超声波流量计的特点、安装及常见故障分析

超声波流量计的特点、安装及常见故障分析

超声波流量计具有经济实用、用途广泛、安装维修方便等许多优点，但在实际使用中由于长期受到安装、环境等因素的影响，在后继使用中发生各种故障。文章作者结合长期现场检测工作经验就超声波流量计的特点、安装注意事项及常见故障进行简单的分析和阐述，并就这些问题提出相应的解决办法和处理意见，解决企业在安装和使用超声波流量计过程中遇到的各种技术问题。

标签：超声波流量计；特点；安装；故障

引言

超声波流量计是一种可以利用非接触的方法来测量流体流量的仪表。它既可以测量其他仪表不能检测的非导电介质、放射性、易爆和强腐蚀介质的流量，也可以用于不易观察和直接接触的介质流量的测量。它的测量准确度较高，可以不受被测介质的各种参数的干扰，尤其可以解决测量大管径的液体流量问题。因此超声波流量计被广泛应用于环保、油田、水务公司、冶金、发电等行业，而熟悉和掌握超声波流量计的安装及常见故障问题处理是解决流量测量准确这一问题的关键所在。

1 超声波流量计的测量原理

超声波流量计是通过测量流体流动对超声波产生的信号影响来对流体流量进行测量，其测量原理是利用“时差法”来测量的。

而时差法的测量原理为：一个超声波探头发射声波信号穿过流体介质、管壁到另一侧的管壁后，被管壁的另一側探头接收到信号，与此同时，第二个探头也发射声波信号被前一个探头接收到，由于受到流体介质间流速的影响，两者之间存在一定的时间差Δt，根据公式推算出时间差Δt和流速V之间的转换关系V=（C2/2L）×Δt，进而可以得到相关的管道内的流量值Q。

2 超声波流量计的特点

2.1 使用面广

在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量。超声波流量计也可用于气体流量测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到河流都可适用。多普勒法超声波流量计可测量双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。

2.2 价格适中

因各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，流量仪表成本基本上与被

测管道口径大小无关。从而比起其他类型的流量计，超声波流量计随着口径增大造价大幅度减少，所以，口径越大，优点越显著。另外一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，从而抬高成本和造价，而超声波流量计在成本和造价方面均可避免。

2.3 维修和安装方便

安装时不需要阀门，法兰、旁通管路等，无论是安装还是维修，都不需要切断流体，不会影响管道内流体的正常流通。因此，维修和安装方便。

2.4 解决测量各种介质流量的难题

超声波流量测量的准确度几乎不受被测流体温度、密度、压力和粘度等参数的影响。由于超声波流量计是非接触式流量仪表，所以，除了用于测量水、石油等一般介质外，还能对非导电介质、放射性、易爆和强腐蚀介质进行流量测量。

3 超声波流量计探头的分类及主要安装方法

3.1 超声波流量计探头的种类

常用的超声波流量计探头按安装方式有如下三种：

（1）管段式探头，安装时需要切开选定的直管段，采用法兰连接。产品已经过生产厂家标定，好处是探头可以在使用企业不用停产的情况下进行维修，其特点是测量的准确度高。（2）插入式探头，安装时需用钻孔工具在使用企业不停产状态下将探头插入管线中。特点是能在水中带气体或水管内壁结垢情况下实现准确可靠的测量。（3）外夹式探头，安装时需将管外壁的预安装位置用打磨工具打磨光滑后用耦合剂将探头贴于管外壁再用专用夹紧装置固定。此类方法能方便地在管壁外进行水流量测量，也适合便携式流量计。不好的地方是易造成耦合剂的处理不当引起信号接收状态异常而影响测量的准确性和可靠性。

3.2 超声波流量计探头的安装方法

超声波流量计传感器的安装方法直接关系到水流量测量的运行可靠性、可信度和准确性。

超声波流量计探头的安装位置一般选择两个探头管轴在与管轴水平面成45度夹角处或管道的管轴水平方向上。

超声波流量计探头的安装方法有Z、V、N、W方法。其中N、W方法适用于管径为50mm以下的管道，因性价比和使用难度原因而被很少用到。常用方法主要有两种：（1）“Z”方法安装，“Z”方法安装一般适用于水介质较差不洁净、输水管道管径较大、管道内壁有水垢或使用“V”方法安装信号失真较严重的情况。一般“Z”方法安装的可测管径范围通常在100mm～600mm，300mm以上管径的

管道选用“Z”方法安装较适合。安装探头时须注意管道轴线与上下游两探头在同一平面内，且上游探头在高位，下游探头在低位。（2）“V”方法安装，“V”方法安装是标准的安装方法，可测量外管径范围为25mm～400mm。安装探头时须注意上下游两探头水平方向对齐，使其管道轴线与中心连线水平一致。

3.3 超声波流量计探头安装的后续检查

（1）通过流量计表头核查上下游端探头的信号质量和信号强度是否满足要求，判断探头能否接收到流量计表头工作所需的超声波信号。（2）主要检查安装位置与探头需要的间距是否合适。（3）与管道外壁结合面的接触是否光滑，结合是否紧密。

4 超声波流量计使用中的常见故障与处理方法

4.1 故障表现：外夹式超声波流量计探头的信号过低

（1）故障分析：输水的管道结垢较厚、管道外径过大超过允许范围、管道中介质不满管或探头选用的安装方法不合适。（2）处理方法：管道结垢较厚可选用插入式的探头安装，对于外管径过大和管道中介质不满管可以重新选择探头的安装方法。

4.2 故障表现：流量計仪表在安装现场的强磁场干扰下无法正常使用

（1）故障分析：有可能是探头周围有强磁场干扰、有大功率变频器、接地线的安装不合适或流量计的供电电源波动较大。（2）处理方法：将流量仪表安装在远离强磁场和大功率变频器的场地，将流量计表头正确方法接地，给流量计换装稳定的电源供电。

4.3 故障表现：流量计的瞬时流量数据波动较大

（1）故障分析：可能由于探头的安装位置和管道内气体的影响使信号强度波动较大，从而使流量数据波动较大。（2）处理方法：首先重新调整探头的角度和位置，使管道轴线与上下游两探头在同一平面内，其次保证探头的安装间距准确无误。如管道内有气体影响管道内本身流体波动大，也可以重新选择探头的安装位置，但是要确保探头安装前10D后5D的安装要求。

4.4 故障表现：插入式探头在使用一段时间后出现主机信号降低现象

（1）故障分析：可能管道内或者探头表面产生水垢、探头安装位置改变或者发生偏移、探头长时间日晒导致信号衰减。（2）处理方法：重新安装和调整流量计探头的位置，清洁探头和管壁上的水垢，若探头信号已经衰减可重新更换新的探头。

4.5 故障表现：流量计在开机的情况下无法显示数据