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我公司生產(chǎn)的SLPC-TG/11NGBH13系列超聲波流量計(jì)是非接觸式流量計(jì)。它利用超聲波在流體中傳播時(shí)，其傳播速度受到流體流速的影響，通過(guò)測(cè)量超聲波在流體中的傳播速度，就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算出流量來(lái)。理論上說(shuō)凡是能傳播聲音的流體，均可用它測(cè)量；（但是全球現(xiàn)狀目前能做到的一般指液體）我公司引自國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合公司自身特色，生產(chǎn)的SLPC-TG/11NGBH13系列流量計(jì)已得到廣大客戶的認(rèn)可，現(xiàn)將我公司超聲波流量計(jì)的原理、特點(diǎn)及其在渤海造船廠的應(yīng)用做一下詳細(xì)介紹。

1、SLPC-TG/11NGBH13系列超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理：

（1）SLPC-TG/11NGBH13系列超聲波的測(cè)量概述：

    SLPC-TG/11NGBH13系列超聲波流量計(jì)一般可分現(xiàn)場(chǎng)傳感器（即探頭），傳輸電纜，顯示主機(jī)三大部分。其傳感器有插入式、法蘭式（即管段式）和船廠使用的外夾式三類，顯示主機(jī)分固定式、便攜式及其船廠使用的盤裝式。

我公司生產(chǎn)的超聲波流量計(jì)的傳感器是采用壓電元件。當(dāng)振蕩信號(hào)加在壓電元件上時(shí)，由于其壓電效應(yīng)，使其壓電元件產(chǎn)生超聲波振動(dòng)輸出。該超聲波以某一角度入射到流體中進(jìn)行傳播，然后由接收器接收并由接收器內(nèi)的壓電元件將該超聲波解調(diào)為電能；發(fā)射器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)、而接收器則是利用壓電元件的壓電效應(yīng)。

 SLPC-TG/11NGBH13系列超聲波流量計(jì)傳感器的壓電元件通常做成圓形薄片，沿厚度振動(dòng)。薄片直徑超過(guò)厚度的10倍，以保證振動(dòng)的方向性。壓電元件的材料多采用鋯鈦酸鉛。壓電元件被置入聲楔中，構(gòu)成傳感器整體(又稱探頭)。聲楔材料不僅要求強(qiáng)度高、耐老化，而且要求超聲波經(jīng)聲楔后能量損失小，即透射系數(shù)接近1，常用的聲楔材料為：有機(jī)玻璃、橡膠、塑料及膠木等。

（2）SLPC-TG/11NGBH13系列的測(cè)量原理：

SLPC-TG/11NGBH13系列超聲波是利用時(shí)差法測(cè)量原理，當(dāng)超聲波束在液體中傳播時(shí)，液體流動(dòng)將使傳播時(shí)間產(chǎn)生微小變化其傳播時(shí)間的變化正比于液體的流速，通過(guò)測(cè)量超聲波在流體中傳播速度，再利用傳播速度之差與被測(cè)流體流速之的關(guān)系求取流速?gòu)亩鴵Q算出流量的。

其關(guān)系符合下列表達(dá)式：

               V = M D / sin2θ×△T / Tup Tdown

　 式中 ：V：超聲波在流體中傳播速度；        D ：為管道內(nèi)徑；

          θ：為聲束與液體流動(dòng)方向的夾角；   ΔT=Tu–Tdown；

　　       M ：為聲束在液體的直線傳播次數(shù)；

    Tup ： 為聲束在正方向上的傳播時(shí)間（由上游傳感器到下游傳感器間的傳播時(shí)間）           

    Tdown：為聲束在逆方向上的傳播時(shí)間（由下游傳感器到上游傳感器間的傳播時(shí)間）

設(shè)靜止流體中的聲速為c，流體流動(dòng)的速度為u，傳播距離為L(zhǎng)，當(dāng)聲波與流體流動(dòng)方向一致時(shí)（即順流方向），其傳播速度為c＋u；反之，傳播速度為c－u；在相距為L(zhǎng)的兩處分別放置兩組超聲波發(fā)生器和接收器（T1、R1）和（T2、R2）。當(dāng)T1順?lè)较?，T2逆方向發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波分別到達(dá)接收器R1和R2所需要的時(shí)間為t1 和t2 ，則：

　　    t1 = L / ( c + u )；   t2  = L / ( c –u )；

　　因流體的流速比聲速小的多，即c >> u ，因此兩者的時(shí)間差為： 

  △t = t2 - t1 = L / ( c –u ) －L / ( c + u )=2 L u /c2

由此可知，當(dāng)聲波在流體中的傳播速度c已知時(shí)，只要測(cè)出時(shí)間差 △t 即可求出流速u，進(jìn)而可求出流量Q 。

除此以外還有頻差法和相差法兩種測(cè)量原理。

2、超聲流量計(jì)的分類：

我公司生產(chǎn)的超聲波流量計(jì)的傳感器分三種，故安裝、選型及其應(yīng)用方式也分三種：

    a）管段式超聲流量計(jì)：

    某些管道因材質(zhì)疏、導(dǎo)聲不良，或者銹蝕嚴(yán)重，襯里和管道內(nèi)空間有間隙等原因，導(dǎo)致超聲波信號(hào)衰減嚴(yán)重，用外貼式超聲波流量計(jì)無(wú)法正常測(cè)量，所以產(chǎn)生了管段式超聲波流量計(jì)。

    精度最高，可達(dá)到±0.5%，而且不受管道材質(zhì)、襯里的限制，適用于流量測(cè)量精度要求高的場(chǎng)合。但隨著管徑的增大，成本也會(huì)隨增加，通常情況下，選用中小口徑的管段式超聲波流量計(jì)，較為經(jīng)濟(jì)；
    管段式超聲波流量計(jì)將傳感器和測(cè)量管組成一體，但傳感器安裝時(shí)需切開選定的直管段，采用法蘭聯(lián)接。但以后的維護(hù)可不停產(chǎn)。

    b）外貼式超聲流量計(jì)：

    外貼式傳感器安裝時(shí)無(wú)需管道斷流，只需將管外壁的安裝位置打磨光滑后用專用耦合劑（室溫固化的硅橡膠或高溫長(zhǎng)鏈聚合油脂）將傳感器（探頭）貼于管外壁再用專用夾緊裝置固定。能夠完成固定和移動(dòng)測(cè)量。充分體現(xiàn)安裝簡(jiǎn)單、不損壞管路。缺點(diǎn)是易因耦合劑的處置不當(dāng)引起信號(hào)接收狀態(tài)惡變而影響測(cè)量的穩(wěn)定性。船廠用的就是我公司生產(chǎn)的外貼式超聲波流量計(jì)探頭。

c）插入式超聲流量計(jì)：

    插入式超聲波流量計(jì)可不斷流利用專門工具帶壓在管道上打孔，把傳感器插入管道內(nèi)完成安裝。實(shí)現(xiàn)不停產(chǎn)維護(hù)。一般為單聲道測(cè)量，為提高測(cè)量準(zhǔn)確度，可選擇三聲道；由于傳感器在管道內(nèi)，其信號(hào)的發(fā)射、接受只經(jīng)過(guò)被測(cè)介質(zhì)，而不經(jīng)過(guò)管壁和襯里，所以其測(cè)量不受管質(zhì)和管襯材料限制。

3、我公司超聲波流量計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)：

 1）非接觸式測(cè)量（夾裝式）

 2）無(wú)流動(dòng)阻撓測(cè)量，無(wú)額外壓力損失；

 3）特別適合大管徑測(cè)量，其成本與管徑基本無(wú)關(guān)；

 4）可制成便攜式測(cè)量?jī)x表；

 5）準(zhǔn)確度0.5%～1.5%；　

 6）量程比較寬，可達(dá)5：1、輸出與流量之間呈線性；

 7）當(dāng)被測(cè)液體中含有氣泡或雜音時(shí)，會(huì)影響測(cè)量精度，要求前后直管段分別為10D和5D；

 8）超聲波傳感器及耦合材料耐溫程度受流體溫度范圍的限制；同時(shí)在高溫狀態(tài)下，被測(cè)流體聲速研究的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不全。所以目前只能測(cè)量160℃以下的流體；

9）可測(cè)量雜質(zhì)或氣泡含量較多的液體（特殊時(shí)請(qǐng)說(shuō)明，我公司可提供多普勒式超聲波流量計(jì)）

10）液體的流速每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m／s左右，若要求測(cè)量流速的準(zhǔn)確度為1％，則聲速的測(cè)量準(zhǔn)確度需10^-5，所以超聲波流量計(jì)的測(cè)量線路復(fù)雜，成本較高。

4、SLPC-TG/11NGBH13系列傳感器技術(shù)參數(shù)及外形尺寸：

（1）傳感器技術(shù)參數(shù)

5、超聲波流量計(jì)的故障分析與處理：

6、定期維護(hù)工作：

（1）外貼式超聲波流量計(jì)，要定期（半年）檢查傳感器是否松動(dòng)、與管道之間的粘合劑是否良好；

（2）插入式超聲波流量計(jì)，探頭使用一段時(shí)間后，就會(huì)出現(xiàn)不定期的報(bào)警，尤其是流體介質(zhì)的雜質(zhì)較多時(shí)，要定期（一年）清理探頭上沉積的雜質(zhì)、水垢等；并定期檢查有無(wú)漏水現(xiàn)象；

（3）一體式超聲波流量計(jì)，要檢查流量計(jì)與管道之間的法蘭鏈接是否良好，并考慮現(xiàn)場(chǎng)溫度和濕度對(duì)其電子部件的影響等；

（4） 超聲波流量計(jì)測(cè)量液體介質(zhì)時(shí)，引壓管容易產(chǎn)生積液，氣溫較低時(shí)會(huì)出現(xiàn)引壓管凍堵現(xiàn)象，要定期對(duì)引壓管進(jìn)行吹掃或加保溫伴熱。

7、超聲波流量計(jì)的安裝注意事項(xiàng)：

    超聲波流量計(jì)傳感器的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)的選取是否合理及安裝質(zhì)量，是直接關(guān)系到測(cè)量系統(tǒng)能否正常工作的主要原因，所以在安裝前要充分考慮傳感器位置的確定、安裝方式的選擇兩個(gè)問(wèn)題。

（1）確定測(cè)量點(diǎn)位置時(shí)，要注意以下四點(diǎn)：

   1）超聲波流量計(jì)傳感器的測(cè)量點(diǎn)需選在一定長(zhǎng)度、水流分布均勻的直管段上，以減少測(cè)量誤差。直管段要滿足上游側(cè)不小于10D，下游側(cè)不小于5D，該直管段的內(nèi)壁應(yīng)無(wú)水垢、均勻無(wú)疤、裂痕以利于超聲波傳輸。若現(xiàn)場(chǎng)達(dá)不到這一要求，要在上游側(cè)安裝整流器，改善流速場(chǎng)的分布。

    若在超聲波流量計(jì)傳感器上游側(cè)有兩個(gè)方向的彎頭或其它阻流件，則前置直管段應(yīng)＞10D，以滿足流體流速場(chǎng)的均勻分布；

   2）超聲波流量計(jì)傳感器的測(cè)量點(diǎn)首選液體向上（或斜向上）流動(dòng)的豎直管道，其次是水平管道，盡量避開液體向下（或斜向下）流動(dòng)的管道防止因液體末充滿管道，造成的各種測(cè)量不正常的現(xiàn)象發(fā)生。
   3）安裝位置不要選在管道走向的最高點(diǎn)，防止管道內(nèi)因有氣泡聚集而不滿管，造成測(cè)量不正常的現(xiàn)象發(fā)生。

   4）要注意傳感器的安裝位置要盡量避開有變頻調(diào)速囂、電焊機(jī)等污染電源等場(chǎng)合，以免帶來(lái)測(cè)量附加誤差。

⑵超聲波流量計(jì)傳感器（探頭）的安裝注意事項(xiàng)：

　 a）超聲波流量計(jì)傳感器（探頭）一般選兩臺(tái)傳感器安裝在與輸水管道的中心軸線水平面成0度夾角或成45度夾角的位置上；

   b）安裝方式主要有對(duì)貼式、V式、Z式三種：多譜勒式超聲波流量計(jì)采用對(duì)貼式、時(shí)差式超聲波流量計(jì)采用V和Z式，通常情況下，管徑小于300mm時(shí)，采用V式、 管徑大于200mm時(shí)，采用Z式。對(duì)于即可以用V式又可用Z式安裝的傳感器，盡量選用Z式。因這種方式的超聲波信號(hào)強(qiáng)度高，測(cè)量穩(wěn)定性好。

  1）“V”式的安裝方法：可測(cè)管徑范圍為25mm—400mm。安裝時(shí)須注意上、下游兩傳感器水平對(duì)齊，使其中心連線與管道軸線水平一致；

  2）“Z”式安裝適于粗管道或水介質(zhì)不潔凈或管道內(nèi)壁有水垢的場(chǎng)合。“Z”式安裝的可測(cè)管徑范圍在100mm—600mm。300mm以上的管道較適宜，安裝須注意上、下游兩傳感器與輸水管道軸線在同一平面內(nèi)，且上游傳感器在低位、上游傳感器在高位；

（3）超聲波流量計(jì)傳感器探頭的安裝檢查：

  a、主要檢查傳感器（即探頭）的安裝位置是否適宜。

  b、與水管外壁的結(jié)合是否光滑緊密。

  c、通過(guò)主機(jī)檢查信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量，觀察傳感器是否能夠接收到使主機(jī)正常工作的超聲波信號(hào)。

（4）超聲波流量計(jì)的參數(shù)設(shè)定及傳感器信號(hào)強(qiáng)度調(diào)試：

  1）按流量計(jì)要求輸入管道參數(shù)，并記錄。

　2）對(duì)上、下游傳感器（即探頭）的安裝位置、間距、管道接合度進(jìn)行調(diào)整，將上下游兩個(gè)方向上接收的信號(hào)強(qiáng)度調(diào)整至最強(qiáng)（信號(hào)強(qiáng)度越大則測(cè)量值越穩(wěn)定、可信度越大，越能長(zhǎng)時(shí)可靠運(yùn)行）。

8、超聲波流量計(jì)安裝規(guī)程細(xì)解：

（1）超聲波流量計(jì)在安裝前應(yīng)充分了解現(xiàn)場(chǎng)情況：

  1）安裝傳感器處距主機(jī)距離為多少；

  2）管道材質(zhì)、管壁厚度及管徑；

  3）管道年限；

  4）流體類型、是否含有雜質(zhì)、氣泡以及是否滿管；

  5）流體溫度；

  6）安裝現(xiàn)場(chǎng)是否有干擾源（如變頻、強(qiáng)磁場(chǎng)等）；

  7）主機(jī)安放處要符合要求；

  8）使用的電源電壓是否穩(wěn)定；

  9）是否需要遠(yuǎn)傳信號(hào)及種類；

    根據(jù)以上提供的現(xiàn)場(chǎng)情況，廠家可針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行配置，必要情況下也可特制機(jī)型。

（2）選擇安裝位置：

    選擇安裝管段對(duì)測(cè)試精度影響很大，所選管段應(yīng)避開干擾和渦流這兩種對(duì)測(cè)量精度影響較大的情況，選擇管段應(yīng)滿足下列條件：

1）避免在水泵、變頻，即有強(qiáng)磁場(chǎng)和震動(dòng)干擾處安裝檢測(cè)設(shè)備；

2）選擇管材應(yīng)均勻致密，易于超聲波傳輸?shù)墓芏危?/p>

3）足夠長(zhǎng)的直管段，上游直管段必須要大于10D，下游要大于5D；

4）安裝點(diǎn)上游距水泵應(yīng)有30D距離；

5）流體應(yīng)充滿管道；

6）要有足夠的空間便于現(xiàn)場(chǎng)人員操作，地下管道需做測(cè)試井。

（3）確定傳感器的安裝方式：

　  傳感器一般有兩種安裝方式，即Z法和V法。但當(dāng)D＜200mm而現(xiàn)場(chǎng)情況為下列條件之一者,也可采用Z法安裝：

1）當(dāng)被測(cè)量流體濁度高，用V法測(cè)量收不到信號(hào)或信號(hào)很弱時(shí)；

2）當(dāng)管道內(nèi)壁有襯里時(shí)；

3）當(dāng)管道使用年限太長(zhǎng)且內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重時(shí)；

　  對(duì)于管道條件較好者，即使D稍大于200mm，為了提高測(cè)量精度，也可采用V法安裝。

（4）求得安裝距離，確定傳感器位置：

1）將管道參數(shù)輸入儀表，選擇傳感器安裝方式，得出安裝距離；

2）在水平管道上，一般應(yīng)選擇管道的中部，避開頂部和底部（頂部可能含有氣泡、底部可能有沉淀）；

3）V法安裝：先確定一個(gè)點(diǎn)，按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn)。

　Z法安裝：先確定一個(gè)點(diǎn)，按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn)，然后測(cè)出此點(diǎn)在管道另一側(cè)的對(duì)稱點(diǎn)。

（5）管道表面處理（外貼式）：

　　確定傳感器位置之后，在兩安裝點(diǎn)±100mm范圍內(nèi)，使用角磨砂輪機(jī)、銼、砂紙等工具將管道打磨至光亮平滑無(wú)蝕坑。

　　要求：光澤均勻，無(wú)起伏不平，手感光滑圓潤(rùn)。需要特別注意，打磨點(diǎn)要求與原管道有同樣的弧度，切忌將安裝點(diǎn)打磨成平面，用酒精或汽油等將此范圍擦凈，以利于傳感器粘接。

（6）微調(diào)傳感器位置：

接完線后把傳感器內(nèi)部用硅膠注滿，放置半小時(shí)，然后用硅膠和卡具把傳感器固定到打磨好的管道上（注意傳感器方向，引線端向外），然后觀察儀表的信號(hào)強(qiáng)度、強(qiáng)度與傳輸時(shí)間之比，如發(fā)現(xiàn)不好，則細(xì)微調(diào)整傳感器位置，直到儀表的信號(hào)達(dá)到規(guī)定的范圍之內(nèi)：

（7）固定傳感器：

信號(hào)調(diào)整好后，用所配卡具將傳感器固定好，不要使鋼絲繩傾斜，以免拉動(dòng)探頭移位，再用硅膠將探頭與管道接觸的四周封住。此膠凝固需一天，未干前必須注意傳感器防水（信號(hào)線外屏蔽線要可靠接地）。

9、SLPC-TG/11NGBH13系列超聲波流量計(jì)在船廠出現(xiàn)的問(wèn)題及其解決辦法

現(xiàn)場(chǎng)在不允許停產(chǎn)而要求計(jì)算流量時(shí)，外貼式流量計(jì)的優(yōu)越性就顯現(xiàn)出來(lái)，渤船廠就是在這樣的情況下選擇了我公司的SLPC-TG/11NGBH13系列，在安裝時(shí)，發(fā)現(xiàn)了各式各樣的問(wèn)題，比如，直管段不足，50年的老管道，高溫液體、管壁結(jié)垢嚴(yán)重，電磁場(chǎng)干擾，管道震動(dòng)嚴(yán)重等等惡劣的現(xiàn)場(chǎng)工況，針對(duì)以上的問(wèn)題，我公司售后隊(duì)伍做了如下工作去解決現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問(wèn)題。

1）直管段不足的解決方案，直管段不足會(huì)直接影響儀表的測(cè)量精度，但是我們通過(guò)詳細(xì)測(cè)量，將安裝位置精確到毫米級(jí)，雖不能滿足前10后5，但是基本上能滿足前5后2，或者前3后1，確定了一個(gè)最適合安裝的位置，去確保直管段最大限度的滿足現(xiàn)場(chǎng)工況，來(lái)確保儀表的精度。

2）50年的老管道，50年的老管道帶給我們的難題是腐蝕嚴(yán)重，打磨外壁的工作量大，且不容易找到信號(hào)，在這樣的條件下，我們通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，更換多個(gè)測(cè)量點(diǎn)位置，終于找到了最適合測(cè)量的點(diǎn)，確保了儀表的信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量滿足了正常的測(cè)量要求，得到了客戶的認(rèn)可。

3）對(duì)溫液體，我們采用了我公司的高溫探頭，在這種環(huán)境下，我們克服了高溫、高危的惡劣環(huán)境，通過(guò)嘗試，將儀表安裝在了最容易維護(hù)的位置，方便了日后的維護(hù)工作。

4）管壁結(jié)垢嚴(yán)重，眾所周知，管壁結(jié)垢嚴(yán)重影響儀表的測(cè)量信號(hào)，但是在這種工況下，怎么去測(cè)量流量呢？我想任何管道的結(jié)垢情況都不是均勻的，在這如果我們能找到結(jié)垢最薄的位置(兩個(gè)探頭的安裝點(diǎn))來(lái)安裝儀表，多嘗試，移動(dòng)兩個(gè)探頭，找到信號(hào)質(zhì)量的最大值來(lái)安裝。這樣就能很大程度上去確保儀表的信號(hào)，但是這種方法我是不提倡的，在這樣的情況下，還是換插入式為宜。

5）電磁場(chǎng)干擾，電磁場(chǎng)干擾對(duì)儀表信號(hào)線的影響很大，為此，我們單獨(dú)跑線，穿管，做好屏蔽接地，來(lái)確保儀表的精度，還有，我公司生產(chǎn)的盤裝式表頭本身的抗干擾能力也很強(qiáng)。在某些位置，無(wú)法單獨(dú)跑線，信號(hào)線跟強(qiáng)電一起走的線槽，我公司儀表照樣能夠正常運(yùn)行并可靠工作。

6）管道震動(dòng)，管道震動(dòng)的解決方法是將探頭和管道緊緊的栓在一起，不讓探頭隨著管道的震動(dòng)位置發(fā)生偏移，當(dāng)信號(hào)衰減時(shí)，將探頭位置稍微動(dòng)一下便可恢復(fù)正常，管道震動(dòng)大的地方往往維護(hù)的工作量較大，我們還是建議將探頭盡量安裝在震動(dòng)較小的地方。

我公司技術(shù)人員克服了種種惡劣的工況環(huán)境，確保了儀表的可靠正常運(yùn)行，當(dāng)然，這也離不開我公司儀表的優(yōu)質(zhì)性能。

我公司爭(zhēng)優(yōu)創(chuàng)新的工作理念，盡職盡責(zé)的工作作風(fēng)，技術(shù)精湛的售后團(tuán)隊(duì)，

當(dāng)然還有優(yōu)質(zhì)可靠地計(jì)量?jī)x表必定是您的首選。