超声波流量计在能源检测中的选型及设计

乔桢

摘 要：超声波流量计是一种速度式流量仪表，它能够利用超声波脉冲来测量流体。本文主要讨论的是便携式超声波，对时差式和多谱勒式的超声波流量计进行分析，结合相关的实际经验简单的阐述了超声波流量计的工作原理；并且总结了超声波流量计的原则，为使用超声波流量计提供可借鉴的经验及其方法。

关键词：超声波流量计；能源检测 ；工作原理

能源检测中必须对流量流体和流速等参数进行测量控制，原先安装好的流量计因为一些原因导致加量不准确，检测计量工作没办法提供准确可靠性的资料，导致无法正确评价耗能设备的利用状况和正确分析其运行情况，使能源统计工作处于被动状态。如果更换在线流量仪表，会提高成本，不利于开展能源检测工作。选择能够准确计量、安装方便的流量监测仪表有利于解决能源检测中的流量计算问题，便携式超声波流量计的特点包括机动性、即可使用性和无需管道断流，对能源监测有很重要的作用，能够充分体现超声波流量计使用安装便捷的特点；便携式超声波流量计的准确度有1.0级、1.5级和2.5级，具有选择性，能够满足不同要求的能源检测计量的工作。

1 超声波流量计工作原理

1.1 时差式超声波流量计

PT868超声波流量计是时差式超声波流量计，它能够利用声波在流体中顺流逆流传播的时间差和流体的流速成正比的这个原理来测量流量的。在流体顺流方向传播声波的速度会增大，逆流方向则减小速度，同一个传播距离有不同的传播时间。传播速度差和被测流体流速间的关系能偶求出流速，这个叫做时差法。

（1）流速方程式

时差式测量原理就是将超声波顺流从传感器1传输到传感器2的传播速度C，那么流体流速V就會加快，流速方程式是： ，L是超声波在传感器间传播路径的长度，t1指的是传播时间，x是传播路径的轴向，c指的是在静止中的传播速度，v是通过传感器1、传感器2间的平均流速。其中 ，所以流程方程式可以转变为 。

如果超声波逆流从传感器2到1的传播速度减缓，那么t2是传感器2到传感器1的传播时间。该流速方程式是： 。其中 ，所以该方程式能够转化为 。

（2）传播时间

传感器1发射超声波信号给传感器2，它的顺流方向的传播时间为 ；逆流方向的传播时间为 ，两者的时间差为 ，因此流体速度为 。

流速方程式测得的时间差能够求出流体流速，然后得到流体流量。

1.2 多谱勒式超声波流量计

SX30超声波流量计检测流体流量，采用多谱勒式超声波流量计。多谱勒式效应法指的是在静止点或者固定点检测，从移动源发射声波会产生多谱勒频移现象，测量频移能够计算流体流量。

传感器1发射频率是f1的超声波信号，通过管道液体的悬浮颗粒或者气泡之后，频率会出现偏移，f2频率发射到传感器2，f2、f1直插就是多谱勒频差fd。假设流体散射体的流速是V，超声波声速是C，fd正比流体速度V为 ，那么流体流速就是 。当确定管道条件、声速、发射频率和传感器的安装位置后，流体流速、多谱勒频移呈正比，测量频移能够得知流体流速，然后得到流体流量。

这是两种超声波流量计的工作原理，只有熟悉了其工作原理才能够有效的利用超声波流量计为能源检测服务。

2 超声波流量计的选择

选择超声波流量计进行流量计量的时候，要先确定被测流体的性质，判断标准为液体的洁净程度和杂质含量的高低；选择流量计要考虑到测量原理是时差法还是多谱勒法。

2.1 时差法超声波流量计

时差法超声波流量计是用来测量洁净流体的介质的，它能够测量悬浮颗粒很少的液体，不能够测量悬浮颗粒超过某一范围的液体或者气泡超过范围的液体，也不能够测量含有影响传播超声波的连续性混入气泡或者是体积很大的固体颗粒的液体。液体介质中的悬浮颗粒的体积含量小于百分之一的时候，才不会影响流体计量，如果含量大于百分之一就会影响测量的精准度。另外，时差法还可以测量杂质含量不高的均匀流体，含量不高的范围指的是杂质含量小于10g/L，其粒径小于1mm。比如污水等介质流量，其精度能够达到 1.5%。

3 超声波流量计的应用

应用超声波流量计要注意以下方面的问题：

3.1其功能的选择

正确功能选择是超声波流量计正常工作的基础，如果选型不合适，会导致无法测量流量。正确选择超声波流量计，主要根据流量原理来选择合适的超声波流量计。假如是双向流，那选择的超声波流量计要带有正负计量功能。

3.2 流量检测点的选择

（1）安装位置及其流动方向

超声波流量计的流量传感器通常安装在水平管道、倾斜管道和垂直管道。垂直管道要选择自下而上流动的场所，如果是自上而下会导致下游产生足够的被压。比如高于测量点的后续管道，这是用来防止测量点出现非满管流的现象。

（2）管道条件

超声波流量计徐璈考虑到衬里材料和厚度、管壁材料及厚度、锈蚀状况等，不能够使用衬里或者结垢太厚的管道，不能使用衬里或者锈层和内管壁剥离的，不能使用锈蚀现象暗中的管道，夹层夹带气体会减弱超声信号，还能够改变超声的传播路径。管道内的表面积沉积层会产生声波不良传播，还有可能会偏离预期声道的路径及长度，有可能会将声波分散，大部分的声波传送不到流体会降低其性能，因此在选择管段的时候要避免此类现象。

4 结语

流量是超声波流量计在能源检测中的重要参数，科学技术的快速发展，仪表更加具备高精度、高可靠性和高智能化，因此超声波流量计在能源检测方面发挥着越来越重要的作用。在能源检测中，要正确的把握超声波流量计的工作原理和选型应用，才能够更好的了解到超声波流量计，更好的去应用它，为能源监测提供科学性、精准性的数据，更好的发挥其能源检测的工作。经过研究和一些设计，流量计性能更加优越，准确度更高，现场操作使用也较为方便。它的应用能够提高检定的工作效率，解决了超声波流量计现场检测问题，给企业带来了很好的经济效益和社会效益。

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