèi)流體的流量進行長期不間斷的計量;便攜式超聲波流量計具有很大的機動性,主要用于對不同管道的流體流量作臨時性測量。
(2)供電方式不同
固定式超聲波流量計要求長期連續(xù)運行,所以要使用220V交流電源,便攜式超聲波流量計既可以使用現(xiàn)場的交流電源,也備有內(nèi)置充電電池,可以連續(xù)工作5~10h[小時],大大方便了不同場合臨時性流量測量的需要。
(3)部分功能不同
因定式超聲波流量計,通常都有4-20mA信號輸出等功能,供遠傳顯示使用,但其內(nèi)部只能存貯一條管道的參數(shù);便攜式超聲波流量計只是為了現(xiàn)場查看當時流量和短時間內(nèi)的累計流量,故一般無輸出信號功能,但為了方便測量不同管道流量,它具有豐富的貯存功能,可以同時存貯數(shù)十條不同管道的參數(shù),供隨時調(diào)出使用。


2.2 換能器供電方式不同

可以分為外貼式、插入式、管段式三種超聲波流量計。
(1)外貼式
外貼式超聲波流量計是生產(chǎn)早,用戶熟悉且應用廣泛的超聲波流量計,安裝換能器無需管道斷流,即貼即用,它充分體現(xiàn)了超聲波流量計安裝簡單、使用方便的特點。
(2)管段式
某些管道因材質(zhì)疏、導聲不良,或者銹蝕嚴重,襯里和管道內(nèi)空間有間隙等原因,導致超聲波信號衰減嚴重,用外貼式超聲波流量計無法正常測量,所以產(chǎn)生了管段式超聲波流量計。
管段式超聲波流量計把換能器和測量管組成一體,解決了外貼式流量計在測量中的一個難題。而且測量精度也比其它超聲波流量計要高,但同時也犧牲了外貼式超聲波流量計不斷流安裝這一優(yōu)點,要求切開管道安裝換能器。
(3)插入式
插入式超聲波流量計 介于上述二者中間。在安裝上可以不斷流,利用專門工具在有水的管道上打孔,把換能器插入管道內(nèi),完成安裝。由于換能器在管道內(nèi),其信號的發(fā)射、接受只經(jīng)過被測介質(zhì),而不經(jīng)過管壁和襯里,所以其測量不受管質(zhì)和管襯材料限制。

3 超聲波流量計的選型

超聲波流量計除上述各種類型外,近年來又出現(xiàn)了采用數(shù)字化電路的數(shù)字式超聲波流量計,把換能器和轉(zhuǎn)換器做在一起的一體式超聲波流量計,等等。面對眾多類型的超聲波流量計,用戶要根據(jù)實際情況和測量需要合理選型。

3.1多譜勒式超聲波流量計

只能用于測量含有適量能反射超聲波信號的顆?;驓馀莸牧黧w,如工廠排放液、未處理的污水、雜志含量穩(wěn)定的工廠過程液等。要注意它對被測介質(zhì)要求比較苛刻,即不能是潔凈水,同時雜技含量要相對穩(wěn)定,才可以正常測量,而且不同廠家的儀表性能及對被測廠家的要求也不一樣。選擇此類超聲波流量計即要對被測介質(zhì)心中有數(shù),也要對所選用的超聲波流量計的性能、精度和對被測介質(zhì)的要求有深入的了解。


3.2便攜式超聲波流量計

適用于臨時性測量,主要用于校對管道上已安裝其它流量儀表的運行狀態(tài),進行一個區(qū)域內(nèi)的流體平衡測試 ,檢查管道的當時流量情況等。如果不作固定安裝,而用于這些用途時,選用便攜式超聲波流量計既方便又經(jīng)濟。

3.3時差式超聲波流量計

目前生產(chǎn)多、應用范圍廣泛的是時差式超聲波流量計。它主要用來測量潔凈的流體流量,在自來水公司和工業(yè)用水領(lǐng)域,得到廣泛應用。此外它也可以測量雜技含量不高(雜質(zhì)含量小于10g/L,粒徑小于1mm)的均勻流體,如污水等介質(zhì)的流量,而且精度可達±1.5%。實際應用表明,選用時差式超聲波流量計,對相應流體的測量都可以達到滿意的效果。

3.4管道式超聲波流量計

精度高,可達到±0.5%,而且不受管道材質(zhì)、襯里的限制,適用于流量測量精度要求高的場合。但隨著管徑的增大,成本也會隨增加,通常情況下,選用中小口徑的管段式超聲波流量計,較為經(jīng)濟。

3.5固定式超聲波流量計

如果有足夠的安裝空間,使用插入式換能器代替外貼式換能器,徹底消除了管襯、結(jié)垢及管壁對超聲波信號衰減的影響,測量穩(wěn)定性更高,也大大減小了維護工作量。而且,由于插入式換能器也可以不斷流安裝,所以其應用正在不斷推廣。
有的廠家推出了內(nèi)部為數(shù)字化電路的超聲波流量計,其特點是采用數(shù)字電路處理信號,糾錯能力增強,取樣及時,精度提高(模擬電路的精度為±1.5%,數(shù)字電路可以達到±1.0%),而且集成度提高,儀表體積大大減小,有多種信號輸出模式供選擇,在實際應用也取得了很好的效果。用戶在使用中可以和模擬電路的超聲波流量計進行比較。
超聲波流量計的功能選擇,用戶可以根據(jù)實際情況來確定。如果測量雙向流體,一定要選擇帶有正負計量功能的超聲波流量計;如果用戶需要定期了解流體在一定時段有流量情況,可以選擇帶打印機的超聲波流量計??傊x擇的超聲波流量計的功能既要滿足用戶需要,也不必貪多求全,造成許多功能閉置不用,而增加購買成本。

4 超聲波流量計的應用

超聲波流量計在應用中,需要注意以下幾個方面的問題:

4.1 正確選擇

這是超聲波流量計能夠正常工作的基礎(chǔ)。如果選型不當,或會造成流量無法測量,或者用戶使用不做便等后果。具體選型原則,前面已做了詳細的介紹。

4.2 合理安裝

換能器安裝不合理是超聲波流量計不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個問題。確定位置時除保證足夠的上、下游直管段外,尤其要注意換能器盡量避開有變頻調(diào)速囂、電焊機等污染電源的場合。在安裝方式上,主要有對貼安裝方式和V方式、Z方式三種,如圖3。多譜勒式超聲波流量計采用對貼式安裝方式,時差式超聲波流量計采用V方式和Z方式,通常情況下,管徑小于300mm時,采用V方式安裝, 管徑大于200mm時,采用Z方式安裝。對于即可以用V方式安裝又可以方式安裝的換能器,盡量選用Z方式。實踐表明,Z方式安裝的換能器超聲波信號強度高,測量的穩(wěn)定性也好。

 

4.3 及時核校
對于現(xiàn)場安裝固定式超聲波流量計數(shù)量大、范圍廣的用戶,可以配備一臺同類型的便攜式超聲波流量計,用于核?,F(xiàn)場儀表的情況。一是堅持一裝一校,即對每一臺新裝超聲波流量計在安裝調(diào)試時進行核校,確保選位好、安裝好、測量準;二是對在線運行的超聲波流量計發(fā)生流量突變時,要利用便攜式超聲波流量計進行及時核校,查清流量突變的原因,弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實發(fā)生了變化。

4.4 定期維護

與其他流量儀表相比,超聲波流量計的維護量是比較小的。對于外貼換能器超聲波流量計,安裝以后無水壓損失,無潛在漏水,只需定期檢查換能器是否松動,與管道之間的粘合劑是否良好即可;插入式超聲波流量計,要定期清理探頭上沉積的雜質(zhì)、水垢等有無漏水現(xiàn)象;如果是一體式超聲波流量計,要檢查流量計與管道之間的法蘭鏈接是否良好,并考慮現(xiàn)場溫度和濕度對其電子部件的影響,等待。定期維護可以確保超聲波流量計的長期穩(wěn)定運行。



    液體渦輪流量計是一種常用的流量測量儀器,具有機構(gòu)緊湊、讀數(shù)直觀清晰、可靠性高、不受外界電源干擾、抗雷擊、成本低等明顯優(yōu)點。渦輪流量計使用過程中會出現(xiàn)一定故障問題,用戶對于故障處理方法必須要掌握。今天小編就來為大家具體介紹一下渦輪流量計常見故障及處理方法,希望可以幫助到大家。
    渦輪流量計常見故障及處理方法:
    一、流量波動比較大
    對于流量波動比較大造成的原因可從以下幾個方面考慮:
    1、水源是否是脈動流
    (1)一般來說用泵抽原料,如果流量安裝位置離泵比較近,很容易產(chǎn)生脈動流,從而造成流量波動比較大,此時解決辦法,增加泵和流量計之間的直管道距離,使流量穩(wěn)定。
    (2)流量計安裝位置離閥門或彎管位置太近,當原料經(jīng)過閥門或彎管部分,造成流量波動。此時應該遠離閥門和彎管位置,保證一定的前后直管段
    2、是否存在干擾
    流量計附近有電機,變頻器,強電之類的干擾源。解決辦法:流量計儀表接地,或加濾波電容。如解決不了,應該遠離干擾源。
    二、流量計無顯示流量解決辦法
    (1)首先檢查線路是否存在問題,如信號線脫落,有斷線等。
    (2)將傳感器和信號放大器分離,信號放大器與儀表連接,用鐵質(zhì)金屬在取信號的放大器底部距離2~3mm距離來回劃動,如儀表有顯示,則說明顯示部分無問題。請將流量傳感器從管道卸下,檢查流量計葉輪是否被纏住或葉輪出現(xiàn)破損現(xiàn)象。
    三、流量計顯示流量小,而實際流量比較大
    一般造成這個問題的原因是葉輪旋轉(zhuǎn)不滑快或葉片斷裂。將流量從管道拆除,檢查流量計是否被纏住或有破損現(xiàn)象。
    四、流量計顯示誤差比較大
    (1)首先檢查流量傳感器系數(shù)即K值和儀表其他參數(shù)是否設(shè)置正確
    (2)客戶有條件的情況下,用電子秤進行實際標定校準。





一、斷電檢查

  修理儀器儀表首先必須具備一定的電路基礎(chǔ)和電子線路的理論知識,要懂得常用測試儀器的正確使用與操作方法,懂得檢查儀器故障產(chǎn)生原因的方法,并在此基礎(chǔ)上遵循科學的工作程序。

 ?。?) 認真閱讀該儀器的使用說明書,了解其工作原理,看懂電路圖以及各附件、備件情況。

 ?。?) 觀察儀器儀表面板上開關(guān)旋鈕、度盤、指示表等有無松動情況,保險絲是否完好。

 ?。?) 打開儀器儀表外殼蓋板,觀察其內(nèi)部的元器件、電源變壓器連線等有無燒焦、發(fā)霉、脫落。

  在進行斷電檢查的同時,不僅可以做好儀器內(nèi)部的清潔工作,更重要的是可以發(fā)現(xiàn)各種明顯的故障部位,以便更快地判斷和排除故障。例如:電子管漏氣時,管內(nèi)有乳白色物質(zhì)。電解電容器擊穿變質(zhì)時大部分都流出電解質(zhì)或外殼有爆裂。電阻損壞時,會變黑或燒焦。二極管、三極管、穩(wěn)壓管擊穿時外殼也會變黑、燒焦、爆裂。變壓器燒壞時有燒焦的氣味和痕跡。因此斷電檢查是做好器儀表維修工作的一個重要步驟。但是應當指出:在維修時要特別注意,不是單純調(diào)換了損壞的器件就算了事,而應當進一步查對儀器的電路圖,真正搞清楚損壞器件的部位和原因,以便分析導致?lián)p壞的真正原因。例如在SP2305型氣相色譜儀維修中,當開機前由于載氣沒開(違反操作規(guī)程),將熱導池鎢絲燒斷,這時就沒有橋電流,認真檢查就會發(fā)現(xiàn)熱導鎢絲燒斷,采用這種方法,斷電只用萬用表就會測出故障部位,這就是我們維修中經(jīng)常所能遇到的。在維修過程中,有的發(fā)現(xiàn)電路中元件脫焊,接觸不良,都會影響電路的正常工作。所以斷電檢查方法是比較直觀的,并且是行之有效的。

 

二、送電檢查

  如果在斷電檢查中未能發(fā)現(xiàn)問題,就應采用“送電”進行檢查,進一步尋找儀器故障的具體部位,以便更換造成故障的元件。為了避免儀器故障的擴大,便于重復觀察,可以使用逐步加壓供電方法。在送電檢查時,一定要注意指示燈亮否?保險絲、變壓器、整流管工作狀態(tài)是否正常。如發(fā)現(xiàn)有異?,F(xiàn)象,應立即關(guān)斷電源,并將調(diào)壓器電壓調(diào)回到0V。如果看不清損壞元件,還可以再開機逐步升壓觀察。這樣做的目的是為以下送電檢查做好準備。若這時未出現(xiàn)各種不正?,F(xiàn)象才可以對儀器的各部分電路帶電測量。測量次序一般是:整流輸入電壓—穩(wěn)壓輸出電壓—各級工作電流、電壓及靜態(tài)工作點的電壓,從中發(fā)現(xiàn)故障在何部位,其方法如下。

    2.1 測量電壓法

  按照儀器的原理圖對其各級電壓點測量其相對應電壓值。如果測得各處的電壓與使用說明書所列的相差很大,則就是故障所在。如果所測的電壓與使用說明書相差不大,則說明電路靜態(tài)工作是正常的。這種方法不論在電子管、晶體管或集成電路中都是很有效的。

  2.2 簡易干擾法

  這種方法特別適用于分析儀器的記錄儀、數(shù)字處理儀,用小螺絲刀碰撞訊號輸入端時,觀察其指針有無移動。采用此方法,可以在送電情況下逐級進行,從后級逐步向前做碰撞,碰到哪一級沒有反映,說明故障就在哪一級。

  2.3 注入訊號法

  使用外部的不同信號源作為檢測信號,并利用本機的終端指示器表明測試的結(jié)果。即利用外部的相應訊號源從待修的儀器終端指示器的輸入端開始注入,然后依次序向前級電路推移,注入測試信號到各級電路的輸入端,同時觀察儀器終端指示器有無反應作為確定故障存在的部位和分析故障發(fā)生的原因。依據(jù)訊號注入到哪一級,終端指示器如果無反應,故障就在哪一級。這也是比較簡單的,行之有效的方法。

  2.4 示波器法

  這主要是在動態(tài)測量時采用比較多,即對于被修儀器靜態(tài)測量正常,而又未找到故障部位時就應采用動態(tài)測量。利用示波器對照原理圖進行逐步觀測,對照有關(guān)位置的波形進行分析,也可以找到故障的確切位置。在檢修自動化儀表的電子放大部分常采用此方法,那是很成功的。但這方法要求維修人員對所修理的儀器電路原理和波形變化要熟悉,而且要求熟練操作和正確地使用示波器觀察各種不同變化規(guī)律的信號。

  2.5 器件替代法

  當不能確定儀器故障的大致范圍時,可采用單元替代或單板替代法。注意,好不要拆動電路中的元器件,特別是精密儀器,更不允許隨便拆動??梢韵仁褂孟嗤吞?、相同規(guī)格、相同結(jié)構(gòu)的器件。單元插接部件來臨時替代有疑問的部分,觀察其對故障的影響。如果故障消失了,就表明被替代部分有故障。這種方法特別適宜于電子管電路或印刷路線板電路、集成電路。

  2.6 逐級斷開法

  有些儀器儀表的電路組成比較復雜,涉及的元器件比較多,并且互相影響或多方面有影響。有的儀器故障表現(xiàn)為某一級,而故障的真正部分卻在下一級。例如在計數(shù)電路中,由于下一級輸入阻抗對上一級的負載作用過大,停止計數(shù)。檢修這一類儀器時就可以將各級由后向前分別脫離,直到發(fā)現(xiàn)故障為止。在運用這一方法時,一定要選擇好斷開點的位置,只有做到合理斷開,才可迅速確定故障的部位。同時還要防止由于脫開某一部分,而使其它部位出現(xiàn)電壓過高、過低現(xiàn)象。

 三、故障排除

  當被檢修儀器儀表的故障部位和引起故障的原因被查出來以后,便可斷電對故障進行處理。在處理過程中一定要注意:

 ?。?) 必須切斷電源,停機停電進行處理;

 ?。?) 需更換元件時應該盡量與原來元件同型號,同規(guī)格的合格元件。若沒有可以采用與同機相近規(guī)格的元件代替。盡量不要改動原來的電路結(jié)構(gòu),以免影響其儀器的電氣性能;

 ?。?) 焊接場效應管或集成電路時,千萬注意防止漏電和靜電對元件造成的破壞作用。所以要求電烙鐵要有良好接地,否則應斷電焊接;

 ?。?) 對于電源變壓器損壞需重繞時,要弄清原變壓器各繞組的數(shù)據(jù),盡量保持原來的參數(shù)。

 

金嶺儀表



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