详述超声波流量计设计原理及使用中如何正确选择探头位置

   

超声波流量计的应用现在是越来越普遍了，在许多需要机动测量的工控条件下，超声波流量大有用武之地，超声波流量计是如何工作的，其工作的原理是怎么样的一种机制，今天与大家分享。
 
我们知道，生产和生活中我们的身边会有各种各样的波，有些波我们可以感受到，比如光波和普通的声波，物体震动的波，为典型的是地震波，有些波我们则感受不到，比如超声波，无线电波，电磁波。波按性质分为电磁波和机械波两大类。电磁波是由于电磁力的作用而产生的，是电磁场变化在空间的传播过程。电磁波按频率可分为无线电波、红外线、可见光、紫 外光、X射线等，工业生产中经常使用到的电磁流量计就是这种类型的仪表。机械波是由于机械力产生的机械波动在介质中的传播，它传播的是机械能，仅能在介质中传播。声波是一种机械波，按频率分为次声波、可闻声 波、超声波。频率低于20Hz的波是次声波；频率在20~20000Hz的波成为可闻声波；频率在20kHz以上的波称之为超声波。

      超声波是频率在20kHz以上的机械振动波，它的指向性好，能量集中，穿透本领大，能穿透几米厚的钢板，能量消耗不大，在遇到两种介质的分界面时，能产生明显的反射和折射现象。

      超声波在传播的过程中是有一定的衰退现象，这是因为介质吸收超声波的能量而引起的。超声波在空气中衰减较快，尤其是频率高时衰减更快，故在空气中传播时采用 频率较低的超声波，一般在几十kHz，（40kHz）而在液体及其固体中衰减较慢，传播较远，因此可采用较高的频率，一般为几百kHz或更高。

      超声波传感器应用范围比较广阔，可用于测流量（超声波流量计）、测液位（超声波液位计）、测物位（超声波物位计）测材料厚度和防盗报警。
超声波流量计在安装的时候一定要确定安装的位置，这样才能够更好地不让安装超声波流量计出现问题，如果在安装超声波流量计的时候出现了问题，那么将会是非常麻烦的一个处理。所以大家一定要清楚在安装的时候，安装的位置应该避开什么东西。
　　
　　1、避免在水泵、大功率电台、变频，即有强磁场和震动干扰处安装机器；　　
　　2、选择管材应均匀致密，易于超声波传输的管段；　　
　　3、要有足够长的直管段，安装点上游直管段必须要大于10D（注：D=直径），下游要大于5D；　　
　　4、安装点上游距水泵应有30D距离；　　
　　5、流体应充满管道。
　　
　　超声波流量计安装要求在所有流量计的安装中是简单便捷的，只要选择一个合适的测量点，把测量点处的管道参数输入到流量计中，然后把探头固定在管道上即可。
　　
　　两个传感器必须安装在管道轴面的水平方向上，并且在轴线水平位置±45o范围内安装，以防止上部有不满管、气泡或下部有沉淀等现象影响传感器正常测量。如果受安装地点空间的限制而不能水平对称安装时，可在保证管内上部分无气泡的条件下，垂直或有倾角地安装传感器
　　
　　在安装探头之前，选择出管材致密部分进行探头安装，须把管外欲安装探头的区域清理干净，除去一切锈迹油漆，好用角磨机打光，再用干净抹布蘸丙酮或酒精擦去油污和灰尘，然后在探头的中心部分和管壁涂上足够的耦合剂
　　
　　超声波流量计安装要求探头过程中，千万注意在探头和管壁之间不能有空气泡及沙砾。在水平管段上，要把探头安装在管道截面的水平轴上，以防管内上部可能存在气泡。如果受安装地点空间的而不能水平对称安装探头，可在保证管内上部分无气泡的条件下，垂直或有倾角地安装探头。
　　
　　探头间距以两探头的内距离边缘为准在输入了所需的参数以后，查看显示窗口25所显示的数字，并使探头的间距符合25号窗口的数据。
　　
　　探头安装方式共有四种。这四种方式分别是v法、z法、n法和w法。下面分别说明。一般地在小管径时（dn15~200mm）可先选用v法；v法测不到信号或信号质量差时则选用z法，管径在dn200mm以上或测量铸铁管时应优先选用z法。一般情况下是标准的安装方法，使用方便，测量准确。可测管径范围为15mm至大约400mm；安装探头时，注意两探头水平对齐，其中心线与管道轴线水平。
　　
　　当管道很粗或由于液体中存在悬浮物、管内壁结垢太厚或衬里太厚，造成v法安装信号弱，机器不能正常工作时，要选用z法安装。原因是；使用z法时，超声波在管道中直接传输，没有折射（称为单声程），信号衰耗小。z法可测管径范围为100mm至6000mm。实际安装流量计时，建议200mm以上的管道都要选用z法（这样测得的信号大）。
　　
　　安装时，超声波束在管道中折射两次穿过流体三次（三个声程），适于测量小管径管道。n法通过延长超声波传输距离，提高测量精度（不常用方法）。
　　
　　同n法一样，w法也通过延长超声波传输距离的办法来提高小管测量精度。适于测量50mm以下的小管。使用w法时，超声波束在管内折射三次，穿过流体四次（四个声程）。
　　
　　检查安装是指检查探头安装是否合适、是否能够接收到正确的、足够强的、可以使机器正常工作的超声波信号，以确保机器长时间可靠的运行。通过检查接收信号强度、总传输时间、时差以及传输时间比，可确定安装是否佳。
　　
安装的好坏直接关系到流量值的准确，流量计是否长时间可靠的运行。虽然大多数情形下，把探头简单地涂上偶合剂贴到管壁外，就能得到测量结果，这时还是要进行下列的检查，以确保得到好的测量结果并使流量计长时间可靠的运行。
 
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