近幾年來(lái)，隨著電子技術(shù)，數(shù)字技術(shù)和聲鍥材料等技術(shù)的發(fā)展，利用超聲波脈沖測(cè)量流體流量的技術(shù)發(fā)展很快?；诓煌?，適用于不同場(chǎng)合的各種形式的超聲波流量已相繼出現(xiàn)。其應(yīng)用領(lǐng)域涉及到工農(nóng)業(yè)，水利，水電等部門(mén)，正日趨成為測(cè)流工作的實(shí)惠工具。本文系統(tǒng)闡述了超聲波流量計(jì)的組成，工作原理及使用范圍，比較各種流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)超聲波流量計(jì)誤差進(jìn)行了詳細(xì)的分析，簡(jiǎn)略介紹了流量計(jì)的標(biāo)定和應(yīng)用范圍，對(duì)當(dāng)前的研究應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)作用。

本文闡述了超聲波流量計(jì)常用的時(shí)差法，多普勒法的測(cè)量原理，以及超聲波流量計(jì)的分類，通過(guò)實(shí)際測(cè)流應(yīng)用并與流速儀所測(cè)的流量結(jié)果做了對(duì)比分析，得出超聲波流量計(jì)無(wú)論在測(cè)流準(zhǔn)確度還是測(cè)流度上都比其他的測(cè)流設(shè)備高，而且具有其他測(cè)流設(shè)備所不具備的實(shí)時(shí)在線和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的優(yōu)越性能。

1 .超聲波流量計(jì)的原理

傳遞的聲訊號(hào)穿過(guò)管道內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)時(shí)，其傳遞速度受介質(zhì)流動(dòng)速度的影響。聲訊號(hào)在 2 個(gè)傳感器之間的傳遞時(shí)取決于管道內(nèi)介質(zhì)的流速。一個(gè)聲訊號(hào)通過(guò)上游的時(shí)間要比它通過(guò)下游的時(shí)間長(zhǎng)。這個(gè)時(shí)間差值 dt 與管道內(nèi)介質(zhì)的流速 vf 成比例。

通過(guò)多年區(qū)域計(jì)量表記錄的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)表顯示的***大流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于配表的滿量程值，而表的配置必須匹配調(diào)壓器的流通能力，造成配的表過(guò)大，如果工況流量小于流量計(jì)的***小額定流量，流量計(jì)就計(jì)量不準(zhǔn)確或不計(jì)量。隨著近幾年超聲波流量計(jì)發(fā)展的日趨成熟，此次把超聲波流量計(jì)應(yīng)用于幾個(gè)區(qū)域計(jì)量點(diǎn)上，試用了一段時(shí)間，通過(guò)使用數(shù)據(jù)的分析，探討在區(qū)域計(jì)量上使用超聲波流量計(jì)的可行性。這次使用的是采用重復(fù)性能優(yōu)越的“傳播時(shí)間差”方式，在測(cè)量管內(nèi)安裝一組超聲傳感器，同時(shí)測(cè)量彼此間的聲波到時(shí)間。沿氣體流動(dòng)方向發(fā)出的聲波會(huì)比反方向發(fā)出的聲波先到達(dá)對(duì)方超聲波傳感器處，將這個(gè)時(shí)間差換算成流量，取到達(dá)時(shí)間的倒數(shù)差，可消去聲速項(xiàng)并求出流速，可得知上式不受音速影響。再乘以測(cè)量管橫斷面積和修正系數(shù)，即可得出流量Q。

2.管道超聲波流量計(jì)無(wú)信號(hào)原因

影響時(shí)差式超聲波流量計(jì)計(jì)量因素很多，如換能器探頭安裝方式、上下游直管段長(zhǎng)度、工藝管道參數(shù)等。為了確定出水 A 管道時(shí)差式超聲波流量計(jì)出現(xiàn)信號(hào)中斷的原因，分別從以下兩方面進(jìn)行檢測(cè)分析。

2.1 換能器探頭安裝方式檢測(cè)

目前換能器探頭安裝方式主要有 V 法和 Z 法兩種安裝方式，如圖 1、2 所示。V 法安裝，超聲波信號(hào)行程增加一倍，適用于小管徑，管道條件好的流量測(cè)量。Z 法安裝超聲波信號(hào)衰減小，適用于大管徑。一般來(lái)說(shuō)。D>300mm 的管道易采用 Z 法安裝。

根據(jù)換能器探頭安裝方式，昆明市第五自來(lái)水廠出廠水管管徑為 DN1000，故原采用 Z 法安裝；出現(xiàn)信號(hào)中斷的現(xiàn)象后，采用了 V 法安裝方式進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無(wú)論是哪一種安裝方式，當(dāng)供水機(jī)組工作時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)信號(hào)中斷現(xiàn)象。故時(shí)差式超聲波流量計(jì)出現(xiàn)信號(hào)中斷排除安裝方式原因。

2.2 上下游直管段長(zhǎng)度檢測(cè)

對(duì)于超聲波流量計(jì)安裝在直管段上下游長(zhǎng)度有明確要求[1、3]：上游直管長(zhǎng)度在 10D 以上，下游在 5D 以上，同時(shí)盡量遠(yuǎn)離泵和閥門(mén)，避免有擾動(dòng)因素。因?yàn)楦鶕?jù)時(shí)差式超聲波流量計(jì)計(jì)算管道內(nèi)流體流速公式：Vf=Kdt/TL，其中標(biāo)定系數(shù) K 是雷諾數(shù)的函數(shù)，當(dāng)直管道不滿足長(zhǎng)度要求，流體從穩(wěn)定層流過(guò)渡成紊流狀態(tài)，流速分布不均勻，標(biāo)定系數(shù) K 將產(chǎn)生較大變化，引起測(cè)量準(zhǔn)確度下降。并且如果在靠近三通、閥門(mén)附近（即不滿足直管段長(zhǎng)度）安裝換能器探頭，流體易從層流轉(zhuǎn)成紊流、渦流狀態(tài)，紊流、渦流的產(chǎn)生使流體中有一定的氣體存在，由于氣體亦有一定的聲阻抗，使聲束分散。尤其當(dāng)含氣量大時(shí)，將大大減小超聲波信號(hào)的強(qiáng)度，造成信號(hào)中斷。根據(jù)上述分析及現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)：昆明市第五自來(lái)水廠出水 A 管道時(shí)差式超聲波流量計(jì)安裝位置下游長(zhǎng)度不滿足要求，在探頭安裝位置下游附近管道管徑由 1.0m 變?yōu)?1.2m，并且接有一根 DN200 的支管。因此在供水高峰期時(shí)，此段由于三通、閥門(mén)影響，水流易產(chǎn)生紊流、渦流從而產(chǎn)生氣泡，大大減小聲波信號(hào)的強(qiáng)度，致使時(shí)差式超聲波流量計(jì)出現(xiàn)信號(hào)中斷。通過(guò)在探頭位置靠近出水泵房一側(cè)移動(dòng) 7m 挖計(jì)量井，其位置滿足上下游直管段長(zhǎng)度要求，利用便攜式超聲波流量計(jì)在此位置進(jìn)行水流計(jì)量檢驗(yàn)，其結(jié)果信號(hào)良好。由此說(shuō)明先前探頭安裝直管段長(zhǎng)度不滿足要求造成信號(hào)中斷。時(shí)差式超聲波流量計(jì)位置見(jiàn)圖。

3.結(jié)論

通過(guò)超聲波流量計(jì)在實(shí)際區(qū)域計(jì)量中與其他形式的流量計(jì)的對(duì)比試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：對(duì)比同口徑的超聲波流量計(jì)和渦輪流量計(jì)，超聲波流量計(jì)在***小工況量程數(shù)以及低于量程用量?jī)煞矫婢鶅?yōu)于渦輪流量計(jì)，更有利于計(jì)量。在用戶數(shù)相同以及其他運(yùn)行工況相同的條件下，與渦輪流量計(jì)對(duì)比，采用超聲波流量計(jì)，可以適當(dāng)進(jìn)行縮徑配置，仍能滿足工況要求，且計(jì)量更為準(zhǔn)確，從而達(dá)到降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。對(duì)比超聲波流量計(jì)和皮膜表，在相同的工況條件下，均能準(zhǔn)確計(jì)量，計(jì)量誤差均在允許范圍內(nèi)，超聲波流量計(jì)由于其體積小，更適合空間小的調(diào)壓室。

綜上所述，超聲波流量計(jì)由于其有更大的量程范圍等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于區(qū)域計(jì)量上是可行的，并且比渦輪流量計(jì)更適合應(yīng)用于區(qū)域計(jì)量上。本文闡述了超聲波流量計(jì)常用的時(shí)差法，多普勒法的測(cè)流原理，以及超聲波流量計(jì)的分類。通過(guò)時(shí)際測(cè)流應(yīng)用并于流速儀所測(cè)得的流速結(jié)果。