时差法超声波流量计安装应注意的问题

根据时差法超声波流量计的工作原理， 深入分析讨论各种工作条件下流量计的安装方法，结合工程实例，总结出流量计安装中应注意的问题。

时差法超声波流量计具有安装使用方便、对水流无扰动、测量精度较高等优点，在输水工程中广泛应用。 但在工程实际应用中，由于设计或施工单位对超声波流量计原理理解深度不够，仅考虑流量计安装样本提出的前后端直管段长度要求，不深入考虑输水过程中水力形态实际变化对流量计测流造成的影响，致使出现测量不准确甚至流量计不工作等情况。

1.超声波流量计主要分类和基本原理

超声波流量计是通过检测流体流动对超声波的作用以测量流量的仪表，根据测量基本原理可分为时差法、相位差法、频率法、波速偏移法、多普勒法等等，其中国内采用的多为时差法。

当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下列表达式：

V＝（MD/sin2θ）·（ T/T ·T ）

up down

其中：θ 为声束与液体流动方向的夹角；M 为

声束在液体内的直线传播次数；D 为管道直径； Tup 为声束在正方向上的传播时间；Tdown 为声束在逆方向上的传播时间； T=Tup–Tdown。

2.超声波流量计安装方式和使用条件

超声波流量计常用安装方式有 V 法、Z 法、N法和 W 法四种。

1）V 法：V 法是比较标准的安装方法， 使用方便，测量准确，安装时两传感器水平对齐，其中心线与管道轴线水平即可， 可测管径范围为DN15 mm～DN400 mm。

2）Z 法：当管道很粗或由于液体中存在悬浮物、管内壁结垢太厚或衬里太厚等原因，造成 V法安装信号弱，机器不能正常工作时，就需要选用 Z 法安装。 Z 法的特点是超声波在管道中直接传输，没有反射，信号衰耗小。 Z 法安装可测管径范围为 100 mm 至 6 000 mm。 现场实际安装时，建议 200 mm 以上的管道都要选用 Z 法安装。

为解决管道内水流紊乱问题、 提高测量精度，通过再增加一组探头，可将 Z 法改为 2Z 法、V法改为 2 V 法。

3）N 法：N 法安装的特点是通过延长超声波传输距离来提高测量精度。 使用 N 法安装时，超声波束在管道中反射两次穿过流体三次，适于测量小管径管道。

4）W 法：同 N 法安装一样，W 法安装也通过延长超声波传输距离的办法来提高小管径测量精度。 W 法安装适于测量 50mm 以下的小管。 使用 W 法安装时，超声波束在管内反射三次，穿过流体四次。

3.安装注意问题及工程失败实例

1）安装位置。 （1）选择满足至少上游直管段 10D、下游 5D 条件的位置（其中 D 为管道直径），若需双向计量，前后段均需满足 10 D 要求。 现场条件允许则上下游管道尽量长一些，如果安装位置附近有泵或阀门或其他导致流态不稳定设施或管件则需要更多的直管段。 （2）不要直接安装在能够产生压降的设备下游，如调流调压阀、扩径、阀门、管道内插入装置等， 原因是由于管道内液体在压力降低时会不同程度地释出气体，产生气泡，液体中气体含量增加会降低信号的强度，同时增加了噪声。

2）保证水流满管状态。 测流计测量期间要保证水流始终满管，如果流体不满管，就会造成超声波信号的阻断，无法正常安装和测量。 另外，测流计安装要远离管道焊缝，避免安装于水平管道的 6 点或 12 点位置并在安装前除去管道表面容易剥落的油漆，铁锈，水垢等杂物。

4.结语

上述工程出现问题后，通过认真分析查找超声波流量计测流不准确或不工作原因，对流量计安装位置进行调整。 到目前，流量计使用运行正常，达到了使用效果。