超聲波流量計是一種利用超聲波脈沖來測量流體流量的速度式流量儀表，它從80年代開始進入我國工業(yè)生產(chǎn)和計量領域，并在90年代得到迅速發(fā)展。文章對我們國內(nèi)市場上出現(xiàn)了各類超聲波流量進行了深入研究分析，結(jié)合多年的實際應用經(jīng)驗，系統(tǒng)闡述了超聲波流量計的分類方法；從儀表性能、被測介質(zhì)經(jīng)濟性，實用性等方面總結(jié)了選用超聲波流量的原則，并對應用中如何選位、安裝、維護提出具體建議，為用戶合理選擇和應用超聲波流量計提供了一些可以借鑒的經(jīng)驗和方法。
       關鍵詞    超聲流量計；換能器；時差式；安裝方式
    
    近幾年來，隨著電子技術、數(shù)字技術的發(fā)展，利用超聲波脈沖測量流體流量的技術發(fā)展很快，基于不同原理，適用于不同場合的各種型式的超聲波流量計得到了廣泛應用，同時也對廣大用戶提出如何認識超聲波流量計、怎樣選擇合適的類型，使用中應注意些什么問題等一系列問題，本文綜合國內(nèi)超聲波流量計目前的發(fā)展情況及多年應用的實踐，對上述問題進行了些探討。
   1 超聲波流量計的分類

   超聲波流量計的各類很多，依照不同的分類方法，可以分為不同類型的超聲波流量計。
    1.1 多普勒式超聲波流量計

    如圖1，換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號，經(jīng)過管道內(nèi)液體中的懸浮顆?；驓馀莺?，頻率發(fā)生偏移，以f2的頻率反射到換能器2，這就是多普勒將就，f2與f1之差即為多普勒頻差fd。
   設流體流速為v，超聲波聲速為c，多普勒頻移fd正比于流體流速v，即

所以流體流速

當管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數(shù)，流體流速和多普勒頻移成正比，通過測量頻移就可得到流體流速，進而求得流體流量。

        1.2時差式超聲波流量計

    時差式超聲波流量計是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流量的。
    如圖2，換能器1向換能器2發(fā)射超聲波信號，這是順流方向，其傳播時間為

    反之，逆流方向的傳播時間為：
    時間差為：
    由于c>>v，故

    所以，流體流速
    同樣，c、L、θ均為常數(shù)，測得時間差△t即可求出流體流速v進而求得流體流量。

   2 區(qū)別

    根據(jù)超聲波流量計使用場合不同，可以分為固定式超聲波流量計和便攜式超聲波流量計。

    2.1這兩類超聲波流量計的主要區(qū)別

    （1）適用的場合不同
    固定式超聲波流量計用于安裝在某一固定位置，對某一特定管道內(nèi)流體的流量進行長期不間斷的計量；便攜式超聲波流量計具有很大的機動性，主要用于對不同管道的流體流量作臨時性測量。
    （2）供電方式不同
    固定式超聲波流量計要求長期連續(xù)運行，所以要使用220V交流電源，便攜式超聲波流量計既可以使用現(xiàn)場的交流電源，也備有內(nèi)置充電電池，可以連續(xù)工作5～10h［小時］，大大方便了不同場合臨時性流量測量的需要。
    （3）部分功能不同
    固定式超聲波流量計，通常都有4-20mA信號輸出或RS485等功能，供遠傳顯示使用，但其內(nèi)部只能存貯一條管道的參數(shù)；便攜式超聲波流量計只是為了現(xiàn)場查看當時流量和短時間內(nèi)的累計流量，故一般無輸出信號功能，但為了方便測量不同管道流量，它具有豐富的貯存功能，可以同時存貯數(shù)十條不同管道的參數(shù)，供隨時調(diào)出使用。

3 超聲波流量計的選型

    超聲波流量計除上述各種類型外，近年來又出現(xiàn)了采用數(shù)字化電路的數(shù)字式超聲波流量計，把換能器和轉(zhuǎn)換器做在一起的一體式超聲波流量計，等等。面對眾多類型的超聲波流量計，用戶要根據(jù)實際情況和測量需要合理選型。

    3.1多普勒式超聲波流量計

    只能用于測量含有適量能反射超聲波信號的顆粒或氣泡的流體，如工廠排放液、未處理的污水、雜志含量穩(wěn)定的工廠過程液等。要注意它對被測介質(zhì)要求比較苛刻，即不能是潔凈水，同時雜技含量要相對穩(wěn)定，才可以正常測量，而且不同廠家的儀表性能及對被測廠家的要求也不一樣。選擇此類超聲波流量計即要對被測介質(zhì)心中有數(shù)，也要對所選用的超聲波流量計的性能、精度和對被測介質(zhì)的要求有深入的了解。

    3.2便攜式超聲波流量計

適用于臨時性測量，主要用于校對管道上已安裝其它流量儀表的運行狀態(tài)，進行一個區(qū)域內(nèi)的流體平衡測試 ，檢查管道的當時流量情況等。如果不作固定安裝，而用于這些用途時，選用便攜式超聲波流量計既方便又經(jīng)濟。

   4.2 合理安裝

   換能器安裝不合理是超聲波流量計不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個問題。確定位置時除保證足夠的上、下游直管段外，尤其要注意換能器盡量避開有變頻調(diào)速囂、電焊機等污染電源的場合。在安裝方式上，主要有對貼安裝方式和V方式、Z方式三種，如圖3。多普勒式超聲波流量計采用對貼式安裝方式，時差式超聲波流量計采用V方式和Z方式，通常情況下，管徑小于300mm時，采用V方式安裝， 管徑大于200mm時，采用Z方式安裝。對于即可以用V方式安裝又可以方式安裝的換能器，盡量選用Z方式。實踐表明，Z方式安裝的換能器超聲波信號強度高，測量的穩(wěn)定性也好。

Z方式 V方式。對貼方式

結(jié)束語

目前，超聲波流量計的各類很多，應用也很廣泛，在流量測量方面發(fā)揮著越來越重要的作用，而且其技術更新很快，不斷有新型的超聲波流量計推向市場，走向用戶。只有把握超聲波流量計的發(fā)展方向，才能更好的了解它，應用它，使它更好的服務于生產(chǎn)和計量工作。