工控摘要：企業生產過程中，為了測試循環水冷卻系統的效率，需要對循環水用量進行統計，即需要對管道中循環水流量進行測量。循環水流量檢測方法主要有差壓法及超聲波法。
　　
　　本文介紹了一種外夾式超聲波流量計的檢測原理、組成、安裝及在循環水管道上的應用。該流量計的成功應用彌補了企業工藝設計的先天不足，提高了循環水流量檢測水平，利于企業循環水用能結構的優化。
　　
　　所謂循環水，即在企業生產過程中作為熱量的載體，可以循環利用的水。始端為帶有冷卻系統的循環水池，終端為生產車間的換熱設備。生物化工企業的換熱設備種類、數量均較多，因此循環水管線錯綜復雜，如果每根循環水管線上均安裝流量，將是一筆不小的費用。因此，大多數生產企業，在設計初始階段為了降低投資成本，就沒有給循環水管道安裝流量計。但是，為了掌握生產過程所有換熱設備的運行效率，必須對循環在管道中的流量進行檢測。
　　
　　超聲波流量計為非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計聯動可進行敞開水流的流量測量。
　　
　　使用超聲波流量計，不用在流體中安裝測量元件，故不會改變流體的流動狀態，不產生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產管線運行。因而，超聲波流量計的運用可以很好地解決上述企業存在的問題，與傳統的電磁流量計相比，可以說超聲波流量計是一種理想的節能型流量計。
　　
　　1、超聲波流量計的發展
　　
　　自1928年德國人研制成功*臺并取得至今，已有80多年
　　
　　的發展歷史。進20年來，特別是進10年來，由于高速數字信號的處理
　　
　　技術與微處理技術的快速發展、新型探頭材料與工藝技術的開發以
　　
　　及聲道配置與流量動力學的研究進展，超聲流量測量技術取得了長
　　
　　足進步，顯示了強勁的技術優勢，發展勢頭迅猛[1]。
　　
　　2、超聲波流量計的工作原理
　　
　　超聲波流量計是基于超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息，如順流和逆流的傳播速度由于疊加了流體流速而不相同。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經電子線路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示[2]。
　　
　　3、超聲波流量計的選擇
　　
　　常見的超聲波流量計主要有便攜式超聲波流量計、手持式超聲波流量計和固定式超聲波流量計，三種流量計的特點比較如下：
　　
　　（1）便攜式超聲波流量計為非接觸式測量方式、體積小、攜帶方便。適用于現場測量各種尺寸管道導聲介質。測量介質包括水、工業污水、酸堿液、各種油類等能傳導聲波的液體。測量流速范圍為（0～
　　
　　±30）m/s，測量準確度等級優于1%。
　　
　　（2）手持式超聲波流量計，體積小、質量輕、攜帶方便、操作靈活、數據自動存儲、全中文顯示。測量介質包括水、海水、工業污水、酒精、酸減液、各種油類等均勻、單一、穩定的液體。流速范圍為（0.
　　
　　01～±32）m/s，測量準確度等級優于1%。
　　
　　（3）固定式超聲波流量計，結構緊湊、堅固、*的壓鑄鋁機殼。測量介質包括水、海水、工業污水、酸堿液、各種油類等能傳導聲波的液體。流速范圍為（0～±30）m/s，測量準確度等級優于1%。
　　
　　生物化工企業生產系統的循環水中含有少量雜質，綜合因素考慮，管道循環水流量宜采用便攜式超聲波流量計進行測量。
　　
　　4、便攜式超聲波流量計的應用
　　
　　4.1對超聲波流量計進行檢定或校準
　　
　　任何流量計使用前都需要進行檢定或校準，便攜式超聲波流量計在這一點尤為重要。便攜式超聲波流量計有三組探頭可以選擇（大、中、小），分別適用于不同的管徑范圍，每組探頭與主機的搭配在某種意義上講都是一套獨立的流量計。
　　
　　如果只在小管徑的流量標準裝置上用小探頭對便攜式超聲波流量計進行檢定或校準，那么在使用時你如果用大探頭測量大管道的流量，就等于你是在使用未經檢定或校準的流量計在測量流量，其計量準確性是無法保證的，因為目前的技術水平無法保證探頭的互換性，何況大小探頭之間的差異更是一個不容忽視的變量。
　　
　　因此，使用前應盡可能在與使用管道口徑相同或接近的流量標準裝置上，對便攜式超聲波流量計進行多條管道的檢定或校準。至少要保證流量計配置的每組探頭都要檢定或校準到。
　　
　　4.2便攜式超聲波流量計安裝
　　
　　便攜式超聲波流量計為外夾式安裝，合理的安裝可以保證便攜式超聲波流量計的準確測量。安裝前做到“三確認”，即確認循環水管道的材質以及壁厚（充分考慮到管道內壁結垢厚度，實際內徑等于循環水管道外徑減去材質厚度和管道內壁結垢厚度。如果管道內有襯里，還應該減去襯里的厚度）；確認管道內流體介質以及是否滿管（應選擇流速穩定且充滿管道的管段進行安裝，否則會影響測量的準確性）；確認管道使用年限（使用10年左右的管道，即使是碳鋼材質，也采用插入式安裝）。在安裝時選擇足夠長的循環水管段，以便形成穩定的速度分布。一般要求上游直管段長度為5D～10D（D為管道公稱直徑，下同），下游直管段長度為3D～5D。如果直管段長度達不到要求，會造成測量準確度的降低。要盡量遠離泵和閥門，泵應該距離測量管段上游50D，閥門應該距離測量管段上游30D。
　　
　　另外，安裝換能器探頭部位要去漆，除銹，砂平。選用合適的耦合劑，并在安裝時均勻涂抹在探頭安裝部位。選擇測量介質、儀表安裝方式、合適的換能器，輸入管壁材質、管壁厚度以及管襯材料等信息，儀表顯示換能器安裝距離的數值，此時準確測量管道距離進行換能器安裝。外夾式換能器安裝后，可以查看信號強度和質量，對安裝位置微調，達到信號和傳輸比的匹配。選擇配套的探頭類型，保證換能器探頭部位的溫度在允許工作的范圍內。
　　
　　4.3便攜式超聲波流量計的維護
　　
　　在實際使用中，由于測量現場及介質的變化，引發換能器探頭部位的管線震動、溫度變化、管道內結垢情況的變化，以及超聲波流量計電路工作點的漂移等因素，可能造成測量不準確，因此需要定期對超聲波流量計進行檢查和維護。超聲波流量計的日常檢查和維護工作主要包括：信號強度和信號質量的檢查，電流模擬輸出的檢查，定期標定和校準等。
　　
　　5、超聲波流量計使用中常見問題及原因分析
　　
　　（1）循環水管道上已打磨光滑，但安裝測量時信號始終為（0～2）%之間，無法測量。可能原因包括：1）管道內壁結垢較多，超聲波衰減較嚴重，無法測量；2）管道有內襯，內襯與管道之間有間隙，導致
　　
　　聲波不能穿透，無法測量；3）耦合計干涸，失去作用；4）介質含雜、氣泡增多或介質糊住探頭；5）探頭位置發生變化；6）探頭老化；7）探頭電纜接觸不良。
　　
　　（2）超聲波流量計產生流量讀數不穩定。可能原因包括：1）測量點直管短，不符合測量要求；2）介質含有氣體或雜質且不穩定；3）儀表故障。
　　
　　（3）超聲波流量計信號很弱，波形差，讀數不穩定。可能原因包括：1）安裝探頭位置不正確；2）參數設置出錯；3）管道使用多年使內壁結垢太厚；4）有氣泡或渦流；5）管徑大于等于1200mm可考慮換裝插入式換能器。
　　
　　6、結語
　　
　　便攜式超聲波流量計是一種的流量儀表，它給我們帶來的測量流量的方便性和經濟性是其它的流量計*的。便攜式超聲波流量計在企業循環水管道上的使用，不需要切割管道，減少了施工費用，保證了管道和工藝的安全，而且設備外置在管道外，便于安裝、清洗和維護，為管線的正常運營和維護提供了很好的保障。