摘 要 超聲波流量計(jì)是一種利用超聲波脈沖來測量流體流量的速度式流量儀表，它從80年代開始進(jìn)入我國工業(yè)生產(chǎn)和計(jì)量領(lǐng)域，并在90年代得到迅速發(fā)展。文章對我佃國內(nèi)市場上出現(xiàn) 了各類超聲波流量進(jìn)行了深入研究分析，結(jié)合多年的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)闡述了超聲波流量計(jì)的分類方法；從儀表性能、被測介質(zhì)經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性等方面總結(jié)了選用超聲波流量的原則，并對應(yīng)用中如何選位、安裝、維護(hù)提出具體建議，為用戶合理選擇和應(yīng)用超聲波流量計(jì)提供了一些可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)和方法。
關(guān)鍵詞 超聲流量計(jì)；換能器；時(shí)差式；安裝方式
近幾年來，隨著電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，利用超聲波脈沖測量流體流量的技術(shù)發(fā)展很快，基于不同原理，適用于不同場合的各種型式的超聲波流量計(jì)得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)也對廣大用戶提出如何認(rèn)識(shí)超聲波流量計(jì)、怎樣選擇合適的類型，使用中應(yīng)注意些什么問題等一系列問題，本文綜合國內(nèi)超聲波流量計(jì)目前的發(fā)展情況及多年應(yīng)用的實(shí)踐，對上述問題進(jìn)行了些探討。
1 超聲波流量計(jì)的分類 超聲波流量計(jì)的各類很多，依照不同的分類方法，可以分為不同類型的超聲波流量計(jì)。
1.1 多譜勒式超聲波流量計(jì)
如圖1，換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號，經(jīng)過管道內(nèi)液體中的懸浮顆粒或氣泡后，頻率發(fā)生偏移，以f2的頻率反射到換能器2，這就是多譜勒將就，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。
設(shè)流體流速為v，超聲波聲速為c，多譜勒頻移fd正比于流體流速v，即
所以流體流速
當(dāng)管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數(shù)，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過測量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。
1.2時(shí)差式超聲波流量計(jì)
時(shí)差式超聲波流量計(jì)是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時(shí)間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流量的。
如圖2，換能器1向換能器2發(fā)射超聲波信號，這是順流方向，其傳播時(shí)間為
反之，逆流方向的傳播時(shí)間為：
時(shí)間差為：
由于c>>v，故
所以，流體流速
同樣，c、L、θ均為常數(shù)，測得時(shí)間差△t即可求出流體流速v進(jìn)而求得流體流量。
2 區(qū)別
根據(jù)超聲波流量計(jì)使用場合不同，可以分為固定式超聲波流量計(jì)和便攜式超聲波流量計(jì)。
2.1這兩類超聲波流量計(jì)的主要區(qū)別
(1)適用的場合不同
固定式超聲波流量計(jì)用于安裝在某一固定位置，對某一特定管道內(nèi)流體的流量進(jìn)行長期不間斷的計(jì)量；便攜式超聲波流量計(jì)具有很大的機(jī)動(dòng)性，主要用于對不同管道的流體流量作臨時(shí)性測量。
(2)供電方式不同
固定式超聲波流量計(jì)要求長期連續(xù)運(yùn)行，所以要使用220V交流電源，便攜式超聲波流量計(jì)既可以使用現(xiàn)場的交流電源，也備有內(nèi)置充電電池，可以連續(xù)工作5～10h［小時(shí)］，大大方便了不同場合臨時(shí)性流量測量的需要。
(3)部分功能不同
因定式超聲波流量計(jì)，通常都有4-20mA信號輸出等功能，供遠(yuǎn)傳顯示使用，但其內(nèi)部只能存貯一條管道的參數(shù)；便攜式超聲波流量計(jì)只是為了現(xiàn)場查看當(dāng)時(shí)流量和短時(shí)間內(nèi)的累計(jì)流量，故一般無輸出信號功能，但為了方便測量不同管道流量，它具有豐富的貯存功能，可以同時(shí)存貯數(shù)十條不同管道的參數(shù)，供隨時(shí)調(diào)出使用。
2.2 換能器供電方式不同
可以分為外貼式、插入式、管段式三種超聲波流量計(jì)。
(1)外貼式
外貼式超聲波流量計(jì)是生產(chǎn)最早，用戶最熟悉且應(yīng)用最廣泛的超聲波流量計(jì)，安裝換能器無需管道斷流，即貼即用，它充分體現(xiàn)了超聲波流量計(jì)安裝簡單、使用方便的特點(diǎn)。
(2)管段式
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)致超聲波信號衰減嚴(yán)重，用外貼式超聲波流量計(jì)無法正常測量，所以產(chǎn)生了管段式超聲波流量計(jì)。
管段式超聲波流量計(jì)把換能器和測量管組成一體，解決了外貼式流量計(jì)在測量中的一個(gè)難題。而且測量精度也比其它超聲波流量計(jì)要高，但同時(shí)也犧牲了外貼式超聲波流量計(jì)不斷流安裝這一優(yōu)點(diǎn)，要求切開管道安裝換能器。
(3)插入式
插入式超聲波流量計(jì) 介于上述二者中間。在安裝上可以不斷流，利用專門工具在有水的管道上打孔，把換能器插入管道內(nèi)，完成安裝。由于換能器在管道內(nèi)，其信號的發(fā)射、接受只經(jīng)過被測介質(zhì)，而不經(jīng)過管壁和襯里，所以其測量不受管質(zhì)和管襯材料限制。
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