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       超聲波流量計(jì)具有不擾亂流場(chǎng)、無可動(dòng)部件、無壓力損失、測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定可靠、測(cè)量范圍寬等特點(diǎn)，并且攜帶方便，安裝簡(jiǎn)單，不影響管路系統(tǒng)及設(shè)備的正常運(yùn)行，因此廣泛地應(yīng)用于液體和氣體的計(jì)量。

    大型汽輪發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水的正常流通，是保證汽輪發(fā)電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提條件。循環(huán)水系統(tǒng)管道直徑大，水流速度較低（約2m/s），采用傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)進(jìn)行流量測(cè)量尚有諸多問題，而且測(cè)量準(zhǔn)確性較低，增加了循環(huán)水泵的電耗。如今，許多大型火電廠已經(jīng)開始采用超聲波流量計(jì)進(jìn)行凝汽器循環(huán)冷卻水的測(cè)量，本文擬對(duì)目前應(yīng)用較多的時(shí)差法超聲波流量計(jì)進(jìn)行分析及對(duì)其在火電廠中的應(yīng)用進(jìn)行初步探討。

     超聲波流量計(jì)的工作原理

    對(duì)角傳播時(shí)差法測(cè)量流體流量的原理如圖1所示。超聲波傳感器A、B成對(duì)地安裝在管道的兩側(cè)，交替地發(fā)射和接受超聲波信號(hào)。若傳感器B沿順流方向發(fā)射超聲波，超聲信號(hào)從B順流傳播到A所需時(shí)間設(shè)為t₁；再?gòu)膫鞲衅鰽沿逆流方向發(fā)射超聲波，超聲波傳播到B所需時(shí)間設(shè)為t₂，則有：

      （1）

因此有：  （2）

式中：L—聲波傳播路徑的長(zhǎng)度；
　　c—聲波在靜止液體中的傳播速度；
    μ—流體沿管道軸向的速度；
    μ_p—流體在聲道方向的速度分量；
    θ—聲波傳播方向與管軸線之間的夾角。

圖1 對(duì)角傳播時(shí)差法流量計(jì)

    由公式（2）可知，只要測(cè)出t₁、t₂就可計(jì)算出μ，然后計(jì)算出管道截面上的平均流速，從而求得流體的瞬時(shí)流量和累積流量。由公式（2）還可以看出超聲波正反向傳送的時(shí)間t₁、t₂的測(cè)量精度直接影響著流速μ的測(cè)量精度和測(cè)量范圍。

  時(shí)差法超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)

    （1）超聲波流量計(jì)的流量測(cè)量準(zhǔn)確度幾乎不受被測(cè)流體溫度、壓力、密度、電導(dǎo)率等參數(shù)的影響，可制成非接觸及便攜式測(cè)量?jī)x表。

    （2）超聲波流量計(jì)可適應(yīng)多種管徑測(cè)量和多種流量范圍測(cè)量，同其它原理的流量計(jì)相比，超聲波流量計(jì)一般量程比可達(dá)300：1，不產(chǎn)生壓損，全線性測(cè)量范圍以及低維護(hù)量的特點(diǎn)。

    （3）超聲波流量計(jì)由內(nèi)置電池操作，適合在無外接電源條件的場(chǎng)合使用。

    （4）超聲波流量計(jì)對(duì)管道材質(zhì)要求較低，管道材料可以是金屬、塑料、玻璃等材質(zhì)制成的。

   注意事項(xiàng)

    參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量

    根據(jù)超聲波的測(cè)量原理可以看出，管道的外徑和壁厚的測(cè)量值都與流速有關(guān)，所以測(cè)量時(shí)應(yīng)保證外徑和壁厚準(zhǔn)確。測(cè)量外徑應(yīng)選擇游標(biāo)卡尺，測(cè)量壁厚時(shí)應(yīng)多選擇幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)，然后取其平均值作為壁厚參數(shù)輸入。

 探頭的正確安裝

    （1）探頭的安裝位置應(yīng)滿足直管段的要求，*D，后5D。

    （2）確定探頭正確的安裝方式。超聲波流量計(jì)應(yīng)用zui多的二種探頭安裝方式，即z法和V法。z法一般用于大口徑的管道測(cè)量，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)損失小，缺點(diǎn)是聲程短不適用于小口徑管道測(cè)量；V法一般適用于小口徑管道測(cè)量，優(yōu)點(diǎn)是聲程較長(zhǎng)，可得較佳時(shí)間分辨能力。在水平管道上傳感器裝在管道截面積“9點(diǎn)或3點(diǎn)鐘”的位置，這樣可避免其他安裝方式位置時(shí)氣泡集于頂部、顆粒沉于底部流動(dòng)給測(cè)量帶來的影響。

    （3）探頭安裝處管線表面應(yīng)光滑，并涂有適量的超聲波耦合劑，保證探頭和管壁之間沒有縫隙。耦合劑太少或太稀都會(huì)造成測(cè)量的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

    （4）探頭應(yīng)捆綁牢固使其與管道外壁緊緊接觸并保證其不會(huì)移動(dòng)，否則會(huì)造成聲波的衰減導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。

  定期去除測(cè)量管段內(nèi)壁的結(jié)垢。

    由于污水計(jì)量中管道內(nèi)壁長(zhǎng)時(shí)間形成的污垢很容易影響超聲波測(cè)量的準(zhǔn)確性，所以對(duì)于安裝了不銹鋼測(cè)量管段的用戶，可以定期拆卸不銹鋼測(cè)量管段進(jìn)行清洗，這樣可以保證用超聲波流量計(jì)測(cè)量管道流量時(shí)的準(zhǔn)確，zui大限度地降低由于管道內(nèi)壁結(jié)垢等原因所帶來的影響。

  超聲波流量計(jì)常見的故障原因及排除故障的方法如表1所示。

    工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行流量測(cè)量時(shí)，在正確掌握超聲流量計(jì)測(cè)量原理及使用方法的基礎(chǔ)上，只要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，正確選擇安裝地點(diǎn)和安裝方式，精心調(diào)整，就能準(zhǔn)確、快速地得到測(cè)量結(jié)果。如某電廠在對(duì)一循環(huán)水母管水量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，原測(cè)點(diǎn)選在循環(huán)泵房?jī)?nèi)的循環(huán)水母管上，依據(jù)管道規(guī)格（1800mm×8mm鋼管），儀器推薦探頭使用Z安裝方式。儀器安裝后，不能通過自檢，反復(fù)調(diào)整探頭安裝方式和探頭間隔，仍不成功?？紤]到循環(huán)泵房?jī)?nèi)，探頭安裝位置距大功率電機(jī)較近，電磁強(qiáng)度較大，可能對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響，將測(cè)量點(diǎn)移到室外的較長(zhǎng)平直管段上。由于直管段長(zhǎng)，水流比較穩(wěn)定，探頭選用了V安裝方式，探頭間隔為A11，儀器自檢一次通過，信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到50.16％，流量測(cè)量順利，其數(shù)據(jù)如表2所示。

    火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水流量的測(cè)量，是電廠節(jié)能降耗工作中的一大難題。時(shí)差法超聲波流量計(jì)具有慣性小、頻帶寬、測(cè)量范圍廣等特點(diǎn)，而且對(duì)介質(zhì)無特殊要求，可較好地解決這一問題。超聲流量計(jì)屬非接觸測(cè)量，不破壞初始的流動(dòng)狀態(tài)，不引入誤差，無壓損，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在工業(yè)中的具體運(yùn)用。與常規(guī)儀表相比，它的智能化更高，應(yīng)用的技術(shù)更先進(jìn)，給用戶帶來了更大的方便。實(shí)際應(yīng)用表明，選用時(shí)差式超聲波流量計(jì)，對(duì)相應(yīng)流體的測(cè)量都可以得到滿意的結(jié)果。