一、概述

插入式超聲波流量?jī)x表是以“速度差法”為原理，測(cè)量圓管內(nèi)液體流量的儀表。它采用了*的多脈沖技術(shù)、信號(hào)數(shù)字化處理技術(shù)及糾錯(cuò)技術(shù)，使流量?jī)x表更能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，計(jì)量更方便、經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確。產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、給排水等領(lǐng)域。

二、工作原理

當(dāng)超聲波束在液體中傳播時(shí)，液體的流動(dòng)將使傳播時(shí)間產(chǎn)生微小變化，并且其傳播時(shí)間的變化正比于液體的流速，其關(guān)系符合下列表達(dá)式

其中

θ為聲束與液體流動(dòng)方向的夾角

M 為聲束在液體的直線(xiàn)傳播次數(shù)

D 為管道內(nèi)徑

Tup 為聲束在正方向上的傳播時(shí)間

Tdown為聲束在逆方向上的傳播時(shí)間

ΔT=Tup –Tdown

設(shè)靜止流體中的聲速為c，流體流動(dòng)的速度為u，傳播距離為L(zhǎng)，當(dāng)聲波與流體流動(dòng)方向一致時(shí)（即順流方向），其傳播速度為c+u；反之，傳播速度為c-u.在相距為L(zhǎng)的兩處分別放置兩組超聲波發(fā)生器和接收器（T1,R1）和（T2,R2）。當(dāng)T1順?lè)较?，T2逆方向發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波分別到達(dá)接收器R1和R2所需要的時(shí)間為t1和t2,則

t1=L/(c+u)； t2=L/(c-u)

由于在工業(yè)管道中，流體的流速比聲速小的多，即c>>u,因此兩者的時(shí)間差為 ▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，當(dāng)聲波在流體中的傳播速度c已知時(shí)，只要測(cè)出時(shí)間差▽t即可求出流速u(mài)，進(jìn)而可求出流量Q。利用這個(gè)原理進(jìn)行流量測(cè)量的方法稱(chēng)為時(shí)差法。此外還可用相差法、頻差法等。

相差法

如果超聲波發(fā)射器發(fā)射連續(xù)超聲脈沖或周期較長(zhǎng)的脈沖列，則在順流和逆流發(fā)射時(shí)所接收到的信號(hào)之間便要產(chǎn)生相位差▽O,即▽O=w▽t=2wLu/cc

式中，w為超聲波角頻率。當(dāng)測(cè)得▽O時(shí)即可求出u,進(jìn)而求得流量Q。此法用測(cè)量相位差▽O代替了測(cè)量微小的時(shí)差▽t，有利于提高測(cè)量精度。但存在者聲速c對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

頻差法

為了消除聲速c的影響，常采用頻差法。由前可知，上、下游接收器接受到的超聲波的頻率之差為▽f可用下式表示 ▽f=[（c+u）/L]-[(c-u)/L]=2u/L

由此可知，只要測(cè)得▽f就可求得流量Q，并且此法與聲速無(wú)關(guān)。超聲波技術(shù)及其應(yīng)用一、沒(méi)測(cè)量水位概況

三、特點(diǎn)

◆的信號(hào)數(shù)字化處理技術(shù)，使儀表測(cè)量信號(hào)更穩(wěn)定、抗力強(qiáng)、計(jì)量更準(zhǔn)確。

◆無(wú)機(jī)械傳動(dòng)部件不容易損壞，免維護(hù)，壽命長(zhǎng)。

◆電路更優(yōu)化、集成度高；功耗低、可靠性高。

◆智能化標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，人機(jī)界面友好、多種二次信號(hào)輸出，供您任意選擇。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、給排水等領(lǐng)域。

五、產(chǎn)品分類(lèi)

5.1 超聲波流量計(jì)/熱量表的組成

超聲波流量計(jì)=主機(jī)+超聲波傳感器傳感器

超聲波熱量表=主機(jī)+超聲波傳感器傳感器+溫度傳感器

5.2主機(jī)分類(lèi)

類(lèi)型名稱(chēng)	分體式			一體式	模塊
	壁掛式	盤(pán)裝式	防爆式
圖片

5.3流量傳感器和溫度傳感器的分類(lèi)

5.4測(cè)量組成圖

5.4.1分體式超聲波流量計(jì)測(cè)量組成圖

注：盤(pán)裝式、防爆式組成圖與上圖相同

5.4.2一體式超聲波測(cè)量組成圖

5.4.3超聲波模塊測(cè)量組成圖

供回水管道安裝 PT100溫度傳感器 ，接入超聲波流量計(jì)即實(shí)現(xiàn)熱量測(cè)量

六、外形尺寸與接線(xiàn)

6.1分體式主機(jī)的安裝及接線(xiàn)

6.1.1壁掛式防爆式主機(jī)尺寸安裝與說(shuō)明

厚度75mm                                                 厚度165mm

壁掛式用于掛墻安裝用                                防爆式用于防爆場(chǎng)合

4個(gè)φ6mm膨脹螺栓固定                             防爆等級(jí)：DIIBT5   

或鐵釘固定                                                用4個(gè)φ8mm的膨脹螺栓固定

壁掛式防爆式主機(jī)接線(xiàn)   

6.1.2盤(pán)裝式尺寸圖及接線(xiàn)

盤(pán)裝式用于儀表盤(pán)安裝

開(kāi)孔尺寸：152*76mm

6.1.3一體式主機(jī)安裝尺寸及接線(xiàn)圖

主機(jī)通常安裝于管道上 ，為了防止儀表井水淹沒(méi)主機(jī)，也可安裝于井壁。

一體主機(jī)接線(xiàn)圖

打開(kāi)后蓋即可完成接線(xiàn)，接線(xiàn)完成后，請(qǐng)上緊防水接頭和后蓋螺絲，以免漏水。切勿打開(kāi)前蓋。

6.1.4模塊的安裝尺寸及接線(xiàn)圖

6.2插入式傳感器

插入式傳感器簡(jiǎn)介

插入式傳感器接線(xiàn)圖

七、安裝與調(diào)試

7.1選擇安裝地點(diǎn)

安裝點(diǎn)的正確選擇是傳感器安裝的關(guān)鍵，選擇安裝點(diǎn)必須考慮下列因素：滿(mǎn)管、振動(dòng)、穩(wěn)流、結(jié)垢、溫度、壓力、電磁干擾以及儀表井。

*滿(mǎn)管

以下情況確定為滿(mǎn)管流體。

*振動(dòng)

安裝點(diǎn)的管道不能有明顯振動(dòng)，否則需要加固管道。

*穩(wěn)流

穩(wěn)定流動(dòng)的流體有助于保證測(cè)量精度，而流動(dòng)狀態(tài)混亂的流體會(huì)使測(cè)量精度難以得到保證 。

滿(mǎn)足穩(wěn)流條件的標(biāo)準(zhǔn)要求：

①管道遠(yuǎn)離泵出口、半開(kāi)閥門(mén)，上游10D,下游5D (D：管道外徑）；

＠距離泵出口、半開(kāi)閥門(mén)30D。

*結(jié)垢

管內(nèi)壁結(jié)垢會(huì)衰減超聲波信號(hào)的傳輸，并且會(huì)使管道內(nèi)徑變小 。所以?xún)?nèi)壁結(jié)垢的管道會(huì)使流量計(jì)不能正常測(cè)量或影響測(cè)量精度，因此，要盡量避免選擇啻道內(nèi)壁結(jié)垢的地方作為安裝點(diǎn)。

*溫度

安裝點(diǎn)的流體溫度必須在傳感器的使用范圍內(nèi)。應(yīng)盡量選擇溫度更低的安裝點(diǎn)。所以，同一管線(xiàn)盡量避免鍋爐水出口、換熱器出口的地方，盡可能安在回水管道上。標(biāo)準(zhǔn)外夾式、插入式使用溫度：-30-90℃；高溫外夾式、插入式使用溫度：-30-160℃。

*壓力

標(biāo)配的插入式和管段式傳感器可承受的壓力值為：1.6MPa.超出此壓力需定制。

*電磁干擾

超聲波流量計(jì)的主機(jī)、傳感器以及信號(hào)電纜很容易受到變頻器、電臺(tái)、 電視臺(tái)、微波通訊站、GSM基站、高壓線(xiàn)等干擾源的干擾。所以選擇傳感器和主機(jī)安裝點(diǎn)時(shí)，盡量遠(yuǎn)離這些干擾源。

主機(jī)機(jī)殼、傳感器、超聲波電纜的屏蔽層都要接地。

不要和變頻器采用同一路電源，應(yīng)采用隔離的電源，給主機(jī)供電。

*儀表井

對(duì)于埋入地下的管道或者需要保護(hù)流量計(jì)的測(cè)量點(diǎn)，需要修建儀表井。為了保證足夠的安裝調(diào)試空間，儀表井的尺寸應(yīng)滿(mǎn)足下列要求。

注：D代表管道直徑

7.2插入式傳感器的安裝與調(diào)試

7.2.1安裝流程

   選擇安裝方法→輸入測(cè)量參數(shù)→處理管道表面→安裝傳感器→固定傳感器→檢查安裝

7.2.2選擇安裝方法及安裝點(diǎn)位

插入式傳感器適用于DN80mm以上的管道

安裝方式有V法和Z法。優(yōu)選Z法，但在安裝空間不足的情況下可選V法。

*V法

  DN80mm-300mm的管道優(yōu)先選用V法，安裝時(shí)兩傳感器水平對(duì)齊，其中心線(xiàn)與管道軸線(xiàn)平行即可，并注意發(fā)射方向一定相對(duì)。

*Z法

   DN80mm以上的管道都可選用Z法。安裝時(shí)讓兩個(gè)傳感器之間沿管軸方向的垂直距離等于安裝距離，并且保證兩個(gè)傳感器在同一軸面上即可，并注意發(fā)射方向一定相對(duì)。

*平行插入

如果安裝空間不足，或者只能從管道頂部進(jìn)行安裝時(shí)，只要管徑＞DN8O,

變可以采用平行插入傳感器。

平行插入傳感器的定位要保證以下三點(diǎn) ：

①安哥在距離=兩個(gè)傳感器之間沿管軸方向的垂直距離。

②保證兩個(gè)傳感器在同一水平線(xiàn)上，插入深度為管內(nèi)徑的1/3處。

③兩個(gè)傳感器之間的距離可以用戶(hù)自設(shè)定，推薦300-500mm之間。

7.2.3定位安裝點(diǎn)

*V法

上下游傳感器安裝點(diǎn)連線(xiàn)與管軸平行，且距離為主機(jī)顯示的安裝距離。

如圖所示：A, B為所需定位的安裝點(diǎn) 。

*Z法

①按照主機(jī)提供的安裝距離在管道同側(cè)先定位兩個(gè)安裝點(diǎn)A、C，兩個(gè)安裝點(diǎn)的連線(xiàn)AC與管軸平行。

②將下游傳感器安裝點(diǎn)C沿垂直于管軸的方向延長(zhǎng)管周長(zhǎng)的一半，得到點(diǎn)B。

③檢查。用軟線(xiàn)從兩側(cè)測(cè)量A點(diǎn)到B點(diǎn)的距離，得到長(zhǎng)度AB1和AB2，如果AB1=AB2，則說(shuō)明B點(diǎn)定值準(zhǔn)確，否則需再次定位C、B點(diǎn)。

如圖所示：A, B為所需定位的上下游傳感器安裝點(diǎn)。

7.2.4固定球閥底座

*焊接固定球閥底座

安裝管道材質(zhì)為碳鋼時(shí)，可直接焊接球閥底座。焊接時(shí)必須保證球閥底座的中心點(diǎn)和所定位的傳感器安裝點(diǎn)重合。

焊接注意事項(xiàng) ：

①焊接前請(qǐng)將底座內(nèi)的四氟密封墊圈取出。

②焊接前必須將焊點(diǎn)附近的管道表面處理干凈，焊接時(shí)注意不要夾雜氣孔，以防漏水，同時(shí)要保證焊接強(qiáng)度 。

③在焊接底座時(shí)，注意不要讓焊渣落在底座的內(nèi)螺紋上。

④注意焊接時(shí)要保證底座不變形。

焊接完畢后將球閥用力扭進(jìn)底座內(nèi)，注意壓緊密封墊圈。

*管箍固定球閥底座

對(duì)于不能直接焊接的管道，如鑄鐵管、水泥管、銅管、復(fù)合材料管等需要安裝定制的管箍 。

安裝管箍時(shí)，管箍上焊接的底座中心應(yīng)與所定位的安接點(diǎn)同心。注意壓緊管箍密封墊，以防漏水。

7.2.5開(kāi)孔

底座及球閥安裝完成后，將開(kāi)孔器密封護(hù)套與球閥外螺紋連接。擰緊后打開(kāi)球閥推動(dòng)鉆桿直至與管道外壁接觸，將手電鉆與鉆桿連接好鎖緊后，接通電源，開(kāi)始鉆孔。在鉆孔過(guò)程中，電鉆保持低速，轉(zhuǎn)速不要過(guò)快。以免卡鉆甚至鉆頭折斷。鉆透后，撥出鉆桿知道開(kāi)孔器鉆頭的最前端退至球閥芯后，關(guān)上球閥，卸下開(kāi)孔器。

7.2.6安裝調(diào)試傳感器

調(diào)節(jié)合適的插入深度和發(fā)射方向以獲得良好的超聲波接收信號(hào)。

*插入深度的調(diào)節(jié)

  傳感器發(fā)射面剛好全部超出管道內(nèi)壁為正確的傳感器插入深度。插入深度的準(zhǔn)確性對(duì)信號(hào)接收及測(cè)量精度影響很大，因此插入深度必須調(diào)整準(zhǔn)確。

插入深度只取決于管道的壁厚。

插入深度可按照如下方式計(jì)算:

計(jì)算好插入深度后，按下列步驟安裝探頭：

①將螺紋轉(zhuǎn)換螺母擰入球閥，擰緊。

②將探頭桿旋入至球閥閥芯 。

③打開(kāi)球閥，按照計(jì)算好的插入深度繼續(xù)旋入傳感器，直到傳感器發(fā)射面剛好超出管道內(nèi)壁 。

*發(fā)射方向

調(diào)整好插入深度后定位發(fā)射方向。

傳感器的接線(xiàn)盒上標(biāo)有超聲波的發(fā)射方向指示箭頭，上下游傳感器的發(fā)射方向要相對(duì)“” 。

將上游傳感器發(fā)射方向指示箭頭調(diào)整指向下游傳感器并與管軸方向平行，然后鎖緊。 將下游傳感器發(fā)射方向指示箭頭調(diào)整指向上游傳感器，順、逆時(shí)針微調(diào)下游傳感器，觀察菜單M90，使信號(hào)強(qiáng)度，信號(hào)質(zhì)量這到值，再觀察菜單M91傳輸時(shí)間比，如果在97%--103%之間即可用鎖緊螺母鎖緊傳感器，如果不符合要求，需要上下調(diào)節(jié)插入深度和發(fā)射方向直至滿(mǎn)足測(cè)量要求。

7.3檢查安裝

本機(jī)帶有檢查功能，菜單M90用于檢查信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量，菜單M91

用于檢查實(shí)測(cè)與理論傳輸時(shí)間比 。

7.3.1 檢查信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量

M90窗口用于顯示流量計(jì)所檢測(cè)到的上下游的信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量Q值。

信號(hào)強(qiáng)度用00.0--99.9的數(shù)字表示。00.0指示沒(méi)有收到信號(hào)，99.9表示

信號(hào)。信號(hào)強(qiáng)度≥60.0，流量計(jì)才能進(jìn)行測(cè)量，

信號(hào)質(zhì)量Q值用 0-99的數(shù)字表示，00表示最差，99表示。一般正常工作條件是信號(hào)質(zhì)量Q值＞60。

安裝時(shí)，請(qǐng)注意調(diào)整傳感器，使信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量越大越好，這樣才能保證流量計(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確 。

信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量安裝參考表

7.3.2檢查傳輸時(shí)間比

M91窗口用于顯示傳輸時(shí)間比，傳輸時(shí)間比是按流量計(jì)設(shè)置的參數(shù)計(jì)算超聲波的理論傳輸時(shí)間與實(shí)際測(cè)量的傳輸時(shí)間的百分比值，它表示設(shè)置的測(cè)量參擻與傳感器實(shí)際安裝距離之間的關(guān)系。這個(gè)值應(yīng)該介于97%-103%。

如果傳輸時(shí)間比不在97%--103%之間，說(shuō)明設(shè)定的測(cè)量參數(shù)與傳感器安裝距離是不一致的，則設(shè)置的測(cè)量參數(shù)或傳感器安裝距離有誤，請(qǐng)分別檢查。