近几年来,随着电子技术、数字技术的发展,利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快,基于不同原理,适用于不同场合的各种型式的超声波流量计得到了广泛应用,同时也对广大用户提出如何认识超声波流量计、怎样选择合适的类型,使用中应注意些什么问题等一系列问题,本文综合国内超声波流量计目前的发展情况及多年应用的实践,对上述问题进行了些探讨。

一、超声波流量计的分类

    1、超声波流量计的各类很多,依照不同的分类方法,可以分为不同类型的超声波流量计。

    1.1 多谱勒式超声波流量计

    换能器1发射频率为f1的超声波信号,经过管道内液体中的悬浮颗粒或气泡后,频率发生偏移,以f2的频率反射到换能器2,这就是多谱勒将就,f2与f1之差即为多谱勒频差fd。
    当管道条件、换能器安装位置、发射频率、声速确定以后,c、f1、θ即为常数,流体流速和多谱勒频移成正比,通过测量频移就可得到流体流速,进而求得流体流量。

    1.2时差式超声波流量计

    时差式超声波流量计是利用声波在流体中顺流传播和逆流传播的时间差与流体流速成正比这一原理来测量流体流量的。

    2、根据超声波流量计使用场合不同,可以分为固定式超声波流量计和便携式超声波流量计。

    2.1这两类超声波流量计的主要区别

    (1)适用的场合不同

    固定式超声波流量计用于安装在某一固定位置,对某一特定管道内流体的流量进行长期不间断的计量;便携式超声波流量计具有很大的机动性,主要用于对不同管道的流体流量作临时性测量。

    (2)供电方式不同

    固定式超声波流量计要求长期连续运行,所以要使用220V交流电源,便携式超声波流量计既可以使用现场的交流电源,也备有内置充电电池,可以连续工作5~10h[小时],大大方便了不同场合临时性流量测量的需要。

    (3)部分功能不同

    因定式超声波流量计,通常都有4-20mA信号输出等功能,供远传显示使用,但其内部只能存贮一条管道的参数;便携式超声波流量计只是为了现场查看当时流量和短时间内的累计流量,故一般无输出信号功能,但为了方便测量不同管道流量,它具有丰富的贮存功能,可以同时存贮数十条不同管道的参数,供随时调出使用。

   2.2 换能器供电方式不同

    可以分为外贴式、插入式、管段式三种超声波流量计。

    (1)外贴式

    外贴式超声波流量计是生产最早,用户最熟悉且应用最广泛的超声波流量计,安装换能器无需管道断流,即贴即用,它充分体现了超声波流量计安装简单、使用方便的特点。

   (2)管段式

    某些管道因材质疏、导声不良,或者锈蚀严重,衬里和管道内空间有间隙等原因,导致超声波信号衰减严重,用外贴式超声波流量计无法正常测量,所以产生了管段式超声波流量计。

    管段式超声波流量计把换能器和测量管组成一体,解决了外贴式流量计在测量中的一个难题。而且测量精度也比其它超声波流量计要高,但同时也牺牲了外贴式超声波流量计不断流安装这一优点,要求切开管道安装换能器。

    (3)插入式

    插入式超声波流量计 介于上述二者中间。在安装上可以不断流,利用专门工具在有水的管道上打孔,把换能器插入管道内,完成安装。由于换能器在管道内,其信号的发射、接受只经过被测介质,而不经过管壁和衬里,所以其测量不受管质和管衬材料限制。

二、超声波流量计的选型
 
    超声波流量计除上述各种类型外,近年来又出现了采用数字化电路的数字式超声波流量计,把换能器和转换器做在一起的一体式超声波流量计,等等。面对众多类型的超声波流量计,用户要根据实际情况和测量需要合理选型。

    2.1多谱勒式超声波流量计

    只能用于测量含有适量能反射超声波信号的颗粒或气泡的流体,如工厂排放液、未处理的污水、杂志含量稳定的工厂过程液等。要注意它对被测介质要求比较苛刻,即不能是洁净水,同时杂技含量要相对稳定,才可以正常测量,而且不同厂家的仪表性能及对被测厂家的要求也不一样。选择此类超声波流量计即要对被测介质心中有数,也要对所选用的超声波流量计的性能、精度和对被测介质的要求有深入的了解。

    2.2便携式超声波流量计

    适用于临时性测量,主要用于校对管道上已安装其它流量仪表的运行状态,进行一个区域内的流体平衡测试 ,检查管道的当时流量情况等。如果不作固定安装,而用于这些用途时,选用便携式超声波流量计既方便又经济。

    2.3时差式超声波流量计

    目前生产最多、应用范围最广泛的是时差式超声波流量计。它主要用来测量洁净的流体流量,在自来水公司和工业用水领域,得到广泛应用。此外它也可以测量杂技含量不高(杂质含量小于10g/L,粒径小于1mm)的均匀流体,如污水等介质的流量,而且精度可达±1.5%。实际应用表明,选用时差式超声波流量计,对相应流体的测量都可以达到满意的效果。

    2.4管道式超声波流量计

    精度最高,可达到±0.5%,而且不受管道材质、衬里的限制,适用于流量测量精度要求高的场合。但随着管径的增大,成本也会随增加,通常情况下,选用中小口径的管段式超声波流量计,较为经济。

    2.5固定式超声波流量计

    如果有足够的安装空间,使用插入式换能器代替外贴式换能器,彻底消除了管衬、结垢及管壁对超声波信号衰减的影响,测量稳定性更高,也大大减小了维护工作量。而且,由于插入式换能器也可以不断流安装,所以其应用正在不断推广。

    有的厂家推出了内部为数字化电路的超声波流量计,其特点是采用数字电路处理信号,纠错能力增强,取样及时,精度提高(模拟电路的精度为±1.5%,数字电路可以达到±1.0%),而且集成度提高,仪表体积大大减小,有多种信号输出模式供选择,在实际应用也取得了很好的效果。用户在使用中可以和模拟电路的超声波流量计进行比较。

    超声波流量计的功能选择,用户可以根据实际情况来确定。如果测量双向流体,一定要选择带有正负计量功能的超声波流量计;如果用户需要定期了解流体在一定时段有流量情况,可以选择带打印机的超声波流量计。总之,所选择的超声波流量计的功能既要满足用户需要,也不必贪多求全,造成许多功能闭置不用,而增加购买成本。