通過(guò)分析超聲波流量計(jì)基本原理及組成，提出了傳播時(shí)間法與多普勒效應(yīng)法，描述了 1010 型主要技術(shù)的性能，提出了使用前的準(zhǔn)備工作、物理安裝步驟及注意事項(xiàng)、測(cè)量時(shí)的運(yùn)用、流量計(jì)的精度與重復(fù)性、流量計(jì)系數(shù)的修正等。

引言

隨著生產(chǎn)和科學(xué)發(fā)展的需要，人們對(duì)于流量檢測(cè)精度的要求也越來(lái)越高，需要檢測(cè)的流體種類(lèi)也越來(lái)越多，隨之流量計(jì)的品種也越來(lái)越豐富。

FUP1010 型多普勒超聲波流量計(jì)，屬非侵入式液體流量測(cè)試儀器，主要用于測(cè)量較為渾濁的液體，如污水、泥漿、礦漿等流體介質(zhì)，也可測(cè)量純凈的液體，具有非接觸、高靈敏的特點(diǎn)。它的測(cè)量準(zhǔn)確度極高，幾乎不受被測(cè)介質(zhì)各種參數(shù)的干擾，尤其可以解決其他儀表不能解決的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測(cè)量問(wèn)題。

1.超聲波流量計(jì)基本原理及組成

超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。它利用超聲波在液體中傳播時(shí)所載流體流速的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。首先，超聲波發(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，其次，接收器接收到的超聲波信號(hào)再由電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)，***后，經(jīng)運(yùn)算處理后供給顯示和積累電路進(jìn)行顯示和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)流量檢測(cè)和數(shù)值顯示。

1）傳播時(shí)間法。聲波在流體中傳播，順流方向聲波傳播速度就會(huì)增大，逆流就會(huì)減小，同一傳播距離的同方向有不同的傳播時(shí)間。利用傳播速度之差與被測(cè)流體速度之關(guān)系求取流速，稱之為傳播時(shí)間發(fā)法。

2）多普勒效應(yīng)法。傳感器向流體發(fā)出頻率 f1 的連續(xù)超聲波，經(jīng)照射域內(nèi)液體中雜質(zhì)或氣泡的散射，散射的超聲波產(chǎn)生多普勒頻率 f2，接收傳感器收到散射的超聲波，進(jìn)行計(jì)算得出流體流速。

超聲波流量計(jì)基于自身的測(cè)量原理，可以安裝于管壁外側(cè)，具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：不需要停流截管，不與流體接觸，所以可以測(cè)量腐蝕，高危險(xiǎn)性，易泄露流體，無(wú)額外壓力損失，適用于測(cè)量大管徑且通用性好，無(wú)可動(dòng)部件，無(wú)磨損，使用壽命長(zhǎng)，安裝費(fèi)用低，無(wú)需額外的閥門(mén)、法蘭等設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)巡檢。

2.1010 型超聲波流量計(jì)主要技術(shù)性能描述

2.1 性能參數(shù)

1）電源：220 V AC 電池供電。

2）溫度：- 18 ～60 ℃（環(huán)境溫度）；- 40 ～120 ℃（流體溫度，標(biāo)準(zhǔn)）；- 62 ～230 ℃（流體溫度，可選）。

3）機(jī)箱為 IP68；精度為 1 %；管徑為 6～9 144mm；靈敏度為 0.003 m/s；線性度為 0.15~0.25 %。

4）輸出：提供 4~20 mA 電流輸出，0~10 V 電壓輸出，0~5 000 Hz 脈沖輸出。

5）RS232 串行接口。

2.2外觀圖形

1010 鍵盤(pán)布局的外觀如圖 1，鍵盤(pán)功能如下頁(yè)表 1 所示。

3.使用前的準(zhǔn)備工作

1）操作人員須仔細(xì)閱讀“使用及操作說(shuō)明書(shū)”，熟練掌握流量計(jì)的性能，以及各鏈鈕開(kāi)關(guān)、信號(hào)的作用和操作方法。

2）檢查儀器所配電池電量（或電源電壓）是否充足可靠。儀器、探頭、線纜以及插接件是否完好清潔。

3）檢查其他輔助器件，工具是否齊配完好，耦合劑是否充足潔凈。

4）以上幾項(xiàng)均符合要求，方可進(jìn)行測(cè)量工作。

4.物理安裝步驟及注意事項(xiàng)

1）收集站點(diǎn)數(shù)據(jù)（管道和流體數(shù)據(jù)，包括管道的外徑材質(zhì)壁厚以及內(nèi)襯，內(nèi)襯壁厚等）。在準(zhǔn)備就緒情況下打開(kāi)流量計(jì)開(kāi)關(guān)：ON/OFF←→Meter （單位設(shè)置）←→Type←→Singl channai←→Ciamp on （時(shí)差式）←→ Full sit setupl←→Pipe Date。

設(shè)置管路參數(shù)：Pipe OD （mm） 管道外徑，Pipe Material 管 道 材 質(zhì) ，Wall Thickness 壁 厚 ，Liner Material 內(nèi)襯材質(zhì)，（如果有內(nèi)襯，可通過(guò)下拉列表選擇對(duì)應(yīng)材質(zhì)），Liner thickness 內(nèi)襯壁厚。

2）把相關(guān)參數(shù)輸入流量主機(jī)獲取 Ltn 值（兩個(gè)傳感器之間的距離）。對(duì)傳感器的型號(hào)尺寸安裝方法選擇 Pick/Install Xdcr （傳感器安裝）←→TransducerModel（傳感器型號(hào)）通過(guò)列表選擇安裝的傳感器的正確型號(hào)。Transducer Size（傳感器尺寸）通過(guò)列表選擇所安裝傳感器的尺寸，Xdcr mount Mode（傳感器安裝方式）選擇傳感器的安裝方式，直接式和反射式。Ltn Value（Ltn 值）需要手工測(cè)量和安裝，保證傳感器間距與此數(shù)值吻合。

3）為流量計(jì)算機(jī)和傳感器選擇安裝外置（考慮流量計(jì)及信號(hào)電纜的鋪設(shè)，傳感器安裝外置的直管段長(zhǎng)度和安裝空間）。

4）清理管道表面，用打磨機(jī)或者鋼挫，砂紙把傳感器安裝外置打磨光滑。超聲波流量計(jì)測(cè)量成功與否，傳感器的安裝是非常關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以必須特別注意以下四點(diǎn)。

，測(cè)量位置，應(yīng)選擇管道內(nèi)始終保持滿液的位置，如水平段或液體向上流動(dòng)的主管部分，以免管內(nèi)空氣聚集影響測(cè)量。第二，選定為測(cè)量點(diǎn)的管道，表面須光滑平整，無(wú)明顯銹蝕，管道內(nèi)結(jié)垢不嚴(yán)重，***好選新裝配的管道。第三，傳感器安裝位置的選擇，有懸浮顆?；驓馀輹r(shí)應(yīng)在彎管或變徑前 10 倍管徑或后 5 倍管徑處。當(dāng)同一平面內(nèi)有兩個(gè) 90°彎頭時(shí)應(yīng)裝在 20 倍管徑之后；對(duì)于大管徑低流速（小于0.2 m/s）而介質(zhì)又是純凈液體時(shí)應(yīng)安裝在彎管后 1～倍管徑處。第四，傳感器裝配于管道上時(shí)，必須嚴(yán)格遵守使用說(shuō)明書(shū)的要求，選好正確方位，并清理好管道表面。

5）把耦合劑均勻涂抹在傳感器表面，用鋼帶把傳感器固定。需要注意的是：耦合劑的涂抹，耦合劑要充滿探頭的所有區(qū)域，并保證探頭表面和管道之間有一層耦合劑。

6）量好 Ltn 值，把另一個(gè)固定。

7）把傳感器電纜接至主機(jī)。

5.測(cè)量時(shí)的運(yùn)用

1）傳感器安裝完畢，電纜連接好后，注意管道液體流動(dòng)良好。

2）在 Install Compieted 中選擇 Install 進(jìn)行聲速。

3）觀察信號(hào)是否正常，如信號(hào)不正常，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整探頭的相對(duì)位置，經(jīng)過(guò)調(diào)整仍不能達(dá)到測(cè)試要求，則應(yīng)當(dāng)另選探頭位置，然后再進(jìn)行測(cè)量，直到符合要求為止。

4）聲速正常后，方可開(kāi)展測(cè)量工作；設(shè)置好測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試單位量值，按 MENU 鍵盤(pán)以顯示流量。

5）在測(cè)試中，應(yīng)注意流體設(shè)備的運(yùn)行情況，避免流量波動(dòng)幅度過(guò)大，或異常運(yùn)行情況。

6）測(cè)試完成后，將傳感器發(fā)射面上的耦合劑擦拭干凈，關(guān)閉電源，維護(hù)保養(yǎng)儀器，保持完好潔凈。

6 .流量計(jì)的精度

雖然系統(tǒng)精度不受大多數(shù)變化的影響，但是在極低流速下，一個(gè)小的零點(diǎn)漂移變成實(shí)際流量中的高百分比時(shí)，***終精度的獲得需要依靠實(shí)際站點(diǎn)的流量標(biāo)定。依據(jù)于應(yīng)用條件，流量標(biāo)定能夠提高系統(tǒng)精度到 0.3%～0.5%。

7.流量計(jì)的重復(fù)性

大多數(shù)應(yīng)用對(duì)重復(fù)性的要求會(huì)更高于精度。1010 系統(tǒng)由于數(shù)字設(shè)計(jì)“無(wú)可動(dòng)部件”，進(jìn)而阻止了由滯后和機(jī)械設(shè)備磨損帶來(lái)的不利影響，因而具有極其準(zhǔn)確的重復(fù)性。

8.流量計(jì)系數(shù)的修正

流量計(jì)在檢定時(shí)可按合適的方法對(duì)流量計(jì)進(jìn)行系數(shù)修正，新流量計(jì)系數(shù)置入流量計(jì)后，應(yīng)分別選至少 1 個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，以確認(rèn)修正結(jié)果，并計(jì)算流量計(jì)系數(shù)調(diào)整量F-F0/F0及F/F0。然后將舊流量計(jì)系數(shù) F0、新流量計(jì)系數(shù) F 和流量計(jì)系數(shù)調(diào)整量寫(xiě)在證書(shū)中。

9.注意事項(xiàng)

1）被測(cè)管道的溫度不得超過(guò)探頭所要求范圍。

2）當(dāng)儀器虧電時(shí)應(yīng)立即充電 8 h。

3）關(guān)機(jī)后不宜立刻開(kāi)機(jī)，需等待 5 s 后再開(kāi)機(jī)。

4）該儀器為常規(guī)電子儀器，如要進(jìn)入煤礦井下或易燃易爆場(chǎng)所環(huán)境時(shí)，必須做好相關(guān)安全措施和報(bào)批手續(xù)，否則不得進(jìn)行測(cè)量工作.l

5）在使用本儀器蓄電池時(shí)，要注意定期充電和使用時(shí)間，避免蓄電池過(guò)充過(guò)放電，影響電池使用壽命.

6）在較高處管道和危險(xiǎn)場(chǎng)地進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，要注意人員安全防護(hù)，防止發(fā)生意外。

7）儀器若出現(xiàn)異常情況或故障，應(yīng)指定專(zhuān)人及時(shí)維修，維修后報(bào)送有關(guān)計(jì)量檢定部門(mén)檢定。