超声波流量计在给排水管路安装与应用

超声波流量计是利用超声波脉冲来测量管内断面流体速度，通过电子运算出流量仪表。其安装不会改变管道流体状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线正常运行，因而是一种理想的节能型流量计。和其它流量计相比它对各种管径或管材的适用性强、使用经济、方便，且易于数字远传等自动化管理。超声波流量计根据换能器（又称传感器、探头）对信号检测的不同，种类较多。目前使用广泛是时差超声波流量计。时差式超声波流量计是利用超声波在流体中顺流传播和逆流传播的时间差与流体流速成正比的原理来测量流体的流量。测量超声波波束在流体中，正、逆时间差即可得出流体的流速，再根据给定的管径计算出流体的流量。其在给排水管，尤其是中大管径的管路中得到广泛的应用。其制造工艺简单，能满足生产上的可靠性和精度要求。使用超声波流量计时要仔细阅读厂家提供的使用说明书，充分了解产品的性能、使用要求，再进行选型、安装、运行和维护。

一、正确选型

超声波流量计主要由超声波换能器、仪表主机（流量显示和电子运算系统）及信号传输线路等三部分组成。超声波流量计分外夹式、插入式、管段式三种。外夹式超声波流量计，可在管道正常运行、无需开孔安装情况下安装。其换能器多为外夹，安装省时方便。此种方式不能在水泥管及管内结垢严重的管道，因其对超声波衰减大、降低了仪表信号强度。插入式超声波流量计，利用管道开孔工具在管壁上开小孔，换能器插入管道内，直接与介质接触，不受管道材质及管内的结垢对超声波传输－信号衰减的影响，测量的稳定更高。由于插入式换能器可在管路生产运行情况下安装检修，所以其应用广泛。管道式超声波流量计，精度比前两者更高，而且不受管道材质、衬里的限制，适用于流量测量精度要求较高的场合。但其随着管径的增大，购置安装成本也相应增加较大。同时要求切开管道安装，安装时对生产有一定的影响。

二、安装要求

安装换能器，需要考虑安装位置和方式选择两个问题。确定位置保证管内流体满管、流动平稳的位置。在安装方式上，主要采用V方式、W方式和Z方式。使用较多是Z方式安装的换能器信号强度较高，测量的稳定性好。

安装位置选择几点注意事项：

1.避免管内流体扰动较大的位置。一般是选择管段处于整个管路的较低（确保介质满管且无空气）、有较长的直管段位置且远离如水泵、急弯、调节阀门等易引起介质紊流的位置。流体速度分布畸变时，该测量值与实际流量值可能存在较大的误差。管段内不能有过多的气泡或大颗粒的固体存在的位置，其对超声波信号影响较大。换能器一般安装在管道的水平两侧面。

2.换能器与流量计主机之间的电缆注意远离大电磁场，尤其是变频设备，做好主机电源与变频器隔离，以免受到电磁场的干扰，影响测量精度。仪表安装的位置避免有潮湿或有腐蚀性，使仪器的使用寿命缩短。

三、安装调试使用，大致有以下几点

基本参数的设置。仪表运行前，*先要根据现场管道不同设置基本参数，例如：单位制式、安装方式、管道直径、管道壁厚、管道材质、流体类型、换能器安装间距等。

仪表自检及调整。有信号强度、传输时间比及传输时间/时差等。此三项是超声波流量计自检的*基本的要求。可对换能器的安装进行微调，达到厂家的要求值范围。测量显示值调试。有静态调零、低流速切除、阻尼系数等调试。以消除仪表安装初始计量偏差。

四、测量过程中误差产生及消除

生产厂家提供的资料均称超声波流量计计精度高（精度可达±1.5%以下）。而在实际使用过程中，用户都普遍感觉“不准”呢？在多次用容积法对1.5级精度超声波流量计校核中，发现误差约在±3%～8%。这是由于现场复杂性，降低了其计量准确性。主要影响因素有：

1.环境方面，通常主要是管道周围存在杂散电流干扰，空间电磁波干扰，大型电机磁场干扰等。在初安装调试期间由于环境条件尚好，干扰源未运行，超声波流量计工作正常。一旦环境条件变坏，如流量计附近管道上进行电焊作业、或变频设备等，就会干扰流量计正常工作，使超声波流量计出现假值现象，应加装电源及信号源屏蔽干扰。严重的需换地点安装。

2.管道流速断面实际流速分布异常。管道断面存在椭园度、内表面结垢严重，均影响测量准确性。另管道内流体流动状态发生变化，如介质未满管、或管内气泡过多、换能器表面杂质粘附过多，也影响测量的可靠性。

3.管道换能器安装操作时引起的误差，外壁粗糙或缠绕防腐层的管道，影响精确测量管径及换能器的定位。或换能器安装不在管道轴线对称点上、换能器安装距离不对（有时安装为确保信号强度而有意缩短安装距离）、由于管道的振动使换能器产生轻微的位移，都影响测量的精度。

五、常见故障及排除方法

使用中的常见故障有，一是由于仪表元器件引起的故障，如雷电容易在仪表线路感应出高电压及浪涌电流，使仪表损坏；二是由于选型不当、安装不妥、环境条件、流体特性等因素造成的故障，如显示值波动较大、计量精度下降等；三是由于换能器上附着物过多，严重影响超声波的的发射、接收，但仪表自检参数如信号强度等显示良好，仪表出现假值现象；四是流量计测量值出现异常的漂移及累积量出错等，仪表受干扰、运算储存出错现象。

1.主机表盘无流量信号。原因是换能器与主机之间连线断开或插件接口松动，重新紧连接后可恢复正常。信号强度不够，其原因一是换能器位置移动或松动，电源出现干扰源，重新调整换能器的位置、加装电源稳压滤波等排除故障；二是换能器与介质接触表面出现结垢严重，影响超声波信号的发射、接收，降低了仪表的信号强度，这在未处理的原水管中出现的频率较高，拆下清洗换能器表面，去除结垢，重新装好换能器即可。

2.瞬时流量波动大。*先检查流量计上、下流有影响流体介质流动状态的管件（调节阀或急弯、分流管等）；然后检查现象周围是存在对信号源的干扰源，如变频设备，电焊设备等干扰。处理方法是调整管内流体平稳状态，信号线加装屏蔽接地，消除干扰。如还不能正常运行，只能另选远离干扰源点，重新安装超声波流量计。

六、定期校验

超声波流量计在长期使用中必需定期校验，确保其准确可靠稳定。由于超声波流量计安装特性及生产运行的正常，不可能停产或拆下外送检定。便携式高精度超声波流量计是目前较好的在线检测流量仪表。我们通常采用0.5级精度便携式超声波流量计对现场流量计进行比对法检校，该操作简单方便实用，确保了超声波流量计的正常可靠运行。超声波流量计是当今在大管径的管道上使用较多的流量计之一，我们只有更好的了解、掌握、应用好，使之为生产更好的服务。