劉云峰

沈陽(yáng)新北熱電有限責(zé)任公司 ， 遼寧沈陽(yáng) 110000

0 引言

由于火電廠的水循環(huán)系統(tǒng)具有循環(huán)較慢、管道直徑較大等特點(diǎn)，所以對(duì)于其水流量的測(cè)量工作比較困難，普通儀器很難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量。超聲波流量計(jì)以其獨(dú)有的特點(diǎn)很好地解決了這一方面的難題，在流量測(cè)量方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。盡管超聲波流量計(jì)有著許多無(wú)法取代的優(yōu)勢(shì)，但是在使用中也有許多事項(xiàng)需要我們?nèi)プ⒁?。只有?duì)注意事項(xiàng)進(jìn)行足夠的重視，才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。本文對(duì)超聲波流量計(jì)在火電廠中的應(yīng)用進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述和分析，對(duì)注意事項(xiàng)進(jìn)行了初步探討。

1 超聲波流量計(jì)簡(jiǎn)介及工作原理

超聲波流量計(jì)是通過(guò)檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束的作用進(jìn)而測(cè)量流量的儀器，屬于非接觸測(cè)量?jī)x器，并不與被測(cè)流體進(jìn)行直接接觸，所以也不會(huì)對(duì)流體流動(dòng)產(chǎn)生干擾和破壞。具有測(cè)量精度高、安裝方便、不與流體直接接觸、不影響管路設(shè)備的正常運(yùn)行等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以在火電廠的流體測(cè)量中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理可以將超聲波流量計(jì)分為以下幾種類型：傳播速度差法（直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法）、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、噪聲法等等。其中以時(shí)間差法超聲波流量計(jì)最常見(jiàn)。本文也針對(duì)這種最常見(jiàn)的方法來(lái)進(jìn)行敘述。時(shí)間差法超聲波流量計(jì)通過(guò)直接測(cè)量超聲波脈沖順流和逆流傳播的時(shí)間差來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量流體流量的測(cè)量。其工作原理示意圖如下：

流速方程：

流量計(jì)算公式：

其中：v-線平均流速；

L-超聲波在流體中的傳播路徑長(zhǎng)度（聲道長(zhǎng)度）；

t1-超聲波從換能器1 到換能器2 的順流傳播時(shí)間；

Δt-超聲波在流體中順、逆流傳播的時(shí)間差；

θ-超聲波傳播方向與流體流動(dòng)方向之間的夾角；

qV-體積流量；

K-平均流速修正系數(shù)，K=v/u；

u-面平均流速；

v-線平均流速；

D-管道內(nèi)徑。

超聲波流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：

超聲波流量計(jì)屬于非接觸式儀表，測(cè)量時(shí)并不需要將儀器放入流體內(nèi)部，可以直接從流體管道外部進(jìn)行測(cè)量，對(duì)管道自身結(jié)構(gòu)不用進(jìn)行再次處理，對(duì)于流體也不會(huì)造成影響，而流體自身的因素也不會(huì)影響到測(cè)量?jī)x器及測(cè)量結(jié)果，儀器自身沒(méi)有壓力損失，可以使測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確；

一般的測(cè)量工具隨著流體管道直徑的增大，不論是制作工藝方面還是制造成本方面都會(huì)相應(yīng)地提高，而超聲波流量計(jì)的造價(jià)與測(cè)量能力與管道直徑的大小沒(méi)有直接的關(guān)系，這樣既節(jié)約設(shè)計(jì)成本，又節(jié)約能耗，一舉兩得；

由于其特殊的優(yōu)點(diǎn)，所能夠測(cè)量的對(duì)象更加廣泛。由于超聲波流量計(jì)測(cè)量時(shí)不用與被測(cè)對(duì)象進(jìn)行直接接觸，所以可以對(duì)那些諸如高腐蝕性、易揮發(fā)性、易燃易爆等具有惡劣性質(zhì)的對(duì)象進(jìn)行流量測(cè)量，而且對(duì)設(shè)備本身也不會(huì)產(chǎn)生損害。正是由于其不受被測(cè)對(duì)象限制這一特點(diǎn)，才給測(cè)量工作帶來(lái)了極大的便利。此外，對(duì)于管道的材質(zhì)要求也比較低。

2 實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中所應(yīng)注意事項(xiàng)

在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)有很多，概括為一下幾個(gè)方面。

2.1 公式中的參數(shù)要進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量

根據(jù)超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理公式可以知道，流體管道的直徑和管壁厚度的測(cè)量結(jié)果與流速的計(jì)算相關(guān)，所以在計(jì)算過(guò)程中，首先要保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，要使用恰當(dāng)?shù)墓ぞ撸跍y(cè)量過(guò)程中要注意進(jìn)行多次測(cè)量，然后取數(shù)據(jù)的平均值，以減小誤差，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.2 安裝位置和方法均要合理

超聲波流量計(jì)應(yīng)該安裝在管道的直管段，并且要遠(yuǎn)離流動(dòng)紊亂的位置，以減少振動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的誤差。將設(shè)備盡量安裝在懸空的水平管道上，這樣不僅方便安裝施工，同時(shí)對(duì)于位置調(diào)整也是十分方便的。設(shè)備安裝的方法正確與否也直接會(huì)影響到設(shè)備的測(cè)量結(jié)果。

2.3 探頭的安裝和調(diào)整

超聲波流量計(jì)探頭是其最重要的部位，也是影響測(cè)量結(jié)果最重要的因素。一般情況下探頭有兩種安裝方式：直射式測(cè)量的Z 式安裝和反射式測(cè)量的V 式安裝。前者是最常用的方式，但是二者適用范圍有一定的區(qū)別。如果流體流動(dòng)情況較復(fù)雜，比如會(huì)產(chǎn)生旋渦斜流等情況時(shí)則采用V 式安裝；一般正常情況下兩者都可以采用。為了減小流體中氣體對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，一般講探頭安裝在管道的兩側(cè)而不是頂部。

當(dāng)探頭安裝出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備不能正常運(yùn)行，主要有信號(hào)不穩(wěn)定和不能進(jìn)入測(cè)量程序兩種狀況。

信號(hào)不穩(wěn)定主要由流體本身原因或者探頭安裝錯(cuò)誤兩方面的原因引起，需要對(duì)二者進(jìn)行分析。如果是流體原因，則需要改變探頭的安裝位置，對(duì)于后者則可以將安裝方式進(jìn)行對(duì)換，以增加信號(hào)穩(wěn)定性，或者調(diào)整兩個(gè)探頭之間的距離。保持信號(hào)強(qiáng)度在一定的最佳范圍內(nèi)，需要通過(guò)調(diào)整兩個(gè)探頭間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如果設(shè)備不能進(jìn)入測(cè)量程序，自檢失敗，說(shuō)明探頭安裝有問(wèn)題，也有可能設(shè)備受到環(huán)境影響干擾過(guò)于嚴(yán)重，影響到了設(shè)備的性能。對(duì)于安裝問(wèn)題，需要對(duì)安裝方式進(jìn)行重新檢查和安裝，要保證探頭的安裝位置，檢查探頭的間隔距離是否合理，探頭安裝平面是否與流體運(yùn)動(dòng)方向平行等等。除此之外，管道內(nèi)壁和外壁的清潔程度對(duì)于測(cè)量的結(jié)果也有影響，內(nèi)壁污垢太多會(huì)影響到流體流速，外壁污垢太多則會(huì)對(duì)探頭安裝的穩(wěn)定性產(chǎn)生威脅。如果是因?yàn)橥饨绛h(huán)境因素對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響，則需要重新選擇安裝地點(diǎn)進(jìn)行安裝。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)超聲波流量計(jì)的工作原理進(jìn)行了解，對(duì)于安裝運(yùn)行過(guò)程所出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行闡述和分析，并提出改善措施，可以有效改善儀器的不足之處，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，以保證其更好的為人類生產(chǎn)生活服務(wù)?；痣姀S的管道設(shè)備比較龐大，流體流量測(cè)量比較困難，使用超聲波流量計(jì)可以有效解決這方面的問(wèn)題，得到比較令人滿意的結(jié)果。

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