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超聲波流量計(jì)非接觸式的測量原理，相對于一些常規(guī)的流量測量儀表，有許多優(yōu)越性。夾裝式換能器USF可無需停流截管安裝，只要在既設(shè)管道外部安裝換能器即可，這是USF在工業(yè)用流量儀表中具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因此可作移動(dòng)性（即非定點(diǎn)固定安裝）測量，適用于管網(wǎng)流動(dòng)狀況評估測定；USF為無流動(dòng)阻撓測量，無額外壓力損失；流量計(jì)的儀表系數(shù)是可從實(shí)際測量管道及聲道等幾何尺寸計(jì)算求得的，既可采用干法標(biāo)定，除帶測量管段式外一般不需作實(shí)流校驗(yàn)；USF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(jià)基本上與管徑無關(guān)。對于大型管道不僅帶來方便，可認(rèn)為在無法實(shí)現(xiàn)實(shí)流校驗(yàn)的情況下是優(yōu)先考慮的選擇方案；多普勒USF可測量固相含量較多或含有氣泡的液體；USF可測量非導(dǎo)電性液體，在無阻撓流量測量方面是對電磁流量計(jì)的一種補(bǔ)充；某些傳播時(shí)間法USF附有測量聲波傳播時(shí)間的功能，即可測量液體聲速以判斷所測液體類別。例如，油船泵送油品上岸，可核查所測量的是油品還是倉底水。

超聲波流量計(jì)也有它使用的局限性。傳播時(shí)間法USF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；反之多普勒法USF只能用于測量含有一定異相的液體；外夾裝換能器的USF不能用于襯里或結(jié)垢太厚的管道，以及不能用于襯里（或銹層）與內(nèi)管壁剝離（若夾層夾有氣體會嚴(yán)重衰減超聲信號）或銹蝕嚴(yán)重（改變超聲傳播路徑）的管道；多普勒法USF多數(shù)情況下測量精度不高；國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)有品種不能用于管徑小于DN25mm的管道。

正是基于以上原因，渤南海上石油平臺項(xiàng)目中，4個(gè)橇塊含水原油和含油污水的流量測量選用了超聲波流量計(jì)，而且不能選用傳播時(shí)間法原理，只能選用多普勒式。

測量液體用USF的選型時(shí)，首先考慮測量原理是傳播時(shí)間法還是多普勒法，其主要判斷要素是：液體潔凈程度或雜質(zhì)含量，測量精度要求。基本適用條件如下表所示：

此外，對于外夾裝式儀表還要考慮管壁材料和厚度、銹蝕狀況、襯里材料和厚度；對于現(xiàn)場安裝換能器式儀表要考慮換能器類型；對于大管徑傳播時(shí)間法儀表要考慮聲道數(shù)，等等。

多普勒法USF要比傳播時(shí)間法適用懸浮顆粒含量上限高得多，而且可以測量連續(xù)混入氣泡的液體。但是根據(jù)測量原理，被測介質(zhì)中必須含有一定數(shù)量的散射體，否則儀表就不能正常工作。

傳播時(shí)間法USF可以測量懸浮顆粒很少的液體，但不能測量含有影響超聲波傳播的連續(xù)混入氣泡或體積較大固體物的液體。在這種情況下應(yīng)用，應(yīng)在換能器的上游進(jìn)行消氣、沉淀或過濾。在懸浮顆粒含量過多或因管道條件致使超聲信號嚴(yán)重衰減而不能測量時(shí)，有時(shí)可以試降低換能器頻率，予以解決。

傳播時(shí)間法測量原理直觀，計(jì)算數(shù)學(xué)模型清晰，測量精確度較高，是目前應(yīng)用最廣泛的超聲流量計(jì)。但是，該流量計(jì)不能用于測量含有較多不溶物顆?；驓馀莸牧黧w。

用多普勒法測量含氣體的液體流量時(shí)應(yīng)考慮檢測點(diǎn)的介質(zhì)壓力，因?yàn)楫?dāng)壓力大到一定值時(shí)，氣泡有可能被壓縮而致使多普勒效應(yīng)減弱，導(dǎo)致無法測量。而且，內(nèi)置式探頭一般只能耐壓到100psi（約7公斤壓力）。

傳播時(shí)間法比多普勒法有較高的測量精確度，液體基本誤差為±0.5％R至±5％FS，重復(fù)性為0.1％R-0.3％R；管外夾裝換能器或在現(xiàn)場管道固定安裝換能器的儀表，要通過定標(biāo)計(jì)算接入現(xiàn)場管道流通面積和傳播距離長度測量誤差，夾裝在管道的不確定性，測量精度要降低些。若安裝調(diào)試粗糙不細(xì)致，測量精確度有可能低到5％，甚至更低。測量精確度還取決于聲道數(shù)設(shè)置及其布置位置。

典型儀表的基本誤差為±（1％-10％）FS，重復(fù)性為（0.2％-1％）FS。多普勒信號包含著不同散射體移動(dòng)速度的頻譜，檢測電路提供多普勒頻移若干平均測量值以求的速度。多普勒法USF整體性能要比傳播時(shí)間法低。流體運(yùn)行流速不能過低，過低的流速會使離散體分布不均勻，若測量管水平安裝，氣體會浮升在頂部流動(dòng)，顆粒會沉淀于底部。

多普勒法USF通常只有單套發(fā)送和接收換能器；便攜式外夾裝換能器傳播時(shí)間法USF通常也只有單聲道，其他夾裝式則也有用雙聲道者，帶測量管段式有單聲道和雙聲道以上。

傳播時(shí)間法采用多少聲道的主要依據(jù)是測量精確度要求和安裝儀表管段流動(dòng)狀況（取決于上游阻流件組成和直管段條件），以及管徑大小。

為了獲得流體沿管道中心平行對稱地流動(dòng)，測量點(diǎn)上下游要有足夠的長度直管段作有效整流。傳播時(shí)間法USF直管段長度要求尚未有國際標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，應(yīng)按制造廠提供的規(guī)定。

對多普勒法USF的直管段要求也沒有國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。人們對多普勒法USF直管段要求程度在看法上也迥然不同。一種看法認(rèn)為：從原理上講多普勒法僅測量“照射域”內(nèi)散射體的流速，其測量值受流速分布影響比傳播時(shí)間法大。為了盡量減少這種影響，除了采取其他一些方法外，還應(yīng)保證照射測量域的上下游有足夠長度的直管段，以得到較好的流動(dòng)狀態(tài)。例如日本電氣計(jì)測工業(yè)會認(rèn)為多普勒法USF所需直管段長度一般應(yīng)是傳播時(shí)間法的1.5倍。然而另一種看法是：多普勒法USF本身測量精確度等性能較低，流速分布影響相對于總體測量精確度不重要，直管段要求反而降低。例如有儀表制造廠提出只要在測量點(diǎn)上下游保持大于3-5DN的直管段。

外夾裝式USF管道內(nèi)表面積沉積層會產(chǎn)生聲波不良傳輸和偏離預(yù)期聲道路徑和長度，應(yīng)予避免；外表面因易于處理較少影響。夾裝式換能器和管道接觸表面要涂上耦合劑。換能器安裝處管道襯里或銹蝕層與管壁之間不能有縫隙。與大部分其他流量儀表一樣，USF敏感于流過儀表的流速分布剖面，因此也要求相當(dāng)長度的上游直管段。

從經(jīng)濟(jì)方面考慮，小口徑USF與其他流量儀表相比價(jià)格較貴，然而非管段式USF價(jià)格并不明顯增加。所以用于大口徑、超大口徑儀表有明顯價(jià)格優(yōu)勢。多聲道儀表有較復(fù)雜電子計(jì)算部件，價(jià)格要高些，因此在要求高精度的中小管徑上應(yīng)用受到一些限制。然而上游擾動(dòng)大而直管段布置受限制的場所，多聲道系統(tǒng)可能是僅有的合理解決方案。外夾裝式便攜式USF的機(jī)動(dòng)性和可以多處使用，儀表購置費(fèi)可分?jǐn)偨o各測量點(diǎn)，從而降低測量成本。

從安裝方面考慮，流量傳感器上的傳感器盡可能在與水平直徑成45度的范圍內(nèi)，避免在垂直直徑位置附近安裝。否則在測量液體時(shí)換能器聲波表面易受氣體或顆粒影響，在測量氣體時(shí)受液滴或顆粒影響。測量液體時(shí)安裝位置必須充滿液體。外夾裝式換能器在安裝時(shí)要?jiǎng)儍舭惭b段內(nèi)保溫層和保護(hù)層，并把換能器按裝處的壁面打磨干凈，不能有局部凹陷，凸出；換能器安裝處和管壁反射處必須避開接口和焊縫；換能器安裝處的管道襯里和垢層不能太厚；換能器工作面與管壁之間保持有足夠的耦合劑，不能有空氣和固體顆粒，以保證耦合良好。上下游應(yīng)有必要的直管段。

超聲波流量計(jì)測量原理 文章來源http://www.wzlawxsbh.com/