傳播速度差法超聲流量計知識介紹

傳播速度差法超聲流量計知識介紹

傳播速度差法是目前超聲流量計中應有較多的方法，主要有時(shí)差法和頻差法。它們都是在直接時(shí)差法或相位差法基礎上發(fā)展起來(lái)的。直接時(shí)差法的測量原理已如前述，而相位差法僅是把時(shí)間差轉換為超聲波傳播的相位差來(lái)測量，因而其原理可看作與直接時(shí)差法相同，但利用這種原理進(jìn)行測量，其比例常數均與聲速有關(guān)，而聲速隨被測介質(zhì)的溫度和成分而變化，因而被測流體溫度變化就會(huì )帶來(lái)測量誤差。后期發(fā)展的時(shí)差法卻是利用聲波在順流方向和逆流方向上傳播的速度之差來(lái)反映流體的流速，故又稱(chēng)速度差法。其原理可表述為：

令t₁、t₂分別表示聲波順、逆流方向傳播時(shí)間，則

因此順逆流情況下聲波傳播時(shí)間差Δt=t₂-t1，則上式可表為

由此可知，流速與成正比，比例系為常數，不受溫度變化影響，只需將順流傳播時(shí)間t1及Δt代入，進(jìn)行運算即可求得流速。

頻差法超聲流量計根據式（9-4）可知其比例常數不受溫度變化的影響，所以這也是工業(yè)流量測量中大量采用頻差法超聲流量計的一個(gè)原因。

利用超聲波對流體流量的測量，其困難主要在于：一般情況下測量的液體流速在每秒數米以下，而液體中的聲速約1500m/s，流速帶給聲速的變化量至多不過(guò)是10^-3數量級，在工業(yè)計量中當測量流速要求精度達到1%時(shí)，對聲速的測量精度要求為10^-5到10^-6，過(guò)去的計量技術(shù)要想長(cháng)期保持這樣的高精度是很困難的。因而，只是隨著(zhù)電子測量技術(shù)的進(jìn)步，克服了上述的困難，才有了工業(yè)上實(shí)用的超聲流量計。

一 速度差法的信號測量方法

傳播速度差法超聲流量計的種類(lèi)比較多，轉換器所采用的信息采集處理電路各不相同，有用數字電路直接測量順、逆流方向接收信號波前沿時(shí)間差的LE流量計，采用PLL（鎖相環(huán)路）或TLL（時(shí)間鎖定環(huán)路）的時(shí)間差法儀表，也有采用一組轉換或二組轉換方式的頻差法儀表，以及采用頻差法與相位差法或與時(shí)間差法組合起來(lái)的二種組合方法的儀表。此外，各廠(chǎng)家所采用的原理方程式也有所不同。這里列舉幾種典型的測量方法。

1.采用鎖相環(huán)路（PLL）的時(shí)間差法

隨著(zhù)集成電路技術(shù)的發(fā)展，鎖相環(huán)路技術(shù)可以普遍地得到應用，使用此種技術(shù)的超聲流量計如圖9-7所示。測量回路用了兩組鎖相環(huán)路，管壁上使用了一組1.2MHz的壓電躍變振蕩器。測量回路的一個(gè)回路沿順流方向，另一回路沿逆流方向發(fā)射超聲波，把兩個(gè)探測器的收發(fā)交替進(jìn)行轉換。測量相位差，是指測量VCO（電壓控制振蕩器）的振蕩頻率分頻為N分之一的信號與接收信號之間的相位差（時(shí)間差）。這個(gè)接收信號是把分頻信號和同期發(fā)射的信號接收下來(lái)的信號，超聲波在液體中的傳播時(shí)間比發(fā)射時(shí)間滯后。因為順、逆兩個(gè)回路都是鎖相環(huán)路，因此，在鎖定相位的場(chǎng)合，電壓控制振蕩器（VCO）（1）以N/t₁的頻率進(jìn)行振蕩（其中t₁是超聲波從P₁到P₂的傳播時(shí)間），電壓控制振蕩器（VCO）（2）以N /t₂的頻率振蕩（其中t₂是超聲波從P₂到P₁的傳播時(shí)間）。因此，頻率之差

將式（9-11）應用于式（9-9）即可得到流速。

2.TLL 方式的時(shí)間差法

TLL方式的超聲流量計也是運用時(shí)間差法原理進(jìn)行測量的，如圖9-8所示。

圖中的交替轉換全部是同步進(jìn)行，超聲波收發(fā)器的接收發(fā)射交替轉換，交替進(jìn)行VCO的振蕩頻率的控制，與圖9-7中所不同的是，這里消除了超聲波經(jīng)過(guò)探測器和管壁傳播所需的固定時(shí)間t的影響，在由于氣泡等的影響得不到接收信號的情況下由信號接收off檢測部將其檢出。因此，電壓控制振藹器（VCO）的本振頻率將不受影響。該流量計的時(shí)間如圖9-9所示。

由圖9-9可知，因為交替轉換的時(shí)間可以做任意程度的變化，因而可避免多重反射波的影響。另一方面，可通過(guò)調整衰減，在90%的響應時(shí)間內，響應可在1-100s內變換。

3.馬克森（MAXSON）流量計

馬克森流量計是典型的依據頻差法原理工作的最早具有實(shí)用意義的超聲流量計，與密度測量部件配合即可測量質(zhì)量流量，如圖9-10所示。圖中，超聲波發(fā)射換能器T1、接收器R1，放大器1和電信號發(fā)射機1構成順流方向的聲循環(huán)回路； T_2、R_2、放大器2和電信號發(fā)射機2構成逆流方向的聲循環(huán)回路。以間歇振蕩方式由10MHz石英振蕩器中發(fā)射超聲波脈沖，對面的10MHz石英振蕩器接收該信號，該種測量方式為頻差法的二組方式，如果令順、逆兩個(gè)

回路產(chǎn)生的聲循環(huán)頻率分別為f₁、f₂，則

這種流量計的測量精度優(yōu)于2%，測量范圍是最小流量的20倍；當雷諾數在3′10⁴到10⁶之間時(shí)，流速分布對線(xiàn)性的影響為±1%左右。

在當流速小時(shí)，兩個(gè)回路的聲循環(huán)頻率相近，由于頻率牽引現象，而使得流速測量不易進(jìn)行。

4.一組轉換方式的頻差法

為了避免馬克森流量計中小流速時(shí)兩回路間的相互干擾，這里介紹一種僅用一個(gè)聲循環(huán)回路按時(shí)交替轉換的分時(shí)方式，即超聲波的發(fā)射、接收和電信號的發(fā)射、放大回路僅只有一組，在一定周期內交替轉換超聲波的收發(fā)器的發(fā)射、接收過(guò)程，使超聲波傳播方向交替逆轉，分別把對應的聲循環(huán)頻率用計數器計數，從而獲得頻率差。如圖9-11所示，超聲波收發(fā)器P₁裝在管道的外壁上，使聲波射束斜著(zhù)經(jīng)過(guò)液體中傳播，在被測液體是水的場(chǎng)合，振蕩器使用0.4MHz或1MHz的鋯鈦酸鉛陶瓷（PZT），聲楔采用射束入射角為40°的膠木材料。在聲楔與管子的交界面上超聲波射束發(fā)生折射，同時(shí)產(chǎn)生波形變換，在管材為鋼鐵等鐵系材料時(shí)，發(fā)生從縱波到橫波的變換，而對超聲波而言橫波在水中的透過(guò)率比縱波要高，且折射角也大，有利于測量。超聲波收發(fā)器P₂設置在對面管壁的一個(gè)位置上，在該位置可以有效地接收從P₁發(fā)射的超聲波。P₁和P₂均起著(zhù)發(fā)射器和接收器的雙重作用，它們的特性應盡可能的一致，收發(fā)轉換器用來(lái)轉換超聲波的傳播方向，一定時(shí)間間隔內使超聲波按順流方向發(fā)射，再經(jīng)相同時(shí)間間隔沿逆流方向發(fā)射，其時(shí)間圖如圖9-12所示。

令順、逆流的聲循環(huán)頻率f1為f2，則

式中，u是流速；θ是超聲波的傳播方向與流速方向的夾角；D是管道內徑；t是固定延遲時(shí)間，包括超聲波經(jīng)聲楔、管壁和襯材中傳播時(shí)間和電信號滯后時(shí)間。

在式（9-13）中括號內雖然包含有聲速c，但對于大口徑管道，這一項很小，因而由于c的變化所引起的測量誤差極小。

在大口徑管道的情況下Δf值比較小，因此為提高精度，縮短測量時(shí)間，使用了倍頻回路。然后，把倍頻的脈沖數對應著(zhù)順逆方向進(jìn)行加減運算，其殘值就是與流速成正比的解。

5.組合方法

如圖9-13所示的是一種中小口徑（300mm以下）的流量計。它是把2MHz的PZT（鋯鈦酸鉛陶瓷）安在聲楔上的兩個(gè)測量端安裝在被測管道上，式9-12中的Δf是由順逆兩方向的聲循環(huán)回路按照收發(fā)交替轉換構成，由此可以得到各自的聲循環(huán)頻率之差，而由于在順逆方向的聲循環(huán)頻率差值，兩個(gè)發(fā)射信號時(shí)刻一致的回路必然不穩定。為此，若令順流方向的回路（A回路）的聲循環(huán)周期為T(mén)_A，逆流方向回路（B回路）的周期為T(mén)_B，時(shí)間圖如圖9-14，在A(yíng)回路發(fā)射信號脈沖后，B回路延遲約T_A/2的時(shí)間再發(fā)射信號，T_B通常由延遲控制回路自動(dòng)進(jìn)行控制使之與T_A相等，而所需的延遲控制電壓為

二 流量的測量方式

流量的測量需要考慮眾多因素的影響，管內速度分布、測量方式的選擇等對于各種不同的測量狀況將起到重要的作用。

1.速度分布的影響

傳播速度差法從原理上看是測量超聲波傳播途徑上的平均流速，其測量所得到的值也只應是線(xiàn)平均值。這一線(xiàn)平均值是否能正確反映流通截面上的流速，對于測量的準確性是有影響的。確切地說(shuō)，測量用的超聲波能遍歷整個(gè)流通截面的面平均值才能真正反映出流量，而線(xiàn)平均與面平均（亦稱(chēng)截面平均流速）的差異，正是取決于流速的分布情況。

對于流速小的層流情況，圓管內的流速分布屬拋物面分布，其真平均流速是最大流速的二分之一，而由采用線(xiàn)平均方法的流量計測量的值一般是表示最大流速值的三分之二。因此，用超聲流量計測出的流量是真正的流量的三分之四倍，這個(gè)關(guān)系在流體層流流動(dòng)的范圍內，即雷諾數Re約2320以下的場(chǎng)合可以保持一定，即可經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的修正而獲得準確的結果。

可是在流速大的湍流情況下，與流動(dòng)截面有關(guān)的流速分布因雷諾數Re變化而異。隨著(zhù)Re的增大，流速分布近似于均勻分布。因此，當用超聲波流量計測量包含有中心的途徑上的平均流速值U時(shí)，將它與截面平均流速之比稱(chēng)為流量修正系數k，k的值可以作為雷諾數Re的函數表示出來(lái)。在流速分布按對數規律分布時(shí)，可用下式表示

但由于上式利用了尼庫拉茲的摩擦系數，在Re為10⁵以下的范圍內需要利用布拉修斯摩擦系數加以修正，或者也可以用簡(jiǎn)單的可實(shí)驗式k=1.119-O.011lgRe來(lái)表示。如果流速變化10倍，即Re變化10倍，其對數為1，則k的變化僅為1%。以上計算結果如圖9-15所示。

流動(dòng)若在層流與湍流之間，即過(guò)渡狀態(tài)的情況下，流動(dòng)是不穩定的。而實(shí)際上對于特大口徑的管道而言，那種范圍內的流速只是極小的問(wèn)題，而流動(dòng)在管中心軸上的不對稱(chēng)所造成的誤差才是重要的。

2.聲道布置方式

一般而言，在流體是以管中心線(xiàn)為對稱(chēng)軸沿管中心線(xiàn)平行地流動(dòng)時(shí)，采用如圖9-16所示的直接透過(guò)法（簡(jiǎn)稱(chēng)Z法）測量，可以得到好的精度。當流動(dòng)的方向與管中心線(xiàn)不平行或存在著(zhù)沿半徑方向流動(dòng)的速度成分W時(shí)，在超聲波的傳播方向會(huì )產(chǎn)生Wsinθ的速度成分，這亦成了測量中產(chǎn)生誤差的原因�？墒�，采用反射法（V法）可以避免這一原因引起的誤差，這是因為當W在P₁至P₂間取定值時(shí)，由于超聲波的傳播途徑P₁R至RP₂中，速度成分Wsinθ可以抵消。而在某些場(chǎng)合中，探測回路的問(wèn)隔受到限制，則V法可以用其變形的方法，如圖中的交叉法（X法）來(lái)代替。上述各種方法均是通過(guò)射線(xiàn)行程中的信息反映流量，線(xiàn)平均流速與流通截面上平均流速之間的系數是雷諾數Re的函數，要提高測量精度必須要作修正。此外，迎流流速分布和旋渦對流量測量值影響也較大，因此要求有較長(cháng)上游直管段長(cháng)度。為了克服上述缺點(diǎn)，人們采用多聲道化和聲束多反射化的方法。

如圖9-16中所示的2V法，是在垂直相交的二軸上測量流速，取平均值，隨著(zhù)測量線(xiàn)數目的增加，測量精度也能提高，一般認為有四條測量線(xiàn)路就夠了。圖中所示的平行法亦是配置多測量線(xiàn)的方式，但由于采用該方式時(shí)，聲波穿過(guò)外壁是很困難的，使得安裝換能器的構造較復雜，而且小口徑管道情況下也不能得到足夠的時(shí)間差。

目前，采用多聲道化和聲速多反射化方法進(jìn)行超聲流量測量的較先進(jìn)的幾種方式，如圖9-17所示。這些方式已成功地在各自的廠(chǎng)家產(chǎn)品中得到了應用，而且其性能和應用范圍也正在不斷地得到提高和擴大。

圖9-17a采用了聲速螺旋狀多折射路徑的方法，以螺旋狀路徑（發(fā)射換能器-1-2-3-4-5接收換能器）掃描測量管道內流通空間，這樣可以減少流速分布畸變影響，提高流量測量精度。其流量測量范圍可以從層流開(kāi)始，已達到的可測液體的最大流速為10m/s，西門(mén)子公司生產(chǎn)的產(chǎn)品己做到了在測量范圍度為25：1時(shí)，誤差≤±0.5%R，范圍度為100：1時(shí)則誤差≤±1% R。

另一種平行面測量方式超聲流量計如圖9-17b所示。這是早期的聲速傳播方向和流體流動(dòng)方向一致的U型平行面測量方式。它應用于液體小流量測量，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）不像傳統斜聲速傳播那樣，聲波折射角受溫度所引起液體中聲速變化而改變聲波傳播距離；2）測量流通截面積全部流速，流速分布畸變影響小，可較精確地測得面平均流速。但這種結構要改動(dòng)管道流向，管道布置復雜。

采用雙聲道V法散射聲速途徑的測量方法如圖9-17c所示，其特點(diǎn)是換能器T₁、T₃發(fā)射聲束散射至對壁反射面，再反射聚積到接收換能器T₂、T₄。這樣，從傳統的聲波線(xiàn)傳播發(fā)展到面傳播，增加了聲速的掃描空間�，F已有德國Elstest Mandel公司生產(chǎn)的適用于天然氣、城市煤氣和壓縮空氣的產(chǎn)品，測量誤差≤±2%R。

而圖9-17d所示的S字型平行面測量方式可簡(jiǎn)化管道布置。國外己投放市場(chǎng)的儀表口徑為6-50mm，流速超過(guò)0.5m/s時(shí)的測量誤差≤±0.5%R。

三 儀表的安裝與調校

傳播速度差法超聲流量計是目前極具競爭力的流量測量手段之一，其測量精度己優(yōu)于±1.0%，有的多聲道超聲流量計的精度己高達±0.5%R。但由于早期的超聲流量計自身一般不帶標準管道而工業(yè)上所用管路又十分復雜，使得超聲流量計的測量精度大打折扣；另外，由于工業(yè)現場(chǎng)特別是管路周?chē)�環(huán)境的多樣性和復雜性，大大降低了超聲流量計的可靠性和穩定性。因此，如何根據特定的環(huán)境安裝調試超聲流量計，就成了超聲流量測量領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。符合規范的正確安裝，可以更好地體現超聲流量計的精度、可靠性和穩定性方面的優(yōu)勢，大大降低儀表的日常維護工作。

以前盛行的外夾裝式超聲流量計使用方便靈活，然而現場(chǎng)應用的實(shí)際測量精度，常因工作疏忽，換能器安裝距離及流通面積等測量的誤差而造成精度下降。不正確的安裝甚至會(huì )使得儀表完全不能工作。因此，安裝換能器對于測量是非常重要環(huán)節。近年來(lái)國外競相開(kāi)發(fā)出經(jīng)實(shí)流核準的高精度帶測量管段的中小口徑超聲流量計，且用雙聲道或多聲道以改善單聲道測量平均流速的不確定影響量，降低了迎流流速分布影響的敏感度，減少了前后置直管段長(cháng)度的影響，消除了現場(chǎng)安裝換能器位置的影響，使測量精度大大提高。

一般，超聲流量計的安裝應從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：1）詳細了解現場(chǎng)情況； 2）確定安裝方式； 3）選擇安裝管段； 4）計算安裝距離，確定探頭位置； 5）管道表面處理； 6）探頭安裝及接線(xiàn)； 7）用示波器觀(guān)察接收波形，微調并固定探頭。

1.換能器的安裝

對于管外換能器的安裝，要特別注意以下幾點(diǎn)。

（1）正確選擇安裝地點(diǎn)

由于采用管外安裝換能器的超聲流量計是通過(guò)聲波傳播途徑上流體平均流速來(lái)進(jìn)行測量的，所以應保證換能器前的流體是沿管軸平行流動(dòng)。因此，安裝地點(diǎn)的選擇必須保證換能器前有一定長(cháng)度的直管段，所需直管段長(cháng)度與流道上阻力件型式有關(guān)，可參考節流裝置對直管段的要求。一般，當管道內徑為D時(shí)上游直管段長(cháng)度應大于10D，下游大于5D。當上游有泵、閥門(mén)等阻力件時(shí)，直管段長(cháng)度至少應有（30 -50）D，有時(shí)甚至要求更高，如距泵房要求70-100m。當采用雙聲道或多聲道測量時(shí)，表前直管段可以有明顯縮短。

不同形式阻流件應配置的直管段長(cháng)度列于表9-1所示。

此外，還應注意換能器安裝地點(diǎn)應避免強電磁場(chǎng)和管道的振動(dòng)等因素的影響；詳細了解安裝現場(chǎng)周?chē)�是否有微波發(fā)射臺，大功率電臺或是否靠近繁忙的公路；安裝地點(diǎn)是否能保證流體充滿(mǎn)管道等情況。

（2）正確選擇安裝方式當流體平行于管軸流動(dòng)時(shí)，通�？捎脠D9-16中的透過(guò)法（z法）安裝能獲得較好的精度。但當流體流動(dòng)方向與管軸不平行，存在半徑方向的速度成分時(shí)，應采用圖9-16中反射法（V法）或交叉法（X法）安裝，亦可采用2V法安裝，對于地點(diǎn)上管道的長(cháng)度有限，不足以采用V法時(shí)，則應選用X法實(shí)施安裝，此時(shí)，接收換能器與發(fā)射換能器之間的距離較小。對于己配置好的流體管道，特別是測量大口徑管道流量時(shí)，由于上游流動(dòng)狀態(tài)的干擾而易于造成測量誤差的場(chǎng)合，比較合適的措施是增加測量線(xiàn)，即增加超聲波的傳播路徑，更多地接收傳播路徑中的流速信息，進(jìn)行平均，以抵銷(xiāo)流體擾動(dòng)造成的測量誤差。增加測量線(xiàn)時(shí)，換能器的安裝應使超聲波傳播途徑均勻地置于流通截面上。一般認為有四條測量線(xiàn)（即四對換能器）就足夠了。

（3）確定安裝距離換能器的安裝應根據具體的測量方式依據說(shuō)明書(shū)上的步驟進(jìn)行，各種測量方式下的安裝步驟略有不同，但其原理相似。下面以普遍應用的透過(guò)法（Z法）的換能器安裝為例，說(shuō)明一對換能器的安裝距離的確定方法。

一對換能器的安裝有個(gè)基本原則：就是發(fā)射換能器與接收換能器應在管道的半圓平分線(xiàn)上（對于V法，則在同一半圓基線(xiàn)上），并根據實(shí)際的管道內徑，壁厚及被測流體的性質(zhì)，參數等核算，確定兩換能器之間的軸間距離h，保證安裝時(shí)h值的準確。

首先在管道外壁找出相應的兩條半圓基線(xiàn)。對垂直管道通用鉛垂線(xiàn)定好第一條半圓基線(xiàn)，對水平管道需借助于水平儀找出第一條半圓基線(xiàn)，然后用厚約O.5mm，長(cháng)度稍長(cháng)于軸間距離h（由說(shuō)明書(shū)上查得或相應公式計算得到）的尼龍薄膜，以第一條基線(xiàn)為準，緊包管壁并裁下，膜的另一邊長(cháng)為πD，（D為管外徑），并對折裁開(kāi)，再以第一條基線(xiàn)為準緊包半個(gè)管壁，即可找出第二條半圓基線(xiàn)，此時(shí)管道的半圓平分線(xiàn)已確定，可畫(huà)針在管外壁標明。發(fā)射接收換能器取正確的配合方向，借助于耦合劑（通常為硅脂黃油耐溫黃油或水玻璃等），分別固定在兩條基線(xiàn)上，它們用隨帶的管箍固定，以免測量中移位。而換能器之間的軸向距離h，在采用透過(guò)法（或交叉法）時(shí)，可用下式核算

式中，δ是管壁厚；D是管內徑，（mm）；θ₂是聲波進(jìn)入管壁中角度；θ₃是聲波進(jìn)入流體中角度。θ₂、θ₃均為由超聲波經(jīng)聲楔射到管外壁時(shí)的角度θ₁依據折射定理計算得到，θ₁可從制造廠(chǎng)的說(shuō)明書(shū)中查到。

一般，目前的超聲流量計顯示儀表都有計算安裝距離的功能，只要將管道材料，管徑，壁厚等管道參數，流量計就能計算出安裝距離h，然后用上述的定位紙法確定安裝位置。

上述距離法只能用于管道條件較好的場(chǎng)合。當管道條件不好時(shí)，如由于使用時(shí)間太長(cháng)，結垢嚴重，又不知結垢的實(shí)際厚度，這時(shí)就很難確定安裝距離h。對于這種情況，可采用渡越時(shí)間法安裝換能器。

首先將顯示儀表的靈敏度旋鈕旋到中間位置，然后按要求將一只換能器固定在管道的一側，將另一只換能器涂上黃油在管道的另一側沿上、下、左、右方向移動(dòng)，觀(guān)察顯示儀表的循環(huán)顯示燈或數字，當循環(huán)顯示燈亮了或有數字顯示，則微動(dòng)換能器，觀(guān)察渡越時(shí)間，當渡越時(shí)間接近所給定的數值時(shí)，停止移動(dòng)換能器，此時(shí)若渡越時(shí)間的前四位數穩定時(shí)，說(shuō)明換能器已安裝好。將換能器固定好，儀表就可正常工作了。

2.顯示儀表的安裝

(1)顯示儀表的安裝地點(diǎn)

顯示儀表的安裝地點(diǎn)應選擇振動(dòng)沖擊很小的位置；注意避免電磁場(chǎng)的影響，儀表電源應避免引起電壓波動(dòng)；使用環(huán)境溫度亦應在說(shuō)明書(shū)中的范圍之內；除特殊密封儀表外，應安裝在無(wú)腐蝕性的環(huán)境中。

(2)連線(xiàn)長(cháng)度

儀表與換能器之間的連線(xiàn)應用屏蔽線(xiàn)，連線(xiàn)長(cháng)度按說(shuō)明書(shū)要求，一般不超過(guò)500m，但在發(fā)電廠(chǎng)，由于干擾較大，連線(xiàn)長(cháng)度一般不超過(guò)100mo

3.調整和校驗

超聲流量計的校驗和調整包括：對流量顯示的二次儀表的電子線(xiàn)路進(jìn)行調校，對換能器的正確安裝進(jìn)行調校。對換能器的安裝進(jìn)行調校是使得發(fā)射換能器的聲波信號經(jīng)流體中的傳播以后能正常地被接收換能器所接收。而對于帶測量管段的超聲流量計，由于發(fā)射換能器與接收換能器的相對位置固定，因此其調校均相對較為簡(jiǎn)便，主要針對二次儀表的電子線(xiàn)路進(jìn)行。

超聲流量計的調校因儀表的測量電路不同而異，具體的調校步驟應嚴格按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的要求進(jìn)行，但一般涉及到以下幾個(gè)方面。

1)零點(diǎn)調整當實(shí)際的流速為零時(shí)，儀表的流量也應調整為零。通常，零點(diǎn)調整是由自動(dòng)調零功能完成的。但對于高精度的測量，可以停止自動(dòng)調零功能，在儀表上設置零點(diǎn)偏差，以后的測量，儀表將自動(dòng)輸出扣除零點(diǎn)偏差后的數值。

2)阻尼設定

適當的阻尼設定可用來(lái)精確地觀(guān)察測量值的變化過(guò)程，或用來(lái)獲得測量值的平均值。通常，當自動(dòng)零點(diǎn)功能起作用時(shí)，所獲得的響應時(shí)間大約是阻尼設定時(shí)間的10倍，為了觀(guān)察測量值的真實(shí)變化，或為了以適當阻尼觀(guān)察測量值時(shí)，應設定適合的阻尼時(shí)間。

3)工作參數(量)的設定

工作參數(量)的設定包括模擬輸出范圍(4-20mA)的設定；顯示單位的設定；流量(或流速)范圍的設定等。

4）在不正常測量情況下的輸出設定

當管內無(wú)流體或流體中有氣泡等不正常情況時(shí)，可設定：保持測量值不變；高限度輸出；低限度輸出；零輸出等。同時(shí)，累積脈沖輸出時(shí)，輸出截止，內部累積也截止。

5)空探測點(diǎn)的設定

可設定當管道內無(wú)流體(空管)時(shí)輸出一個(gè)報警信號。

6)連續通訊的設定

可設定RS-232C的通訊波特率、奇偶性和停止位。

7)低流量切除

流量低到一定值時(shí)，可設置一切斷點(diǎn)切斷流量顯示。切斷點(diǎn)一般可設定在0-0.999m/s之間。當閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，由于管內流體有對流現象，這時(shí)就有流量顯示，所以有必要設置低流量切斷功能。某些儀表的切斷點(diǎn)初始值設置為O.O1m/s，可人為改變設置。

8)其它如測量值的校準；累積輸出單位的設定；時(shí)間的設定以及狀態(tài)輸出的設定等都是儀表調整中的內容，應根據說(shuō)明書(shū)的要求進(jìn)行設定。

4.超聲流量計的使用

超聲流量計是一種工作性能與現場(chǎng)安裝使用有極大關(guān)系的流量?jì)x表。要創(chuàng )造必要的現場(chǎng)工作條件，并對儀表進(jìn)行正確的安裝調試，才能保障儀表的正常工作和準確計量。所以，在超聲流量計的使用中，應注意以下兩個(gè)方面的問(wèn)題。

(1)創(chuàng )造儀表正常工作所需要的現場(chǎng)條件

儀表正常工作所需要的現場(chǎng)條件包括以下一些內容。

1)足夠長(cháng)的表前直管段長(cháng)度(見(jiàn)表9-1)。

2)管道幾何尺寸精確，管內結垢不能太厚。由流量與管徑的關(guān)系可知，管徑每存在1%的誤差，就會(huì )產(chǎn)生約3%的流量測量誤差。因此，使用超聲流量計時(shí)，必須將管道內徑和壁厚測量精確。管道結垢，不但造成管徑誤差，還會(huì )使聲波發(fā)生散射，降低超聲流量計的測量精度。結垢過(guò)厚時(shí)，儀表甚至不能工作。表9-2為管道結垢對流量測量的影響計算表。對于早期建設的老水廠(chǎng)，有的管道結垢已非常嚴重，精確的管徑難以測量，有些管道甚至超聲波信號難以通過(guò)，不適合用超聲流量計來(lái)測量。對于這樣的使用條件，安裝超聲流量計換能器的那段管道最好換成新的不銹鋼管道。

3)在儀表上游的管道上設置排氣閥。輸水管道中有空氣是普遍存在的問(wèn)題，源水管道中氣體含量更大。管道中的氣體占據管道有效截面積，使流量測量產(chǎn)生誤差。如果管道中氣體過(guò)多，會(huì )使超聲波發(fā)生散射而使儀表不能工作。因此，在儀表上游安裝排氣閥是必要的。排氣閥的位置應安裝在儀表上游300以上處，每隔一定時(shí)間就應排氣一次。某水廠(chǎng)在DN600和DN900兩管道做試驗發(fā)現，在沒(méi)有安裝排氣閥時(shí)，流量計約多計水量9%-10%。

(2)儀表的正確安裝調試

儀表的正確安裝調試對超聲流量計的正常工作非常重要，應根據前面介紹過(guò)的方法，仔細安裝換能器和顯示儀表。距離法和渡越時(shí)間法的選擇，主要取決于管道條件。如果管道比較標準，尺寸精確，內外表面平整，可采用距離法；當管道條件不好時(shí)，可采用渡越時(shí)間法。