超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)、安裝及常見(jiàn)故障分析

上海自動(dòng)化儀表四廠(chǎng)超聲波流量計(jì)具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、用途廣泛、安裝維修方便等許多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際使用中由于長(zhǎng)期受到安裝、環(huán)境等因素的影響，在后繼使用中發(fā)生各種故障。文章作者結(jié)合長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作經(jīng)驗(yàn)就超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)、安裝注意事項(xiàng)及常見(jiàn)故障進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析和闡述，并就這些問(wèn)題提出相應(yīng)的解決辦法和處理意見(jiàn)，解決企業(yè)在安裝和使用超聲波流量計(jì)過(guò)程中遇到的各種技術(shù)問(wèn)題。

引言

超聲波流量計(jì)是一種可以利用非接觸的方法來(lái)測(cè)量流體流量的儀表。它既可以測(cè)量其他儀表不能檢測(cè)的非導(dǎo)電介質(zhì)、放射性、易爆和強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的流量，也可以用于不易觀(guān)察和直接接觸的介質(zhì)流量的測(cè)量。它的測(cè)量準(zhǔn)確度較高，上海自動(dòng)化儀表四廠(chǎng)可以不受被測(cè)介質(zhì)的各種參數(shù)的干擾，尤其可以解決測(cè)量大管徑的液體流量問(wèn)題。因此超聲波流量計(jì)被廣泛應(yīng)用于環(huán)保、油田、水務(wù)公司、冶金、發(fā)電等行業(yè)，而熟悉和掌握超聲波流量計(jì)的安裝及常見(jiàn)故障問(wèn)題處理是解決流量測(cè)量準(zhǔn)確這一問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

1 超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理

超聲波流量計(jì)是通過(guò)測(cè)量流體流動(dòng)對(duì)超聲波產(chǎn)生的信號(hào)影響來(lái)對(duì)流體流量進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量原理是利用“時(shí)差法”來(lái)測(cè)量的。而時(shí)差法的測(cè)量原理為：一個(gè)超聲波探頭發(fā)射聲波信號(hào)穿過(guò)流體介質(zhì)、管壁到另一側(cè)的管壁后，被管壁的另一側(cè)探頭接收到信號(hào)，與此同時(shí)，第二個(gè)探頭也發(fā)射聲波信號(hào)被前一個(gè)探頭接收到，由于受到流體介質(zhì)間流速的影響，兩者之間存在一定的時(shí)間差Δt，根據(jù)公式推算出時(shí)間差 Δt和流速 V之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系V=（C2/2L）×Δt，進(jìn)而可以得到相關(guān)的管道內(nèi)的流量值Q。

2 超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)

2.1 使用面廣

在發(fā)電廠(chǎng)中，用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量。超聲波流量計(jì)也可于氣體流量測(cè)量。管徑的適用范圍從 2cm到 5m，從幾米寬的明渠、暗渠到河流都可適用。多普勒法超聲波流量計(jì)可測(cè)量雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測(cè)量。

2.2 價(jià)格適中

因各類(lèi)超聲波流量計(jì)均可管外安裝、非接觸測(cè)流，流量?jī)x表成本基本上與被測(cè)管道口徑大小無(wú)關(guān)。從而比起其他類(lèi)型的流量計(jì)，超聲波流量計(jì)隨著口徑增大造價(jià)大幅度減少，所以，口徑越大，優(yōu)點(diǎn)越顯著。另外一般流量計(jì)隨著測(cè)量管徑的增大會(huì)帶來(lái)制造和運(yùn)輸上的困難，從而抬高成本和造價(jià)，而超聲波流量計(jì)在成本和造價(jià)方面均可避免。

2.3 維修和安裝方便

安裝時(shí)不需要閥門(mén)，法蘭、旁通管路等，無(wú)論是安裝還是維修，都不需要切斷流體，不會(huì)影響管道內(nèi)流體的正常流通。因此，維修和安裝方便。

2.4 解決測(cè)量各種介質(zhì)流量的難題

超聲波流量測(cè)量的準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、密度、壓力和粘度等參數(shù)的影響。由于超聲波流量計(jì)是非接觸式流量?jī)x表，所以，除了用于測(cè)量水、石油等一般介質(zhì)外，還能對(duì)非導(dǎo)電介質(zhì)、放射性、易爆和強(qiáng)腐蝕介質(zhì)進(jìn)行流量測(cè)量。

3 超聲波流量計(jì)探頭的分類(lèi)及主要安裝方法

3.1 超聲波流量計(jì)探頭的種類(lèi)

常用的超聲波流量計(jì)探頭按安裝方式有如下三種：

（1）管段式探頭，安裝時(shí)需要切開(kāi)選定的直管段，采用法蘭連接。產(chǎn)品已經(jīng)過(guò)生產(chǎn)廠(chǎng)家標(biāo)定，好處是探頭可以在使用企業(yè)不用停產(chǎn)的情況下進(jìn)行維修，其特點(diǎn)是測(cè)量的準(zhǔn)確度高。

（2）插入式探頭，安裝時(shí)需用鉆孔工具在使用企業(yè)不停產(chǎn)狀態(tài)下將探頭插入管線(xiàn)中。特點(diǎn)是能在水中帶氣體或水管內(nèi)壁結(jié)垢情況下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的測(cè)量。

（3）外夾式探頭，安裝時(shí)需將管外壁的預(yù)安裝位置用打磨工具打磨光滑后用耦合劑將探頭貼于管外壁再用專(zhuān)用夾緊裝置固定。此類(lèi)方法能方便地在管壁外進(jìn)行水流量測(cè)量，也適合便攜式流量計(jì)。不好的地方是易造成耦合劑的處理不當(dāng)引起信號(hào)接收狀態(tài)異常而影響測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.2 超聲波流量計(jì)探頭的安裝方法

超聲波流量計(jì)傳感器的安裝方法直接關(guān)系到水流量測(cè)量的運(yùn)行可靠性、可信度和準(zhǔn)確性。超聲波流量計(jì)探頭的安裝位置一般選擇兩個(gè)探頭管軸在與管軸水平面成45度夾角處或管道的管軸水平方向上。超聲波流量計(jì)探頭的安裝方法有 Z、V、N、W 方法。其中 N、W 方法適用于管徑為 50mm 以下的管道，因性?xún)r(jià)比和使用難度原因而被很少用到。常用方法主要有兩種：

（1）“Z”方法安裝， “Z”方法安裝一般適用于水介質(zhì)較差不潔凈、輸水管道管徑較大、管道內(nèi)壁有水垢或使用“V”方法安裝信號(hào)失真較嚴(yán)重的情況。一般“Z”方法安裝的可測(cè)管徑范圍通常在 100mm~600mm，300mm以上管徑的管道選用“Z”方法安裝較適合。安裝探頭時(shí)須注意管道軸線(xiàn)與上下游兩探頭在同一平面內(nèi)，且上游探頭在高位，下游探頭在低位。

（2）“V”方法安裝， “V”方法安裝是標(biāo)準(zhǔn)的安裝方法，可測(cè)量外管徑范圍為25mm~400mm。安裝探頭時(shí)須注意上下游兩探頭水平方向?qū)R，使其管道軸線(xiàn)與中心連線(xiàn)水平一致。

3.3 超聲波流量計(jì)探頭安裝的后續(xù)檢查

（1）通過(guò)流量計(jì)表頭核查上下游端探頭的信號(hào)質(zhì)量和信號(hào)強(qiáng)度是否滿(mǎn)足要求，判斷探頭能否接收到流量計(jì)表頭工作所需的超聲波信號(hào)。

（2）主要檢查安裝位置與探頭需要的間距是否合適。

（3）與管道外壁結(jié)合面的接觸是否光滑，結(jié)合是否緊密。

4 超聲波流量計(jì)使用中的常見(jiàn)故障與處理方法

4.1 故障表現(xiàn)：外夾式超聲波流量計(jì)探頭的信號(hào)過(guò)低

（1）故障分析：輸水的管道結(jié)垢較厚、管道外徑過(guò)大超過(guò)允許范圍、管道中介質(zhì)不滿(mǎn)管或探頭選用的安裝方法不合適。

（2）處理方法：管道結(jié)垢較厚可選用插入式的探頭安裝，對(duì)于外管徑過(guò)大和管道中介質(zhì)不滿(mǎn)管可以重新選擇探頭的安裝方法。

4.2 故障表現(xiàn)：流量計(jì)儀表在安裝現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)磁場(chǎng)干擾下無(wú)法正常使用

（1）故障分析：有可能是探頭周?chē)袕?qiáng)磁場(chǎng)干擾、有大功率變頻器、接地線(xiàn)的安裝不合適或流量計(jì)的供電電源波動(dòng)較大。

（2）處理方法：將流量?jī)x表安裝在遠(yuǎn)離強(qiáng)磁場(chǎng)和大功率變頻器的場(chǎng)地，將流量計(jì)表頭正確方法接地，給流量計(jì)換裝穩(wěn)定的電源供電。

4.3 故障表現(xiàn)：流量計(jì)的瞬時(shí)流量數(shù)據(jù)波動(dòng)較大

（1）故障分析：可能由于探頭的安裝位置和管道內(nèi)氣體的影響使信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)較大，從而使流量數(shù)據(jù)波動(dòng)較大。

（2）處理方法：首先重新調(diào)整探頭的角度和位置，使管道軸線(xiàn)與上下游兩探頭在同一平面內(nèi)，其次保證探頭的安裝間距準(zhǔn)確無(wú)誤。如管道內(nèi)有氣體影響管道內(nèi)本身流體波動(dòng)大，也可以重新選擇探頭的安裝位置，但是要確保探頭安裝前10D后 5D的安裝要求。

4.4 故障表現(xiàn)：插入式探頭在使用一段時(shí)間后出現(xiàn)主機(jī)信號(hào)降低現(xiàn)象

（1）故障分析：可能管道內(nèi)或者探頭表面產(chǎn)生水垢、探頭安裝位置改變或者發(fā)生偏移、探頭長(zhǎng)時(shí)間日曬導(dǎo)致信號(hào)衰減。

（2）處理方法：重新安裝和調(diào)整流量計(jì)探頭的位置，清潔探頭和管壁上的水垢，若探頭信號(hào)已經(jīng)衰減可重新更換新的探頭。

4.5 故障表現(xiàn)：流量計(jì)在開(kāi)機(jī)的情況下無(wú)法顯示數(shù)據(jù)

（1）故障分析：上海自動(dòng)化儀表四廠(chǎng)流量計(jì)表頭的保險(xiǎn)絲已經(jīng)燒斷或者使用方提供的電源與流量?jī)x表所需要的額定值不符。（2）處理方法：在儀表上檢查保險(xiǎn)絲是否已經(jīng)燒斷，并檢查使用方提供的電源參數(shù)是否與流量?jī)x表所規(guī)定的額定值相符合。

4.6 故障表現(xiàn)：流量?jī)x表開(kāi)機(jī)后只有背光顯示卻無(wú)任何數(shù)據(jù)顯示

（1）故障分析：此類(lèi)情況一般為流量?jī)x表本身的內(nèi)部程序芯片異常所致。

（2）處理方法：聯(lián)系流量計(jì)生產(chǎn)廠(chǎng)家現(xiàn)場(chǎng)檢查故障并處理，如無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)修理則需寄回廠(chǎng)家檢查并維修。