2009.3超声波流量计

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1、,超声波流量计,一、超声波流量计的介绍 二、超声波流量计的选型 三、超声波流量计在选型中应注意的地方 四、超声波流量计探头的安装 五、超声波流量计安装时的注意点 六、超声波流量计安装后的检查 七、超声波流量计的自检 八、超声波流量计常见的故障现象原因及其处理 九、超声波流量计的保养及维护,一、超声波流量计的介绍,1、发展史,超声流量计是通过检测流体流动时对超声束（或超声脉冲）的作用，是以测量体积流量的仪表,包括明渠式和封闭式的。 20世纪30年代，首先研制出传播时间法中的相位差超声流量计，50年代开发频差法的MAXSON流量计，用于测量航空燃料，从研究阶段进入应用阶段。60年代各国竞相研制开发

2、，出现大量专利申请。60年代末又出现了多普勒效应的超声流量计。进入70年代随着电子发展，性能日益完善的各种型号超声流量计投入市声场。据估计90年代初期日本、美国、西欧超声波流量计的销售金额占流量仪表的4%9%；90年代中期全球年产量估计为35000台左右。,我国超声波流量计起步较晚，6070年代机械工业部上海工业自动化仪表研究所、北京大学相继研制；近年若干科研和生产单位又推出所开发的一些新颖仪表。80年代中期，国内仪表厂从国外引进专有技术，生产具有80年代国际水平的仪表。我国超声流量计年年产量90年代初估计为8001000台。 有人预言由于超声流量计测量原理是长度与时间二个基本量的结合，其导出

3、量溯源性较好，有可能据此建立流量基准。,2、工作原理（这里讨论的是封闭式的）,超声流量计的测量原理是通过发射换能器产生超声波，并以一定的方式穿过流动的流体，通过接收换能器转换成电信号，并经信号处理反映出流量。 超声流量计对信号的发生、传播及检测有各种不同的设置方法，大致可分为传播时间法、多普勒法、波束偏移法、噪声法等。,1、多普勒法 多普勒超声流量计是利用声波的多普勒效应进行测量的，当发射器和接收器之间有相对运动时，接收器的接收声频率与发射器的声频率之差跟两者之间的相对速度成正比。,4、传播时间法 超声波在流动的流体中，顺流传播的时间与逆流传播的时间之差和被测流体的流速有关。按所测物理量的不同

4、，传播速度差法可分为时差法、相位差法和频差法。我们上海肯特目前的产品用时差式法，下文我们均以时差式法为介绍。,2、波束偏移法 超声波束在流体的流动影响下，其波束的方向会发生偏移，在超声波束与流动方向垂直时，这一偏移更为明显，所以波束偏移法超声流量计均在垂直流速方向上发射超声波，以接收换能器接收的波束强度的差值反映波束偏移。,3、噪声法 当液体在管道内流动时，产生与流速成正比的声波或超声波，通过噪声的检测可以得出流体的流速。,时差式超声流量计的测量原理： 当超声波在液体中传播时,探头1发射的超声波脉冲被探头2所接收,同时,探头2也发射超声脉冲,探头1接收,则顺流方向声波传播速度会增大,逆流方向则

5、减小,同一传播距离就有不同的传播时间,利用传播时间之差与被测流速之关系求取流速,进而得出流量,其关系式如下: 式中：K-常数 -超声波束与管道法线的夹角 T1-超声波顺流传播时间 T2-超声波逆流传播时间 T-传播时间差T=T1-T2 L-超声波传播距离 D-管内径 Q-体积流量,二、超声波流量计的选型,按结构类型分： 外贴式小号探头(适用管径DN15-100） 外贴式中号探头(适用管径DN50-1000） 外贴式大号探头(适用管径DN300-3000） 插入式探头（适用于钢管DN50以上） 手持式小号探头(适用管径DN15-100） 手持式中号探头(适用管径DN50-1000） 手持式大号探

6、头(适用管径DN300-3000） 管段式（适用管径DN15-40） 标准管段式（适用管径DN50-600）,1、探头的分类,按温度分类： （选型样本上是-30110） 中温探头适合-3070 高温探头适合-30160,2、主机的分类,固定壁挂式 手持式 盘装式,3、如何正确选型,被测流体名称 最大流量、最小流量 最高工作压力(插入式探头有此要求) 最高温度、最低温度 管道材料 管道内衬材料(如有) 管外径(或管壁厚度),管内径。,仪表的选型是仪表应用中非常重要的工作,有关资料表明,仪表在实际应用中有相当多的故障是仪表的错误选型或错误的安装而造成的,请特别注意。,1收集数据,2确认管径与流量：

7、 流速范围0.510m/s 扩展流速0.10 15m/s,4、如何选择防护等级,探头安装在现场管道上,根据周围环境不同,防护等级有以下2种: lP65: 防喷水型,允许水龙头从任何方向对传感器喷水,喷水压力为30kPa,出水量为12.5L/min,距离为3m。 lP68: 潜水型,长期工作在水中。 防护等级应根据实际情况来选择,探头安装在地面以下,如经常受水淹,应选用lP68。,1、超声波只适合测量单一、纯净的液体。 2、测量管道最好在DN40以上。 3、带内衬、内壁生锈或结垢严重的管线不能测。 4、外夹式探头没有IP68结构，IP68结构仅限于插入式探 头，插入式探头作为IP68结构安装时接

8、线盖里要灌专用密封胶。 5、根据实际流体温度选择合适的探头,三、超声波流量计 在选型中应注意的地方,四、超声波流量计探头的安装,超声波探头共有V方式、Z方式和W方式三种安装方式: V方式(声波反射式)：当管道为新管道,内无污垢锈蚀现象,且管径较小,DN150时,建议采用V方式安装探头。 Z方式(声波直传式)： 当管道为新管道,内无结垢锈蚀现象,且管径较大,DN200时,建议采用Z方式安装探头。 W方式(声波反射式)：较少的使用方法，适用于DN50以下的细管道。 探头外贴时安装方式有:V方式、Z方式和W方式三种。 探头插入时安装方式用:Z方式。,1、探头安装方式选择,V方式如下图所示,V方式安装

9、一般情况下是标准的安装方法，使用方便，测量准确，安装探头时注意两探头的水平对齐，其中心线与管道轴线水平。 V方式安装适合管径范围为50mm150mm,V方式截面图,Z方式（最常用的安装方式）如下图所示,当管道很粗或由于流体中存在悬浮物，管内壁结垢太厚中或衬里太厚造成V方式安装时系统接收的信号弱，机器不能正常工作时要选用Z方式安装，原因是使用Z方式安装时，超声波在管道中直接传播，没有折射，信号衰耗小。,z方式截面图,Z方式安装可测量管径范围为200mm6000mm，实际安装流量计时，用Z方式安装测得的信号最强。,2、如何选择测量点,超声波流量计的安装在所有的流量计安装中是最为方便简捷的,但为了保

10、证测量精度,测量点应选择直管路部分,一般应遵循下列原则: 1、选择充满液体的直管段,如管路的垂直段(流向由下向上为好)或充满液体的水平管道(整个管路中最低处为好),在安装与测量过程中,管道内必须充满流体; 2、测量位置应选在探头上游有大于10D和下游有5D直管段处; 3、测量点选择应尽可能远离泵,阀门等设备,避免其对测量的干扰; 4、测量点选择应尽可能远离大功率电台,强磁场干扰源射频干扰等; 5、充分考虑管内结垢状况,尽量选择无结垢的管段进行测量。 6、选择管路管材应均匀密实,易于超声波传播处; 7、管段初步安装位置选择好后,用手砂轮或钢锥将金属管表面打磨3倍的探头面积(约100mm范围),去

11、掉锈迹油漆,使管壁表面光滑平整,(注意:表面应光泽均匀,无起伏不平,与原管道有同样的弧度,切忌将安装点打磨成平面)最后用酒精或汽油清洗干净; 8、充分考虑管道焊缝情况,务必选择无焊缝的管路进行测量; 9、该仪表适用于测量较清洁的流体,流体中悬浮物含量1%体积量,无漂浮物和气泡。,选 择 测 量 点,3、安装直管段选择,应安装在水平管道较低处和垂直向上处,避免安装在管道的最高点和垂直向下处,应安装在管道的上升处,在开口排放的管道安装,应安装在管道的较低处,若管道落差超过5m,在传感器的下游安装排气阀,应在传感器的下游安装控制阀和切断阀,而不应安装在传感器上游,传感器绝对不能安装在泵的进口处,应安

12、装在泵的出口处,4、安装探头：分外夹式和插入式,第一步先确定探头间安装距离,外夹式探头的安装,安装超声波流量计需要一定的直管段,一般上游大于10D,下游大于5D(D为直径),距泵出 口或阀门处要大于30D。,插入式探头的安装（有专业人员专用的开孔工具来安装）,1、插入式探头安装场地的选择,安装插入式探头需要较大的空间,在仪表井中管璧到墙壁之间的距离至少540mm以上。即宽度W(D+540X2)mm,水泥管路W(D+700X2)mm(如下图1),2、插入式探头的安装工具,安装插入式探头需要专用开孔定位工具、400w手电钻(最好是可调速的)及大扳手和生料带等。,将管道参数输入主机,计算出安装距离(

13、由于采用插入式探头,建议均使用直接测量方式,即Z安装方式)定出两个探头的位置,安装距离为两个探头的中心距。 注意:两个探头一定要保证在同一轴面上。 制作定位纸:取一条长4D(D为管径),宽200mm(或D)的矩形纸带,在距边缘约100mm处划一条线；（如下图3）,3、安装步骤,1)、确定两探头距离,将定位纸缠绕在已表面清理干净的管道上,注意要把纸两边互相重合对齐,才能使所划的线与管轴相平行;(如下图4),延长定位纸上的直线在管道上划一直线;(如下图5),所划直线与定位纸一边缘相交点为A;(如下图6),从A点开始,沿着定位纸边边缘量出管道1/2周长,该点为C,在C点划一条与定位纸边缘垂直的直线;

14、(如下图7),去掉定位纸,从点C开始,在所划直线上量出安装距离L,从而决定出B点。这样A B两点为安装位置;例如L=280mm,将球阀底座分别焊接在A和B两点上。 注意球阀座中心点一定要分别与A和B两点重合。,2)、安装球阀底座(如右图9),对于可焊接管材(如钢)只需将球阀底座直接焊在管道外壁上,(焊前将焊点附近的管道表面处理干净)焊接时注意一定不要夹杂气孔,以防漏水,甚至断裂。 对于不可直焊接管材(如铸铁、水泥管等),需采用定制的专用管卡子(带密封用胶垫),球阀底座已事先焊在管卡子上,将管卡子直接紧固在管道外壁上,一定要密封好,以防漏水。将球阀底座上缠好生料带,拧上球阀。,3)、钻孔(如下图

15、10),将开孔器密封护套与特制球阔外螺纹连接,拧紧后,打开球阀,推动钻杆直至与管道外壁接触,将手电钻与钻杆接好锁紧,接通电源,开始钻孔,在钻孔过程中电钻保持低速转速不要过快、缓慢进钻,以免卡钻,甚至钻头折断,感觉钻透后,拔出钻杆直到开孔器钻头的最前端退至球阀芯后,关上球阀,卸下开孔器(最好把球阀打开一点,放水冲刷一下铁屑,便于探头的安装)。,1、管道 2、球阀底座 3、特制球阀 4、定位钻头 5、19开钻孔丘密封套 7、钻杆 8、手电钻,4)、探头的装入(如下图11),把锁紧螺母旋至探头底部,将探头旋入特制球阀导向螺纹,当旋至球阀芯时,打开球阀,继续旋入探头,直至探头前端伸出管道内壁,调整好探

16、头的角度,(两个探头进线孔应同时向上或向下)紧固好锁紧螺母,最后将线接好,用硅橡胶密封接线处。,1、探头 2、球阀底座 3、球阀 4、导向螺纹 5、紧锁螺母 6、接线盒 7、信号电缆,5)、探头伸入管内壁尺寸计算(如下图12),探头的长度A和管璧厚度B已知,探头留在管道外侧长度L也可测量,只需L=AB,并使C=0即可。,6)、接线示意图(如下图13),7)、接线完毕后,锁紧进线孔螺母,然后将防水胶注满接线盒,最后拧上盒盖。,探头连线要采用高频双绞线,采用高频双绞线的好处是能使抗干扰性能大大提高。外贴式上游探头的红色芯线接到41号接线端子上,黑色的芯线接到42号接线端子上(颠倒过来也可以),屏蔽外皮接到43号接线端子上;下游探头的红色芯线接到44号接线端子上,黑色的芯线接到45号接线端子上(颠倒过来也可以),屏蔽外皮接到46号接线端子上。 建议一般情形下,都要使用专用电缆。专用电缆信号损耗小,抗干扰性好,能保证仪表长期可靠工作。,