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超聲波流量計在水系統中的應用
由于能源供應的日趨緊張和科學技術的不斷進步，企業能耗管理的科學化程度是衡量企業管理是否科學的一個重要標志，特別是石化行業這樣的耗能大戶，對能源消耗科學管理，進一步節約能源，已是當前迫切需要解決的問題。水系統流量是企業能源消耗的重要指標之，自然也是企業生產過程中受探重要參數之。在這種情況下，選擇一種好的流量計，掌握準確的水系統流量計量數據，對于企業進行科學管理、成本核算是十分重要的。
現狀調查與狀況分析1現狀調查目前，茂名石化公司煉油分部水資源系統中常用的流量計類型有差壓流量計、渦街流量計、電磁流量計以及機械水表等，因設計考慮有欠周全、儀表本身性能不足和運行環境改變等各方面的原因，其中部分儀表無法提供準確的水流量數據。為彌補上述儀表的不足，超聲波流量計現已在一些裝置的儀表改造中投入使用。
2狀況分析采用*的計量器具，完成對能源監測設備的更新和升級，能使設備、能源、計量功能精度有效受控。從目前的使用情況來看，超聲波流量計正是能肩負這種使命的儀表。
3設定目標值逐步推廣使用超聲波流量計，以達到不斷完善水系統計量，提高計量數據準確度，zui終降低單位能耗的目的。
超聲波流量計的基本原理及分類1超聲波流量計的基本原理超聲波流量計由兩個基本部分組成，即轉換器和傳感器。傳感器部分安裝于被測管路上，它能夠接收和發射超聲波信號，并由于液體的流動而產生時間差。轉換器將時間差信號通過定的數學模式計算，可顯示和輸出流量、流速等測量值。超聲波流量計的基本原理是，聲波在液體中的流速和液體的類型有關。如果液體處于運動狀態，聲波相對于探頭的速度等于液體中的聲速和液體本身的速度之和。聲波傳播方向于流速同向時，其傳播速度比反向時快。
通過對流量計的設置，并考慮流速的截面影響，從而計算出平均流速，再根據管道的截面積得出管體的體積流量。
2超聲波流量計的分類超聲波流量計根據測量原理的不同，大致可分為以下幾類：①多譜勒效應法；②傳播時間法（時差法、相位差法和頻差法）；③波束偏移法；④相關法；⑤噪聲法。
目前應用于工業測量的超聲波流量計主要有兩類，即采用多譜勒效應法的多譜勒式超聲波流量計和采用傳播時間法的時差式超聲波流量計。
為了正確選型和合理使用超聲波流量計，需要了解這兩類儀表的測量原理。
多譜勒式超聲波流量計兩個探頭對稱地裝在待測流體管路兩側，發射探頭發射頻率為乃的超聲波信號，經過管道內液體中的懸浮顆?；驓馀莺螅l率發生偏移，以/2的頻率反射到接收探頭，這就是多譜勒效應，/2與/；之差即為多譜勒頻移/d.設流體流速為超聲波聲速為c，多譜勒頻移/d正比于流體流速《，即：=/2-/1=1（1（為常數），所以流當管道條件、探頭安裝位置、發射頻率、聲速確定以后，c、/，e即為常數，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過測量頻移就可得到流體流速，進而求得流體流量（如）。
多譜勒效應現IM原理圖時差式超聲波流量計的兩個探頭裝在待測流體管道的上游和下游，對于小口徑管道，裝在管道側，為W或V方式；對于大口徑管道（直徑大于250mm）則裝在兩側，為Z方式。兩個探頭（即換能器）都可以發射和接收超聲波信號。由于液體流速的作用，從上游側探頭發向下游的聲速將增加，反之減小。兩者傳播的時間差直接與流體流速成正比，通過對時間差的檢測即可計算出液體流速，進而求得流量（如）。
超聲波流量計的優缺點和局限性1優點）能測量大多數液體和氣體的介質；測量精度高，所測流量與黏度、溫度、壓力和導電率等因素無關；測量的線形特性好（計時時間差正比于流某些傳播時間法超聲波流量計附有測量聲波傳播時間的功能，即可測量液體傳播聲速以判斷所測液體類別；超聲波流量計的儀表系數是可從實際測量管道及聲道等幾何尺寸計算求得的，即可采用干法標定，除帶測量管段式外般不需作實流校驗；超聲波流量計適用于大型圓形管道和矩形管道且原理上不受管徑限制，其造價基本與管徑無關，故口徑越大，超聲波流量計比相同功能其他類型流量計的性價比越*；多譜勒超聲波流量計可測量固相含量較多或含有氣泡的液體；超聲波流量計可測量非導電性液體，在無阻撓流量測量方面是對電磁流量計的一種補充；因易于實行與測試方法（如流速計的速度-面積法、示蹤法等）相結合，可解決些特殊測量問題，如速度分布嚴重畸變測量，非圓截面管道測量等；超聲波流量計不接觸流量測量儀表，測量過程中傳感器不接觸被測流體，因此不阻流（即無額外壓力損失），無腐蝕，壽命長，不受雜散電信號干擾。相比較而言，電磁流量計其電極接觸被測流體，易受腐蝕，易受電磁干擾；渦街流量計易結垢或纏繞雜物造成測量不穩定，低流速測量不穩定，受震動影響較大；孔板流量計的傳感器易受腐蝕、磨損，造成測量不準確，傳感器部分也增加管網阻力；安裝維護方便，夾裝式換能器超聲波流量計不需在管道上打孔或切斷流量進行安裝或維護（可作移動性測量，適用于管網流動狀況評估測定），這是其它流量計*的，這種優勢在化工、冶金、電力、供水等行業非常明顯；國家規定超聲波流量計的檢定周期為三年，而其它流量計一般為半年或一年。
2缺點和局限性傳播時間法超聲波流量計只能用于清潔液體和氣體，不能測量懸浮顆粒和氣泡超過某一范圍的液體；而多譜勒法超聲波流量計只能用于測量含有一定異相的液體；多譜勒法超聲波流量計要求被測介質必須連續，并含有足夠大的反射粒子，以及流體的流速必須遠遠大于粒子產生沉淀的臨界速度，所以其多用于對測量精度要求不太高的領域，如醫學上的血流量檢測和礦漿污水等的流量測量；外夾裝換能器超聲波流量計不能用于襯里或結垢太厚的管道，以及不能用于襯里（或銹層）與內管壁剝離（若夾層有氣體會嚴重衰減超聲波信號）或銹蝕嚴重（改變超聲波傳播路徑）的管道；超聲波流量計對安裝位置環境要求較嚴格，須避免測量點出現非滿管流、上游流動擾動和聲干擾等情況。
超聲波流量計與水系統中常用的其他流量計的比較目前茂名石化公司煉油分部水資源系統中常用的流量計類型有差壓流量計、渦街流量計、電磁流量計以及機械水表等，下面將比較下超聲波流量計與這幾種流量計的優缺點（見表1）。
從表1可知，超聲波流量計在綜合性能上優于其他4種流量計，而且現在不斷涌現出新的超聲波測量技術，比如對精度要求嚴格或者當流場分布不均勻而表前直管段又較短時，可以采用多聲道超聲波流量計，來克服流速擾動帶來的流量測量誤差，其精度可達*0.15%（后文有敘述）。
超聲波流量計的實際使用情況據自動化研究協會的調查表明，2001年前超聲波流量計每年的增長率超過12%.近幾年中超聲波流量計工藝技術的改進使得其測量結果更，同時也擴大了他們的應用范圍。慢慢地越來越多的用戶選擇超聲波流量計來取代電磁流量計，特別是測量大管徑流量的應用場合。
在生產使用中，超聲波流量計大體上可以分為便攜式和固定式兩種。
1便攜式超聲波流量計由前述可知，超聲波流量計可作非接觸測量，無需集流截管安裝，因此可作移動性測量，即便攜式，適用于管網流動狀況評估測定，具有安裝方便、費用低且不影響正常生產的好處。我們目前使用的主要有唐山匯中儀表有限公司的SCL-630便攜式超聲波流量計和美國寶麗聲的便攜式超聲波流量計。經多次的水平衡測試發現，外部條件相同的情況下，國產的便攜式超聲波流量計經常出現信號強度不夠、數字亂跳的現象，而進口的便攜式超聲波流量計則有足夠的信號強度，顯示結果較穩定。國內企業從仿制國外的技術起步，雖已能生產各種型號的超聲波流量計，但技術上與的*水平相比仍有一定的差距。
2固定式超聲波流量計表1幾種流量計性能指標比較主要技術性能指標超聲波流量計差壓流量計（威力巴）電磁流量計渦街流量計機械水表安裝方式帶壓安裝截流安裝截流安裝截流安裝截流安裝測量范圍很廣-般很廣-般-般測量介質液體、氣體液體、氣體導電性液體液體、氣體液體準確度*.5%*.2%*.5%*.0%*.0%壓力損失無有無有有流體物性影響很小很大