便携式超声波流量计现场管道流量测量与分析
1 超声波流量计的原理
超声流量计利用超声波在流动的流体中传播时，可以载上流体流速信息的特性，通过接收和处理穿过流体的超声波信息就可以检测出流体的速度，从而换算成流量。它具有下列主要特点：①解决了大管径、大流量及各类明渠、暗渠的测量困难的问题；②对介质几乎无要求；③测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、密度、粘度等参数的影响；④测量范围度宽，一般可达20∶1。
时差法[1]测量是在被测流体内由两对超声波发生器和接收器组成两个通道，分别在顺流方向和逆流方向发射超声波脉冲，测量其传播的时间差△t。
顺流方向发射超声波脉冲的传播时间为
在顺流和逆流情况下超声波的传播时间差为
2 超声波流量计的安装与调试
一般，超声波流量计的安装应从以下几个方面考虑：①详细了解现场情况；②确定安装方式；③选择安装管段；④计算安装距离，确定探头位置；⑤管道表面处理；⑥探头安装及接线；⑦用示波器观察接收波形，微调并固定探头。
2.1 换能器[2]的安装
（1）正确选择安装地点
一般，当管道内径为D时上游直管段长度应大于10D，下游大于5D。当上游有泵、阀门等阻力件时，直管段长度至少应有30～50D，有时甚至要求更高，如距泵房要求70～100m。当采用双声道或多声道测量时，表前直管段可以有明显缩短。
不同形式阻流件应配置的直管段长度列于表1所示。
当流体平行于管轴流动时，通常可用图1中的透过法（Z法）安装能获得较好的精度。但当流体流动方向与管轴不平行，存在半径方向的速度成分时，应采用图1中的反射法（V法）或者采用2V法安装。对于已配置好的流体管道，特别是测量大口径管道流量时，由于上游流动状态的干扰而易于造成测量误差的场合，比较合适的措施是增加测量线，即增加超声波的传播路径，更多地接受传播路径中的流速信息，进行平均，以抵消流体扰动造成的测量误差。增加测量线时，换能器的安装应使超声波传播途径均匀地置于流通截面上。一般认为有4条测量线（即4个换能器）就足够了。
（3）确定安装距离
换能器的安装应根据具体的测量方式依据说明书上的步骤进行，各种测量方式下的安装步骤略有不同，但其原理相似。下面以普遍应用的透过法（Z法）的换能器安装为例，说明一对换能器的安装距离的确定方法。
一对换能器的安装有个基本原则，称为距离法[4]：就是发射换能器与接收换能器应在管道的半圆平分线上（对于V法，则在同一半圆基线上），并根据实际的管道内径，壁厚及被测流体的性质，参数等核算，确定两换能器之间的轴间距离h，保证安装时h值的准确。其计算公式：
h=2δ tanθ2+D tanθ3
其中：δ——管壁厚；D——管内径；θ2——声波进入管壁中角度；θ3——声波进入流体中角度
目前的超声流量计显示仪表一般都有计算安装距离的功能，只要将管道材料、管径、壁厚、等管道参数，流量计就能计量出安装距离h，然后用上述的距离法确定安装位置。
上述距离法只能用于管道条件较好的场合。当管道条 件不好时，如由于使用时间太长，结垢严重，又不知结垢（1）正确选择安装地点实际厚度，这时就很难确定安装距离h，对于这种情况，可采用渡越时间法[5]安装换能器。
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