時(shí)間：2022-01-27 05:44:00
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和傳統(tǒng)的機(jī)械、電磁式的測(cè)量流量的儀表相對(duì)比，超聲波流量計(jì)主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是作為一種非接觸式的儀表，超聲波流量計(jì)能夠在管道外部測(cè)量，它完全沒有壓力的損失，也不會(huì)流體流動(dòng)的狀態(tài)的改變，對(duì)原有的管道不需要進(jìn)行任何的加工就可以測(cè)量。二是超聲波流量計(jì)輸出信號(hào)和被測(cè)的流體的流量為線性的關(guān)系。三是測(cè)量的結(jié)果不會(huì)受到被測(cè)的流體黏度及電導(dǎo)率等影響，可以用來測(cè)量非導(dǎo)電性的液體或者氣體。四是對(duì)大口徑、大流量的測(cè)量，它的測(cè)量成本基本和管徑大小沒有任何關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)能耗的節(jié)約，而不象其它類型的流量計(jì)管徑增大、成本會(huì)大幅度地增加。五是它更能適合所處條件較惡劣的被測(cè)流體，由于檢測(cè)不需要接觸，從而帶來很大便利和好處。它的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在，對(duì)于外夾式的超聲波流量計(jì)，檢測(cè)元件的維修和更換較為方便，不用斷流，也不會(huì)影響生產(chǎn)運(yùn)行，可是，由于其在管道外進(jìn)行測(cè)量，聲道的數(shù)量比較少，因此精度比管道嵌入式的低；而對(duì)于管道嵌入式的超聲波流量計(jì)，一方面維修與更換會(huì)較為麻煩，另一方面由于有三、四聲道和更多聲道的產(chǎn)品，其精度會(huì)很高。還有，由于超聲波流量計(jì)的安裝對(duì)前后的直管段要求上有很大的限制，從而產(chǎn)生較高的造價(jià)和運(yùn)輸成本。
2超聲波流量計(jì)選型的注意事項(xiàng)
超聲波流量計(jì)選型工作較為復(fù)雜，關(guān)注的內(nèi)容包括：被測(cè)的介質(zhì)類別、儀表的性能和參數(shù)、換能器的類型、功能及適用的范圍、聲道的設(shè)置、前后的直管段長(zhǎng)度的要求等等。選型應(yīng)當(dāng)注意以下幾個(gè)方面：一是要了解被測(cè)對(duì)象的現(xiàn)場(chǎng)情況和物理的特性；二是其信號(hào)的處理單元必須適合戶外、爆炸、危險(xiǎn)性等類型的場(chǎng)所進(jìn)行安裝，防爆和防護(hù)的等級(jí)必須符合現(xiàn)場(chǎng)的要求。二是換能器的前后應(yīng)有一定長(zhǎng)度的直管段，從而確保流體流速的分布，通過要求前面的直管段在10D以上，而后面的直管段就在5D以上，并且其上游30D之內(nèi)，不可以安裝閥、泵等擾動(dòng)設(shè)備。三是換能器要安裝于傾斜及水平的管道上的時(shí)候，不能裝于上部或者底部，避免管道中的氣體或者雜質(zhì)進(jìn)到測(cè)量的聲道當(dāng)中。四是換能器安裝必須使超聲波的傳播路徑經(jīng)過管道的中心。四是要區(qū)分被測(cè)對(duì)象進(jìn)行選型，氣體用的換能器頻率一般在100至300KHz，而液體用的換能器頻率一般為1至5MHz。
3超聲波流量計(jì)在石化行業(yè)計(jì)量中的應(yīng)用
3.1用時(shí)差法超聲波流量計(jì)來測(cè)量成品油超聲波流量計(jì)可以進(jìn)行多聲道進(jìn)行測(cè)量；能通過報(bào)警功能和智能檢定軟件診斷來監(jiān)測(cè)其運(yùn)行的狀態(tài)；能對(duì)各聲道自動(dòng)增益進(jìn)行調(diào)節(jié)；能夠測(cè)量出各聲道流速的分布、進(jìn)行第一聲道聲速的計(jì)算，從而校正旋渦流、橫向流及不對(duì)稱流；在被測(cè)的液體密度和粘度發(fā)生變化的時(shí)候，能通過聲速的測(cè)量來反推油品密度和粘度，從而利用超聲波流量計(jì)替替代密度計(jì)，解決處理混油段技術(shù)。
3.2標(biāo)準(zhǔn)體積管實(shí)流標(biāo)定超聲波流量技術(shù)雙向標(biāo)準(zhǔn)體積管屬于標(biāo)準(zhǔn)容積式的機(jī)械設(shè)備類型，在U型的標(biāo)準(zhǔn)管段的進(jìn)口和出口裝著檢測(cè)開關(guān)兩（或四）個(gè)，排液球或活塞一個(gè)。觸動(dòng)首個(gè)檢測(cè)開關(guān)，排液球進(jìn)到標(biāo)準(zhǔn)段；排液球觸動(dòng)第二個(gè)檢測(cè)開關(guān)，則離開了標(biāo)準(zhǔn)段。超聲波流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量的原理說明，其脈沖與真實(shí)的流速（或流量）會(huì)有固定的延時(shí)。然而管道中流體的擾動(dòng)很復(fù)雜，會(huì)包括多次擾動(dòng)的渦流及非軸向的速度成分。超聲波流量計(jì)沿一或多個(gè)采樣的聲道，通過發(fā)射器與接收器的正反向的時(shí)差，可以檢測(cè)、推導(dǎo)、計(jì)算出流體的流速。
4結(jié)語
（日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司，山東 日照 276800）
【摘要】介紹了超聲波流量計(jì)的工作原理、結(jié)構(gòu)、選型原則及安裝要求。
關(guān)鍵詞 超聲波流量計(jì)；結(jié)構(gòu)；選型；安裝
1超聲波流量計(jì)的工作原理
超聲波流量計(jì)利用超聲波測(cè)量流量有許多種方法，其中典型的方法有時(shí)差法、聲循環(huán)法、多普勒法。本文主要介紹時(shí)差法超聲波流量計(jì)的工作原理，超聲波在流體中的傳播速度受到流體流速的影響，在流體順流方向和逆流方向是不一樣的，其傳播時(shí)間差和流體的流速成正比。只要測(cè)出超聲波在這兩個(gè)方向上傳播的時(shí)-間差，便可知流體的流速，再乘以管道截面積便可得流體的流量。具體計(jì)算公式如下：
超聲波在順流方向傳播時(shí)間t1為：
由上可知這時(shí)只要測(cè)得t1和t2，便可求得流體流速，流體流量。
2超聲波流量計(jì)的結(jié)構(gòu)
超聲波流量計(jì)主要由換能器和控制器（變送器）兩部分構(gòu)成。換能器有兩種，一種是發(fā)射換能器，另一種是接收換能器。發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測(cè)流體中，接收換能器接收到超聲波信號(hào)，通過傳輸線送到控制器（變送器）。控制器（變送器）的作用是將接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為與被測(cè)流體體積流量成正比的電信號(hào)，進(jìn)行顯示和累計(jì)計(jì)算，還可將信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)傳進(jìn)入DCS等控制系統(tǒng)。
3超聲波流量計(jì)的選型
為確保流量計(jì)正常投運(yùn)，儀表選型至關(guān)重要。超聲波流量計(jì)根據(jù)換能器的安裝方法不同可分為外夾式超聲波流量計(jì)、插入式超聲波流量計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)管段式超聲波流量計(jì)。超聲波流量計(jì)的選型主要是根據(jù)計(jì)量要求選擇適合的流量計(jì)。
（1）外夾式超聲波流量計(jì)，優(yōu)點(diǎn)：①外夾式超聲波流量計(jì)的換能器安裝在管道外面，不與被測(cè)流體直接接觸，不存在換能器腐蝕、粘結(jié)等問題；②測(cè)量時(shí)，在管道內(nèi)部無任何測(cè)量部件，沒有壓力損失，不改變流體的流動(dòng)狀態(tài)；③安裝簡(jiǎn)單方便，管道不用切斷，不用開孔，安裝時(shí)不用停流；④可以便攜使用，便于對(duì)有懷疑的其他流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)。不足：①對(duì)管道條件要求較高，應(yīng)確定管道材質(zhì)、管道外徑、壁厚、襯里材質(zhì)和厚度等；②測(cè)量精度相對(duì)低一些。
（2）插入式超聲波流量計(jì)，優(yōu)點(diǎn)：①安裝時(shí)不用停流，使用專用安裝工具在管道上開孔，換能器直接穿插在孔內(nèi)；②與外夾式超聲波流量計(jì)相比，測(cè)量精度較高，不受管道銹蝕、結(jié)垢等的影響。不足：①換能器直接與被測(cè)流體接觸，易被腐蝕、結(jié)晶造成儀表測(cè)量不準(zhǔn)確。
（3）標(biāo)準(zhǔn)管段式超聲波流量計(jì)，把換能器固定安裝在按照設(shè)計(jì)加工好的管段上，并且換能器直接與被測(cè)流體接觸。這種流量計(jì)能夠準(zhǔn)確控制加工精度，同時(shí)可以精確測(cè)量管段的幾何尺寸，而且兩個(gè)換能器之間只有單一被測(cè)介質(zhì)，所以測(cè)量準(zhǔn)確度較高，但是，不足是安裝麻煩，需要斷流，割開管道安裝，而且對(duì)于大口徑管道定做價(jià)格較高，因此除非特殊要求一般不建議選用此種超聲波流量計(jì)。
綜上，超聲波流量計(jì)在選型時(shí)必須綜合考慮準(zhǔn)確度、安裝條件、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等，選擇適合的流量計(jì)。
4超聲波流量計(jì)的安裝
（1）測(cè)量點(diǎn)的選取：①測(cè)量點(diǎn)應(yīng)盡量選擇距離上游10倍直徑、下游5倍直徑以內(nèi)均勻直管段，以確保流體所需的流速分布；②流量計(jì)盡可能水平或垂直安裝，管內(nèi)必須充滿流體，當(dāng)換能器安裝在傾斜管道上時(shí)，不要裝在上部和底部，以免管道內(nèi)的氣體或雜質(zhì)進(jìn)入測(cè)量聲道，應(yīng)盡可能使換能器處于和水平面成45度角的范圍內(nèi)；③對(duì)于外夾式超聲波流量計(jì)，測(cè)量點(diǎn)管道內(nèi)壁不能有過厚結(jié)垢層，盡量選擇無結(jié)垢的管段且應(yīng)具有良好的導(dǎo)聲性能；
（2）換能器安裝方式
①V法安裝
適用于管徑較小時(shí)，采用V法安裝擴(kuò)大了聲程長(zhǎng)度，增加了順逆向聲波傳播時(shí)間；
②Z法安裝
Z法安裝方式一般適用于DN200以上管道，使用Z法安裝時(shí)超聲波在管道中直接傳輸，沒有折射，信號(hào)衰耗小。
5超聲波流量計(jì)的應(yīng)用
近年來，由于電子技術(shù)的進(jìn)步，超聲波流量計(jì)發(fā)展很快，且日益完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。各種超聲波流量計(jì)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)計(jì)量和水利檢測(cè)等方面，例如，在市政行業(yè)的原水、自來水、中水、污水的計(jì)量中，超聲波流量計(jì)具有大量程比，無壓損的特點(diǎn)，在保證測(cè)量準(zhǔn)確度的同時(shí)提高了官網(wǎng)的輸水效率；在工業(yè)冷卻循環(huán)水的計(jì)量中，超聲波流量計(jì)實(shí)現(xiàn)了在線不斷流帶壓安裝和在線標(biāo)定。
6結(jié)束語
綜上所述，超聲波流量計(jì)作為流量測(cè)量?jī)x表，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，特別是智能化超聲波流量計(jì)，采用微處理器和程序控制，且?guī)ㄓ嵔涌?、功能更?qiáng)、編程方便，因而具有更強(qiáng)的生命力。但是不論其如何發(fā)展，如果設(shè)計(jì)選型及安裝不當(dāng)，不僅無法發(fā)揮其優(yōu)越性，還會(huì)帶來?yè)p失。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，超聲波流量計(jì)的正確選型及安裝是極為重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)，必須引起我們的重視。
參考文獻(xiàn)
［1］高魁明.熱工測(cè)量?jī)x表[M].2版.冶金出版社,2006.
【關(guān)鍵詞】超聲波流量計(jì);噪聲;抗干擾
1.超聲波流量計(jì)概述
超聲波流量計(jì)是通過檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束（或超聲脈沖）的作用以測(cè)量流量的儀表，目的是解決一些測(cè)量困難的問題。超聲波流量計(jì)，集計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)于一身，將聲學(xué)的研究成果與現(xiàn)代電子技術(shù)結(jié)合在一起，可以用于多種液體的測(cè)量。
2.噪聲來源
在超聲波流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)中，構(gòu)成噪聲源物質(zhì)的類型很多。如：
（1）流量計(jì)安裝環(huán)境中可能存在的較大的電場(chǎng)和磁場(chǎng)干擾;
（2）靠近水泵安裝時(shí)的水泵帶來的接近于超聲波信號(hào)的噪音;
（3）操作人員隨身攜帶的通信系統(tǒng);
（4）電源中的高次諧波;
（5）電路板上高頻晶體振蕩器所帶來的噪聲干擾。對(duì)于從外界來的噪聲干擾源，主要采用降低電路對(duì)噪聲的敏感度、減少噪聲拾取、切斷噪聲耦合路徑的辦法解決，而對(duì)于來自于系統(tǒng)內(nèi)部，如電路板上的噪聲源，則采取信號(hào)地、數(shù)字地分離、多點(diǎn)接地、合理布線的方法解決。
典型的噪聲路徑框圖如圖1所示?？梢钥闯觯粋€(gè)噪聲問題的產(chǎn)生必須具備三個(gè)要素，首先，必須有噪聲源;其次，必須有對(duì)噪聲敏感的接收器;第三，必須有一個(gè)將噪聲從源頭傳送到接收器的耦合路徑。因而要解決噪聲問題就必須從這三個(gè)方面著手解決。
圖1 噪聲產(chǎn)生的三要素
3.改良措施
3.1 濾波
因?yàn)槌暡ㄐ盘?hào)的頻率大致為1Mhz，由運(yùn)放和電容等器件構(gòu)成的有源濾波器的帶寬較小，最大在幾百千赫茲，在這個(gè)頻率附近不易采用，而若采用專用集成的濾波電路造價(jià)又偏高，因此這里采用了簡(jiǎn)單易行的由電感和電容組成的LC 濾波器。
如圖2所示，由L和C組成并聯(lián)諧振，將諧振頻率設(shè)在1.5MHz，由L1、C1 以及 L2、C2組成串聯(lián)諧振，整個(gè)形成T型網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)了帶通濾波。
圖2 濾波電路
除了設(shè)計(jì)信號(hào)處理中的濾波電路外，對(duì)所有進(jìn)出屏蔽盒的導(dǎo)線都實(shí)施了濾波措施。在導(dǎo)線穿透屏蔽體的地方，使用了饋通電容，并且在導(dǎo)線和電路端的地之間又連接了一個(gè)短引腳的云母電容。
3.2 屏蔽
在本次設(shè)計(jì)中采用了以鋁為材料的殼體，對(duì)處于內(nèi)部的儀器形成電場(chǎng)和磁場(chǎng)的保護(hù)層。眾所周知，理想的屏蔽體應(yīng)是一個(gè)封閉的、連續(xù)的導(dǎo)電殼體，沒有開孔和接縫。然而實(shí)際使用中卻因?yàn)橐季€，很難達(dá)到真正的屏蔽。通過對(duì)屏蔽的不連續(xù)性對(duì)磁場(chǎng)感應(yīng)電流影響的分析，這里沒有采用矩形縫隙走線，而采用了在屏蔽盒多個(gè)面上開小孔的策略，并且使進(jìn)出屏蔽體的導(dǎo)線的屏蔽層都360°連接到屏蔽盒上。這樣做的好處是直接改善了系統(tǒng)對(duì)于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的忍耐能力，增強(qiáng)了性能。
3.3 平衡電路
平衡電路是用于產(chǎn)生相同和相反信號(hào)的電路，將這些信號(hào)送入兩個(gè)導(dǎo)線;電路的平衡特性越好，信號(hào)的散射就越小;它的噪聲抑制特性也越好。
平衡電路抵消干擾信號(hào)的能力，是建立在信號(hào)波形和幅值嚴(yán)格對(duì)稱，同、反相端電路增益嚴(yán)格一致的基礎(chǔ)上的，理論上，理想的平衡放大器對(duì)感應(yīng)噪聲具有無窮大的抑制比，可以將干擾信號(hào)完全抵消，但在實(shí)際應(yīng)用中，平衡電路由于增益誤差等原因，抗干擾能力不可能達(dá)到理想值，甚至?xí)a(chǎn)生一些新的失真和噪音。
但即使這樣，相對(duì)于單端電路只能采用加強(qiáng)屏蔽和進(jìn)行電源濾波來降低干擾來講，平衡電路仍不失為一種主動(dòng)式、積極有效的抗干擾措施，在惡劣電磁環(huán)境、長(zhǎng)距離傳輸時(shí)優(yōu)勢(shì)非常明顯。
4.結(jié)論
超聲波流量計(jì)的設(shè)計(jì)和使用過程中，各種噪聲對(duì)其測(cè)量精度有較大影響，本文通過采用濾波、屏蔽、平衡電路等方式對(duì)流量計(jì)電路進(jìn)行了改良，產(chǎn)品已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)得到使用，取得了明顯的效果。
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關(guān)鍵詞：液體超聲波流量計(jì)；標(biāo)定方法；貿(mào)易交接；中海油的應(yīng)用
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文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：16723198（2013）21019102
1概述
近年來，隨著液體超聲波流量計(jì)計(jì)量與測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展，使得液體超聲波流量計(jì)在流量計(jì)量與測(cè)量的領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，并且在很多應(yīng)用工況中，逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的容積式流量計(jì)和渦輪流量計(jì)，成為貿(mào)易交接和過程測(cè)量的新寵。美國(guó)Emerson公司的Daniel產(chǎn)品，德國(guó)Krohne，法國(guó)Faure Herman，美國(guó)Cameron等公司生產(chǎn)的多聲道管段式液體超聲波流量計(jì)已在國(guó)內(nèi)外的成品油和原油的交接計(jì)量站中有多次成功的應(yīng)用，例如，在中海油的渤中LVDA27-2作業(yè)區(qū)，中海油伊拉克米桑油田區(qū)塊外輸計(jì)量，中海油-新田石油合作平臺(tái)LF7-2的外輸計(jì)量撬中均已成功投用。從技術(shù)的角度出發(fā)，由于多聲道管道式液體超聲波流量計(jì)在大口徑管道，大流量計(jì)計(jì)量中有著突出的優(yōu)勢(shì)，無附加壓力損失，無可移動(dòng)部件的構(gòu)造及完善的自診斷功能，便利的在線維護(hù)性的優(yōu)勢(shì)都超過了傳統(tǒng)的容積式流量計(jì)和渦輪流量計(jì)，并有著較其他液體流量計(jì)更寬的量程比，所以逐步成為應(yīng)用于液體烴貿(mào)易交接的計(jì)量?jī)x表。
2液體超聲波流量計(jì)工作原理及檢定難點(diǎn)
液體超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理是根據(jù)時(shí)差法，即當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)帶上流體的信息，即使往返的聲波信號(hào)的傳播時(shí)間產(chǎn)生微小的變化，時(shí)間的變化正比于流速。多聲道液體超聲波流量計(jì)是通過測(cè)量不同聲道上的傳播時(shí)間差來時(shí)間測(cè)量與計(jì)算的。
根據(jù)API 5.8章節(jié)中可知，超聲波流量計(jì)不同于傳統(tǒng)的容積式流量計(jì)和渦輪流量計(jì)，其是靠電子芯片間接測(cè)量而對(duì)外發(fā)出計(jì)算脈沖的，此即為人工“制造”出與流量相關(guān)的脈沖（頻率），由于流量脈沖和串行信號(hào)是通過計(jì)算獲得，因此輸出信號(hào)會(huì)落后于流體的特性，而且經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的處理，脈沖信號(hào)很可能落后于串行數(shù)據(jù)的信號(hào)。
超聲波流量計(jì)在其內(nèi)部幾條聲道上進(jìn)行高頻率的時(shí)間差測(cè)量，由于流體流動(dòng)存在的不穩(wěn)定性，任何微小的流量擾動(dòng)和脈動(dòng)都會(huì)被流量計(jì)所檢測(cè)到，從而導(dǎo)致流量計(jì)產(chǎn)生不均勻的脈沖輸出（如圖1），而這些信息是其他傳統(tǒng)的機(jī)械性流量計(jì)而反應(yīng)不出來的。
而活塞式體積管由于最大尺寸的容積仍遠(yuǎn)小于API的容積推薦值，另外還有活塞式體積管在運(yùn)行過程中的發(fā)射和回收可以引起流量的明顯擾動(dòng)，因此活塞式體積管不能直接用于標(biāo)定液體超聲波流量計(jì)。
綜上所述，由于超聲波流量計(jì)本身的原理及特點(diǎn)存在不均勻的脈沖輸出，所以導(dǎo)致標(biāo)定的體積管容積值巨大，大型的體積管在制造，使用，運(yùn)輸安裝方面存在很多不便之處，尤其是海洋石油受平臺(tái)及油輪上空間及重量的局限性，都嚴(yán)重制約著超聲波流量計(jì)在中海油的發(fā)展及應(yīng)用。
3液體超聲波流量計(jì)的檢定
由上所述，根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)可用球形體積管根據(jù)規(guī)范推薦的容積來選擇直接標(biāo)定液體超聲波流量計(jì)。但是由于海上條件的限制，不是每個(gè)項(xiàng)目及應(yīng)用都有足夠的空間來滿足球形體積管，所以要在中海油的業(yè)務(wù)中尋求更新和發(fā)展，必須要有辦法來解決這個(gè)問題。
目前國(guó)際上的應(yīng)用證明等精度傳遞理論即“活塞式體積管+標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法”可以解決超聲波流量計(jì)需要體積管容積大的問題，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)考慮到量程范圍，推薦用渦輪流量計(jì)。
在流量計(jì)量領(lǐng)域中有等精度傳遞理論，及流量量值傳遞時(shí)只需要滿足計(jì)量學(xué)相關(guān)性基本原則，流量計(jì)在使用時(shí)和檢定時(shí)流量點(diǎn)相同，介質(zhì)相同和使用介質(zhì)的物理特性相同，流量計(jì)檢定和使用時(shí)幾何特性相同，流量計(jì)在檢定和使用過程中的操作過程相同，那么流量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的流量單位制將會(huì)等同精度傳遞給工作流量計(jì)。
“小容積體積管+標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法”的檢定方法為：
（1）先利用活塞體積管檢定作為中間傳遞的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，在規(guī)定的流量點(diǎn)下，逐點(diǎn)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量（測(cè)量次數(shù)不少于5次），再進(jìn)行溫度，壓力修正后，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)表在每個(gè)檢定點(diǎn)下的平均儀表系數(shù)和對(duì)應(yīng)的重復(fù)性。標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)檢定得到的重復(fù)性已優(yōu)于0.02%為宜。
（2）在相同的檢定流量計(jì)和檢定條件下，在規(guī)定的時(shí)間段和規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)表脈沖數(shù)（通常大于10000個(gè)）內(nèi)同時(shí)記錄標(biāo)準(zhǔn)表流量計(jì)和超聲波流量計(jì)的脈沖數(shù)以及當(dāng)時(shí)各處的溫度，壓力數(shù)據(jù)，此時(shí)體積管停止運(yùn)行。
（3）通過標(biāo)準(zhǔn)表的脈沖數(shù)及儀表系數(shù)及當(dāng)時(shí)的溫度，壓力，計(jì)算出流過標(biāo)準(zhǔn)表的流體體積。
（4）通過標(biāo)準(zhǔn)表的流體體積及超聲波流量計(jì)處的溫度，壓力可以得出超聲波流量計(jì)在每一個(gè)檢定點(diǎn)下的平均儀表系數(shù)和對(duì)應(yīng)的重復(fù)性。
目前“小容積體積管+標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)法”是液體超聲波流量計(jì)的主要檢定方法，國(guó)外主要的技術(shù)機(jī)構(gòu)都采用本方法，并且主流的流量計(jì)算機(jī)，例如S600+，OMNI等都在控制程序中都支持該檢定方法。
小容積體積管+標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的檢定方法符合JJG1030-2007超聲波流量計(jì)檢定規(guī)程中關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)在線檢定的技術(shù)要求，可以對(duì)使用中的超聲波流量計(jì)的進(jìn)行檢定和檢驗(yàn)。
4液體超聲波流量計(jì)在中海油貿(mào)易交接的應(yīng)用
中海石油旅大32-2/27-2油田項(xiàng)目中第一次應(yīng)用液體超聲波流量計(jì)作為貿(mào)易交接的應(yīng)用。該油田在其旅大32-2PSP平臺(tái)上配備了兩套美國(guó)艾默生公司Daniel液體超聲波流量計(jì)，采用一臺(tái)18in活塞式體積管（容積值約120L）及一臺(tái)渦輪流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)表。應(yīng)用本文提出的方法進(jìn)行標(biāo)定后得到新的流量計(jì)系數(shù)。外輸作業(yè)結(jié)束后，通過對(duì)比流量計(jì)及油罐的數(shù)據(jù)得到較好的一致性，兩者之間偏差小于0.02%。目前該項(xiàng)目已經(jīng)投用兩年多，得到客戶的肯定和好評(píng)。
隨后中海油伊拉克項(xiàng)目采用了三套DN150的液體超聲波流量計(jì)，同樣配用18in活塞式體積管及一臺(tái)渦輪流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)表，目前已經(jīng)為中海油與伊拉克油田方提供貿(mào)易計(jì)量的服務(wù)。
此外，液體超聲波流量計(jì)+球形體積管方式應(yīng)用于中海石油-新田石油合作平臺(tái)LF7-2原油的外輸計(jì)量中。
對(duì)于中海油近五年來首個(gè)FPSO，恩平油田群24-2船，已經(jīng)確認(rèn)為液體超聲波流量計(jì)（三用一備DN250）+球形體積管（30寸雙相球形體積管）的外輸計(jì)量方案。2014年將投產(chǎn)使用。
5結(jié)論
作為貿(mào)易計(jì)量?jī)x表，準(zhǔn)確性，重復(fù)性是流量計(jì)的重要參數(shù)指標(biāo)，為了保證液體超聲波流量計(jì)的這些指標(biāo)，就應(yīng)該遵守計(jì)量法規(guī)的可行的在線檢定技術(shù)和方法。貿(mào)易計(jì)量?jī)x表的標(biāo)定是流量量值傳遞及溯源連中最重要的環(huán)節(jié)，國(guó)家計(jì)量檢定方法對(duì)流量計(jì)的發(fā)展及應(yīng)用有著重大的意義和推進(jìn)作用。超聲波流量計(jì)計(jì)量液態(tài)烴發(fā)展較晚，相對(duì)其他傳統(tǒng)的流量計(jì)而言，國(guó)際上相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也較少。美國(guó)石油協(xié)會(huì)API于2002年10月制定的采用時(shí)差法超聲波流量計(jì)測(cè)量液態(tài)烴的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)草案，2005年1月轉(zhuǎn)為正式標(biāo)準(zhǔn)API MPMS 5.8：2005《用時(shí)差法超聲波流量計(jì)計(jì)量液態(tài)烴》.我國(guó)沒有液體超聲波流量計(jì)計(jì)量液態(tài)烴的專項(xiàng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，僅在2007年了用于檢定超聲波流量計(jì)的檢定規(guī)程《JJG1030-2007超聲波流量計(jì)的檢定規(guī)程》，該規(guī)程是一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)，尤側(cè)重于氣體超聲波流量計(jì)的檢定，對(duì)計(jì)量液體超聲波流量計(jì)的標(biāo)定的特殊性沒有涉及。
隨著技術(shù)的更新發(fā)展和計(jì)量規(guī)范的完善，管段式液體超聲波流量計(jì)將會(huì)在中海油的測(cè)量和計(jì)量中扮演著更重要的角色。其量程比及壓損的優(yōu)勢(shì)，完善的電子診斷功能及低成本的維護(hù)，將為中海油低碳綠色業(yè)務(wù)的拓展提供更大的支持。
關(guān)鍵詞：天然氣；貿(mào)易計(jì)量；超聲波流量計(jì)；計(jì)量系統(tǒng)；準(zhǔn)確度
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.08.228
0 前言
天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)能源和化工原料其計(jì)量越來越被人們重視。由于天然氣的可膨脹性、可壓縮性等特性，造成天然氣要比液體計(jì)量困難得多。氣體超聲流量計(jì)沒有如節(jié)流裝置幾何形狀及尺寸變化影響儀表特性的問題，其聲道長(zhǎng)度，聲道角及管道橫截面面積是恒定的參數(shù)；也沒有引壓管線之類易引起故障的部件，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件確定儀表系數(shù)并為此長(zhǎng)期穩(wěn)定。天然氣流量計(jì)量系統(tǒng)，具有高精度、無壓損、低能耗、結(jié)實(shí)耐用、維護(hù)少的特點(diǎn)。
1 超聲波流量計(jì)的結(jié)構(gòu)及原理
1.1 流量計(jì)結(jié)構(gòu)
DANIEL3400系列氣體超聲流量計(jì)結(jié)構(gòu)主要分三部分：流量計(jì)本體、超聲換能器、Mark II 電子數(shù)據(jù)處理單元。
1.2 四聲道超聲波流量計(jì)工作原理（如圖1）
2 超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)及在計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用
普光凈化廠產(chǎn)品氣貿(mào)易計(jì)量精心選擇了各種設(shè)備組成計(jì)量系統(tǒng)，整體計(jì)量精度優(yōu)于0.70%。計(jì)量系統(tǒng)中包括Daniel高級(jí)超聲波流量計(jì)、 Daniel S600流量計(jì)算機(jī)、在線色譜分析儀。
2.1 daniel 超聲波流量計(jì)
Daniel 超聲波流量計(jì)是時(shí)間直通式超聲波流量計(jì)，聲波由一個(gè)探頭發(fā)射另一個(gè)探頭接受，不經(jīng)管壁反射，聲波由上游向下游傳輸?shù)臅r(shí)間（由于聲波被氣流推動(dòng)）小于聲波由下游向上游傳輸?shù)臅r(shí)間（聲波被氣流方向阻攔），這兩個(gè)時(shí)間之差與氣流的速度存在某種對(duì)應(yīng)關(guān)系。從上下游測(cè)得的傳輸時(shí)間可以計(jì)算出氣流的平均速度和聲波的速度。
2.2 daniel s600 流量計(jì)算機(jī)
Daniel s600流量計(jì)算機(jī)適合于石油天然氣貿(mào)易交接計(jì)量和標(biāo)定的各種應(yīng)用?？勺鳛槎嗔髀酚?jì)量的一個(gè)部分或獨(dú)立運(yùn)行。單臺(tái)流量計(jì)算機(jī)可以計(jì)量多路油氣，最多可達(dá)到 6 路計(jì)量。帶有鍵盤和LCD顯示，方便數(shù)據(jù)記錄和顯示。有多方向快捷件，可以方便搜尋顯示條目。帶有4級(jí)密碼管理，可以分級(jí)管理操作人員和信息內(nèi)容。它可計(jì)算瞬間流量和總流量并通過打印口打印報(bào)告，打印口可組態(tài)。S600系列流量計(jì)算機(jī)不間斷進(jìn)行診斷自檢。一旦發(fā)現(xiàn)問題，會(huì)觸發(fā)報(bào)警提醒操作員采取措施所有報(bào)警信息都會(huì)被記錄或打印。CPU板帶有兩個(gè) RS232口和三個(gè) RS422口連接其它設(shè)備。通訊口可以用于與上位機(jī)系統(tǒng)， SCADA或其它設(shè)備通訊。另外帶有一個(gè)10BaseT（Twisted Pair）以太網(wǎng)界面用于網(wǎng)絡(luò)連接。S系列流量計(jì)算機(jī)的組態(tài)可以使用標(biāo)準(zhǔn)格式，也可以按照客戶要求使用組態(tài)軟件定制。
2.3 色譜分析儀
色譜分析儀系統(tǒng)由樣品預(yù)處理系統(tǒng)、色譜分析儀組成。樣品由采樣點(diǎn)取出，經(jīng)樣品管線傳輸至樣品預(yù)處理進(jìn)行樣品處理，經(jīng)過樣品過濾器進(jìn)入色譜分析儀進(jìn)行樣品分析，分析的結(jié)果以Modbus通信送入DCS系統(tǒng)和天然氣計(jì)量系統(tǒng)。
3 效益及結(jié)論
普光凈化廠使用氣體超聲波流量計(jì)作為產(chǎn)品氣貿(mào)易計(jì)量流量計(jì)大大降低了計(jì)量裝置故障的發(fā)生概率，延長(zhǎng)了計(jì)量設(shè)備的壽命，避免了一些不必要的計(jì)量糾紛，提升了企業(yè)的聲譽(yù)，樹立了良好的形象。
參照有關(guān)計(jì)量技術(shù)部門的數(shù)據(jù)，因計(jì)量準(zhǔn)確度偏離造成的經(jīng)濟(jì)損失：以年輸氣1億立方米為例：溫度偏差1攝氏度---計(jì)量0.34%偏差；壓力偏差1kPa---計(jì)量0.1%偏差；由色譜儀造成的組分計(jì)量偏差―0.1%?？傉`差造成的損失約30～50萬立方米氣。由此可見，有效地提高計(jì)量準(zhǔn)確度，確保計(jì)量偏差控制在最低水平，對(duì)于我們年外輸氣120億立方米的企業(yè)來說，每年直接或間接的經(jīng)濟(jì)效益影響大約3000萬元。
氣體超聲波流量計(jì)有非常多的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在著一些局限性。如：對(duì)氣體流態(tài)和管道噪聲有要求。在大流量貿(mào)易計(jì)量中，如何最大的發(fā)揮氣體超聲波流量計(jì)的效能，解決和避免影響其測(cè)量準(zhǔn)確度的因素。為我們?cè)谌粘Ｊ褂弥袔砹诵碌难芯空n題，是我們的研究方向。
參考文獻(xiàn)：
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[2]中國(guó)石油西南油氣田分公司.超聲流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與研究技術(shù)報(bào)告[J].2001（03）.
[3]黃和，文代龍，陳汝培，游明定.淺談我國(guó)天然氣計(jì)量與國(guó)際接軌[J].2001（04）.
[4]GB/T18604-2001《用氣體超聲波流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》.
關(guān)鍵字：時(shí)差超聲波流量計(jì)應(yīng)用維護(hù)
中圖分類號(hào):TQ011 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1、引言
根據(jù)化工生產(chǎn)中被測(cè)介質(zhì)來合理的選擇測(cè)量?jī)x表，對(duì)于生產(chǎn)的自動(dòng)化進(jìn)行和為控制提供連續(xù)穩(wěn)定的測(cè)量數(shù)據(jù)起到關(guān)鍵性的作用。
2、時(shí)差超聲波流量計(jì)測(cè)量原理
時(shí)差超聲波流量計(jì)，是利用超聲波在橫向穿過流動(dòng)的液體時(shí)，在其順流和逆流介質(zhì)中，其超聲波的速度有差異而形成速度差（時(shí)間差）。時(shí)差法超聲波流量計(jì)就是利用該原理對(duì)流體的流速和流量進(jìn)行測(cè)量的。具體方法如下：在固定長(zhǎng)度L的距離內(nèi)，分別放置一個(gè)發(fā)射超聲波的換能器（俗稱超聲波探頭）和一個(gè)接收超聲波的換能器。發(fā)射超聲波的換能器通常采用石英等材料制成的壓電元件作為換能器。發(fā)射超聲波時(shí)是利用負(fù)壓電效應(yīng)，即利用高頻電脈沖的作用，使壓電晶體高頻振動(dòng)，從而發(fā)出脈沖變化的高頻壓力波（即超聲波）。接收換能器裝在管道對(duì)面，它則利用正壓電效應(yīng)，將高頻壓力波又轉(zhuǎn)換成高頻的電脈沖信號(hào)?？梢暂喠鹘惶娴乩猛粋€(gè)換能器及發(fā)射高頻、短時(shí)的脈沖壓力波，又用來接收對(duì)面換能器發(fā)來的脈沖壓力波。可以用一組換能器兼做超聲波的收、發(fā)用。（如圖1所示），則對(duì)于順流和逆流有：
圖1時(shí)差式測(cè)量原理圖
逆流傳播時(shí)間t1=L/(C-Vcosθ)，
順流傳播時(shí)間t2=L/(C+Vcosθ)
傳播的時(shí)間差值為：T=t1-t2=L/(C-Vcosθ)-L/(C+Vcosθ)
由于液體流速V在每秒數(shù)米以下，而流體中聲速C約15OOm/s，C2››V2，
所以：T=2VLcosθ/C2
即：V=C2T/（2Lcosθ） (1)
式中：
C為靜止流體中的聲速，m/s；
V為流體速度；
L為探頭之間的距離，m；
θ為速度矢量和探頭取向間所形成的角度。
從式(1)可以看出，從發(fā)生器發(fā)的超聲波傳到接收器的速度變化與管路內(nèi)的流體流速成正比。拒此把管道參數(shù)置入儀器，采集數(shù)據(jù)經(jīng)變換器變換即得到瞬時(shí)流量，并得累計(jì)流量。
瞬時(shí)流量為：
Q=450πLC2Tsinθtanθ（m3/h）
3、超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)
探頭可裝在被測(cè)管道的外壁，實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，即不干擾流場(chǎng)，又不受流場(chǎng)參數(shù)影響。其輸出與流量基本成線性關(guān)系，精度一般可達(dá)1%，價(jià)格不隨管道直徑的增大而增加，特別適合大口徑管道和混有雜質(zhì)或腐蝕性液體的測(cè)量和技術(shù)改造。
4、在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用
工藝的排渣系統(tǒng)測(cè)渣水流量原設(shè)計(jì)選用的是電磁流量計(jì)，在實(shí)際生產(chǎn)中，渣水里含有白色結(jié)晶體（小于10g/L，粒徑小于1mm），它將電磁流量計(jì)的電極打壞了，這種情況下電磁流量計(jì)在此無法使用。根據(jù)超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)，我公司改用北京衡安特XA98-VIII系列時(shí)差超聲波流量計(jì)。
XA98-VIII型時(shí)差超聲流量計(jì)是利用超聲波脈沖在通過流體的順逆兩方向上傳播速度之差，來求流體的流量，是在吸收了國(guó)內(nèi)外超聲流量計(jì)的眾多優(yōu)點(diǎn)之上成功開發(fā)的新型超聲測(cè)流儀表。儀表采用貼片集成電路，低電壓多脈沖發(fā)射技術(shù)。性能特點(diǎn)：管外測(cè)量，探頭貼裝在管壁外側(cè)，可在不停產(chǎn)、不停水的情況下安裝測(cè)量。抗液體中的氣泡或固體顆粒的能力大大提高。抗變頻干擾與其它噪聲干擾的能力也大大提高。XA98-VIII采用了低功耗設(shè)計(jì)，使整機(jī)功耗小于0.5W。適用范圍寬：一臺(tái)儀表可以測(cè)量適用范圍內(nèi)的任何一條管路。信號(hào)智能跟蹤 獨(dú)特的信號(hào)智能跟蹤處理技術(shù)，使超聲流量計(jì)安裝十分方便，保證了儀表長(zhǎng)期可靠的穩(wěn)定運(yùn)行。零點(diǎn)自動(dòng)調(diào)整：XA98-VIII型時(shí)差超聲流量計(jì)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)零點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以確保測(cè)量準(zhǔn)確度。安裝快捷方便XA98-VIII型時(shí)差超聲流量計(jì)具有二組參數(shù)顯示探頭的安裝狀態(tài)，便于儀表的快捷安裝。參數(shù)自動(dòng)修正：XA98-VIII型時(shí)差超聲流量計(jì)具有溫度和雷諾數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償功能，保證儀表測(cè)量精度。遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸：XA98-VIII型時(shí)差超聲流量計(jì)具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)顯示輸出（串行），可選配遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)顯示器，和主機(jī)同步顯示流量和累計(jì)流量。傳輸最大距離1.2Km 。儀表配有二路溫度信號(hào)輸入，具有熱量計(jì)功能。
5、安裝
要使超聲波流量計(jì)正常穩(wěn)定的工作，就要合理的安裝換能器，通常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位置的確定和方式的選擇兩個(gè)問題。確定位置時(shí)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)速器、電焊機(jī)等污染電源的場(chǎng)合。在安裝方式上，主要有對(duì)貼安裝方式和V方Z方式三種。通常情況下，管徑小于300mm時(shí)，采用V方式安裝，管徑大于200mm時(shí)，采用Z方式安裝。對(duì)于即可以用V方式安裝又可以Z方式安裝的換能器，盡量選用Z方式。實(shí)踐表明，Z方式安裝的換能器超聲波信號(hào)強(qiáng)度高，測(cè)量的穩(wěn)定性也好。
6、定期維護(hù)
與其他流量?jī)x表相比，超聲波流量計(jì)的維護(hù)量是比較小的。對(duì)于外貼換能器超聲波流量計(jì)，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(dòng)，與管道之間的粘合劑是否良好即可；插入式超聲波流量計(jì)，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(jì)，要檢查流量計(jì)與管道之間的法蘭連接是否良好，并考慮現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度對(duì)其電子部件的影響等。我們選用的是外貼換能器超聲波流量計(jì)，定期維護(hù)工作量相對(duì)要小。
7、結(jié)束語
更換后的超聲波流量計(jì)在渣水流量測(cè)量中發(fā)揮了它的作用，很好的解決了之前存在的問題。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：超聲波流量計(jì)；特點(diǎn)；安裝；故障
引言
超聲波流量計(jì)是一種可以利用非接觸的方法來測(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，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)的安裝及常見故障問題處理是解決流量測(cè)量準(zhǔn)確這一問題的關(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)是通過測(cè)量流體流動(dòng)對(duì)超聲波產(chǎn)生的信號(hào)影響來對(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)穿過流體介質(zhì)、管壁到另一側(cè)的管壁后，被管壁的另一忍酵方郵盞叫藕牛與此同時(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)也可用于氣體流量測(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)管道口徑大小無關(guān)。從而比起其他類型的流量計(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，法蘭、旁通管路等，無論是安裝還是維修，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)探頭的分類及主要安裝方法
3.1 超聲波流量計(jì)探頭的種類
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)需要切開選定的直管段，采用法蘭連接。產(chǎn)品已經(jīng)過生產(chǎn)廠家標(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用夾緊裝置固定。此類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，因性價(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，使其管道軸線與中心連線水平一致。
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)過低
（1）故障分析：輸水的管道結(jié)垢較厚、管道外徑過大超過允許范圍、管道中介質(zhì)不滿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)于外管徑過大和管道中介質(zhì)不滿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)干擾下無法正常使用
（1）故障分析：有可能是探頭周圍有強(qiáng)磁場(chǎng)干擾、有大功率變頻器、接地線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)在開機(jī)的情況下無法顯示數(shù)據(jù)
（1）故障分析：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表開機(jī)后只有背光顯示卻無任何數(shù)據(jù)顯示
（1）故障分析：此類情況一般為流量?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)廠家現(xiàn)場(chǎng)檢查故障并處理，如無法現(xiàn)場(chǎng)修理則需寄回廠家檢查并維修。
參考文獻(xiàn)
[關(guān)鍵詞]超聲波；流量計(jì)；故障；分析；對(duì)策
中圖分類號(hào)：TD353.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）41-0146-01
超聲流量計(jì)是通過檢測(cè)流體流動(dòng)時(shí)對(duì)超聲束的作用，以測(cè)量體積流量的儀表。超聲波流量?jī)x的傳感器是將傳感器直接捆綁在被測(cè)管道的外表面，從而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的一種安裝方式，解決了其它原理的流量?jī)x在安裝時(shí)必須斷管、停產(chǎn)的難題，是超聲波流量?jī)x的基本安裝方式，具有與管徑無關(guān)、安裝簡(jiǎn)單、無需停產(chǎn)、無壓力損失等特點(diǎn)。超聲波流量計(jì)常用的測(cè)量方法為傳播速度差法，其基本原理都是測(cè)量超聲波脈沖順?biāo)骱湍嫠鲿r(shí)速度之差來反映流體的流速，從而測(cè)出流量。它利用聲波在流體中傳播時(shí)因流體流動(dòng)方向不同而傳播速度不同的特點(diǎn)，測(cè)量它的順流傳播時(shí)間t1和逆流傳播時(shí)間t2的差值，從而計(jì)算流體流動(dòng)的速度和流量。
1.超聲波流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)
1.1 超聲波流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)
（1）節(jié)約能源。改儀表可以?shī)A裝在測(cè)量管道的外表，不接觸流體，所以不干擾流場(chǎng)，沒有壓力損失，因此是一種比較理想的節(jié)能儀表。特別是大流量計(jì)量時(shí)，節(jié)能效益更加顯著。（2）特別適合大口徑的流量測(cè)量。其它流量計(jì)隨著口徑的增加，造價(jià)更大幅度增加，而超聲波流量計(jì)的造價(jià)基本上與被測(cè)管道的口徑無關(guān)。所以，口徑越大，優(yōu)點(diǎn)越顯著。（3）解決流量測(cè)量的難題。由于超聲波流量計(jì)是非接觸式儀表，所以，除了用于測(cè)量水、石油等一般介質(zhì)外，還能對(duì)強(qiáng)腐蝕介質(zhì)、非導(dǎo)電介質(zhì)，易爆和放射性介質(zhì)進(jìn)行流量測(cè)量，而且不受流體的壓力、溫度、粘度密度的影響。（4）安裝維修方便，無論是安裝還是維修，都不需要切斷流體，不會(huì)影響管道內(nèi)流體的正常流通。安裝時(shí)不需要閥門，法蘭、旁通管路等，因此，安裝方便，費(fèi)用低。（5）通用性好。其它流量計(jì)的儀表結(jié)構(gòu)與管道口徑的大小是密切相關(guān)的，口徑改變時(shí)，就需要換用不同尺寸的儀表。對(duì)超聲波流量計(jì)來說，無論是管道尺寸的改變，還是流量測(cè)量范圍的變化，都有較大的適應(yīng)能力。
1.2 超聲波流量計(jì)缺點(diǎn)
超聲波流量計(jì)是基于集成電路、單片機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的高集成、多功能儀表，先進(jìn)的控制理論和成熟的電路設(shè)計(jì)為流量計(jì)多種功能的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，如果要提高流量的測(cè)量精度，必須進(jìn)一步完善測(cè)量線路的設(shè)計(jì)，提高對(duì)聲速的測(cè)量。超聲波流量計(jì)高度集成的電路設(shè)計(jì)勢(shì)必會(huì)提高設(shè)計(jì)制造的成本與難度，而一旦發(fā)生故障，維修難度也相應(yīng)增加。另外，受超聲波換能器及傳感器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測(cè)流體傳聲速度原始數(shù)據(jù)不全因素的影響，目前還難以將超聲波流量計(jì)應(yīng)用在高溫介質(zhì)的流量測(cè)量上。
2.常見故障分析
2.1 瞬時(shí)流量異常
瞬時(shí)流量異常可能是由于溫變壓變、通訊電纜、浪涌保護(hù)器、流量計(jì)算機(jī)等故障引起，需要仔細(xì)檢查確認(rèn)。通過與其它流量計(jì)的溫變、壓變上傳通訊線對(duì)換，判斷是流量計(jì)算機(jī)的問題或是現(xiàn)場(chǎng)線路、儀表的問題。以下以A、B超聲波流量計(jì)舉例說明，A正常，B異常。
1）儀表及線路故障判斷
把A和B的溫變、壓變通訊線對(duì)換后，B的顯示正常，A顯示異常，可判斷A的溫變、壓力通訊線路或儀表存在問題。溫變和壓變都支持HART通訊協(xié)議，通過以下方法判斷：斷開二次儀表的電源，用FLUK供電，并檢查二次儀表，如檢測(cè)不到或數(shù)據(jù)異常，判斷是儀表故障，更換儀表恢復(fù)正常生產(chǎn)。
如果能夠檢測(cè)到儀表值并且顯示正常，那么恢復(fù)向現(xiàn)場(chǎng)儀表的24V供電，逐段檢測(cè)到流量計(jì)算機(jī)的通訊電纜如在某段檢測(cè)不到信號(hào)或信號(hào)異常，可以判斷是該段電纜破損，更換該段電纜恢復(fù)正常通訊。如果在經(jīng)過浪涌保護(hù)器后信號(hào)異常，可判斷是浪涌保護(hù)器故障，更換浪涌保護(hù)器恢復(fù)數(shù)據(jù)正常傳遞。
2）流量計(jì)算機(jī)Hart板故障
把A和B的溫變、壓變通訊線對(duì)換后，A顯示正常，B顯示異常，說明B的流量計(jì)算機(jī)故障。檢查流量計(jì)算機(jī)Hart板LED指示燈狀態(tài)，正常情況下是綠色閃爍，如果顯示紅色常亮或不亮等其它狀態(tài)，說明溫變和壓變對(duì)應(yīng)的Hart板通道損壞。解決辦法有兩個(gè)，一是直接更換Hart板，不用刷新組態(tài)；二是更改刷新組態(tài)，請(qǐng)技術(shù)工程師更改組態(tài)，更改溫變和壓變對(duì)應(yīng)Hart板的通道。一般在夏季雷雨天氣下容易出現(xiàn)流量計(jì)算機(jī)被雷擊損壞的情況，特別是Hart板，更容易損壞，需要格外留意。
2.2 無瞬時(shí)流量
1）CPU板故障
CPU板LED指示燈不亮或顯示紅色。檢查方法：筆記本電腦首先安裝相關(guān)組態(tài)軟件并激活，用網(wǎng)線連接，把筆記本電腦的IP地址更改，建立通訊局域網(wǎng)，下載組態(tài)備用。更換使用備用CPU板，把組態(tài)刷到備用CPU板中，冷啟動(dòng)，檢查指示燈狀態(tài)。
2）流量計(jì)故障
CPU板LED指示燈不亮或顯示紅色，表示流量計(jì)與流量計(jì)算機(jī)之間的通訊異常，需要檢查流量計(jì)的超聲換能器和信號(hào)放大單元。檢查方法：筆記本電腦安裝相關(guān)軟件，通過數(shù)據(jù)線與流量計(jì)的端口相連，通過軟件檢查在帶壓下四個(gè)聲道是否有報(bào)警，如果是表示所有超聲換能信號(hào)全部沒有上傳上來，需要拆卸下表頭，緊固信號(hào)放大器，如果信號(hào)還傳遞不上去，表示信號(hào)放大器損壞，需要更換新的。
如果檢查發(fā)現(xiàn)聲道報(bào)警、信噪比異常、聲道增益信號(hào)異常，可能是聲道換能器損壞或信號(hào)放大器損壞，可以通過交叉接線的方法判斷。超聲波流量計(jì)的4對(duì)聲道分別是A、B、C、D，如果C聲道正常，D聲道異常，把C1與D1、C2與D2分別對(duì)換，如果C聲道異常，D聲道正常，表示超聲換能器損壞，可以拆卸、清洗信號(hào)放大器，如果仍然異常，則需要更換同型號(hào)的超聲換能器；如果C聲道正常，D聲道異常，表示信號(hào)放大器損壞，需要更換同型號(hào)的信號(hào)放大器。
3.結(jié)論與認(rèn)識(shí)
流量?jī)x表大都需要適合的測(cè)量介質(zhì)和工況條件為依托方可發(fā)揮正確作用，只有優(yōu)勢(shì)而沒有缺點(diǎn)的流量?jī)x表現(xiàn)今是不存在的，合理的選擇儀表對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)工程師和管理者是至關(guān)重要的。在工業(yè)裝置中要正確和有效地選擇，使用流量測(cè)量方法和儀表，必須熟悉流量?jī)x表和生產(chǎn)過程流體特性這兩方面的技術(shù)，同時(shí)還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)因素。
基于不同原理，適用于不同場(chǎng)合的各種形式的超聲波流量計(jì)已相繼出現(xiàn)，其測(cè)量準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，也使其成為化工行業(yè)測(cè)量流速的首選工具。由于超聲波流量計(jì)具有抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、無壓損、量程比寬、維護(hù)量小等特點(diǎn)，近幾年，得到了大力的應(yīng)用。在實(shí)際生產(chǎn)中，超聲波流量計(jì)會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題，需要我們做到以下幾個(gè)方面：一是結(jié)合實(shí)際情況，建立合理的維護(hù)保養(yǎng)制度，半年對(duì)超聲換能器進(jìn)行檢查，半年使用軟件檢查；二是儲(chǔ)備適量的備件和組態(tài)，在出現(xiàn)問題時(shí)能夠及時(shí)更換更新；三是技術(shù)人員需要不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)，提高自身的技能水平和解決問題的能力。只有這樣，才能最大限度的減少因超聲波流量計(jì)故障造成的影響，降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本。
參考文獻(xiàn)
