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超聲波流量計(jì)具有不擾亂流場、無可動部件、無壓力損失、測量精度高、性能穩(wěn)定可靠、測量范圍寬等特點(diǎn)，并且攜帶方便，安裝簡單，不影響管路系統(tǒng)及設(shè)備的正常運(yùn)行，因此廣泛地應(yīng)用于液體和氣體的計(jì)量。
大型汽輪發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水的正常流通，是保證汽輪發(fā)電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提條件。循環(huán)水系統(tǒng)管道直徑大，水流速度較低（約2m/s），采用傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)進(jìn)行流量測量尚有諸多問題，而且測量準(zhǔn)確性較低，增加了循環(huán)水泵的電耗。如今，許多大型火電廠已經(jīng)開始采用超聲波流量計(jì)進(jìn)行凝汽器循環(huán)冷卻水的測量，本文擬對目前應(yīng)用較多的時(shí)差法超聲波流量計(jì)進(jìn)行分析及對其在火電廠中的應(yīng)用進(jìn)行初步探討。
超聲波流量計(jì)的工作原理
對角傳播時(shí)差法測量流體流量的原理如圖1所示。超聲波傳感器A、B成對地安裝在管道的兩側(cè)，交替地發(fā)射和接受超聲波信號。若傳感器B沿順流方向發(fā)射超聲波，超聲信號從B順流傳播到A所需時(shí)間設(shè)為t1；再從傳感器A沿逆流方向發(fā)射超聲波，超聲波傳播到B所需時(shí)間設(shè)為t2，則有：
（1）
因此有： （2）
式中：L—聲波傳播路徑的長度；
c—聲波在靜止液體中的傳播速度；
μ—流體沿管道軸向的速度；
μp—流體在聲道方向的速度分量；
θ—聲波傳播方向與管軸線之間的夾角。
圖1 對角傳播時(shí)差法流量計(jì)
由公式（2）可知，只要測出t1、t2就可計(jì)算出μ，然后計(jì)算出管道截面上的平均流速，從而求得流體的瞬時(shí)流量和累積流量。由公式（2）還可以看出超聲波正反向傳送的時(shí)間t1、t2的測量精度直接影響著流速μ的測量精度和測量范圍。
時(shí)差法超聲波流量計(jì)的特點(diǎn)
（1）超聲波流量計(jì)的流量測量準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、密度、電導(dǎo)率等參數(shù)的影響，可制成非接觸及便攜式測量儀表。
（2）超聲波流量計(jì)可適應(yīng)多種管徑測量和多種流量范圍測量，同其它原理的流量計(jì)相比，超聲波流量計(jì)一般量程比可達(dá)300：1，不產(chǎn)生壓損，全線性測量范圍以及低維護(hù)量的特點(diǎn)。
（3）超聲波流量計(jì)由內(nèi)置電池操作，適合在無外接電源條件的場合使用。
（4）超聲波流量計(jì)對管道材質(zhì)要求較低，管道材料可以是金屬、塑料、玻璃等材質(zhì)制成的。
注意事項(xiàng)
參數(shù)的準(zhǔn)確測量
根據(jù)超聲波的測量原理可以看出，管道的外徑和壁厚的測量值都與流速有關(guān)，所以測量時(shí)應(yīng)保證外徑和壁厚準(zhǔn)確。測量外徑應(yīng)選擇游標(biāo)卡尺，測量壁厚時(shí)應(yīng)多選擇幾個(gè)測量點(diǎn)，然后取其平均值作為壁厚參數(shù)輸入。
探頭的正確安裝
（1）探頭的安裝位置應(yīng)滿足直管段的要求，前10D，后5D。
（2）確定探頭正確的安裝方式。超聲波流量計(jì)應(yīng)用zui多的二種探頭安裝方式，即z法和V法。z法一般用于大口徑的管道測量，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是信號損失小，缺點(diǎn)是聲程短不適用于小口徑管道測量；V法一般適用于小口徑管道測量，優(yōu)點(diǎn)是聲程較長，可得較佳時(shí)間分辨能力。在水平管道上傳感器zui好裝在管道截面積“9點(diǎn)或3點(diǎn)鐘”的位置，這樣可避免其他安裝方式位置時(shí)氣泡集于頂部、顆粒沉于底部流動給測量帶來的影響。
（3）探頭安裝處管線表面應(yīng)光滑，并涂有適量的超聲波專用耦合劑，保證探頭和管壁之間沒有縫隙。耦合劑太少或太稀都會造成測量的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。
（4）探頭應(yīng)捆綁牢固使其與管道外壁緊緊接觸并保證其不會移動，否則會造成聲波的衰減導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。
定期去除測量管段內(nèi)壁的結(jié)垢。
由于污水計(jì)量中管道內(nèi)壁長時(shí)間形成的污垢很容易影響超聲波測量的準(zhǔn)確性，所以對于安裝了不銹鋼測量管段的用戶，可以定期拆卸不銹鋼測量管段進(jìn)行清洗，這樣可以保證用超聲波流量計(jì)測量管道流量時(shí)的準(zhǔn)確，zui大限度地降低由于管道內(nèi)壁結(jié)垢等原因所帶來的影響。
超聲波流量計(jì)常見的故障原因及排除故障的方法如表1所示。
工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行流量測量時(shí)，在正確掌握超聲流量計(jì)測量原理及使用方法的基礎(chǔ)上，只要根據(jù)現(xiàn)場條件，正確選擇安裝地點(diǎn)和安裝方式，精心調(diào)整，就能準(zhǔn)確、快速地得到測量結(jié)果。如某電廠在對一循環(huán)水母管水量進(jìn)行測量時(shí)，原測點(diǎn)選在循環(huán)泵房內(nèi)的循環(huán)水母管上，依據(jù)管道規(guī)格（1800mm×8mm鋼管），儀器推薦探頭使用Z安裝方式。儀器安裝后，不能通過自檢，反復(fù)調(diào)整探頭安裝方式和探頭間隔，仍不成功?？紤]到循環(huán)泵房內(nèi)，探頭安裝位置距大功率電機(jī)較近，電磁強(qiáng)度較大，可能對測量產(chǎn)生影響，將測量點(diǎn)移到室外的較長平直管段上。由于直管段長，水流比較穩(wěn)定，探頭選用了V安裝方式，探頭間隔為A11，儀器自檢一次通過，信號強(qiáng)度達(dá)到50.16％，流量測量順利，其數(shù)據(jù)如表2所示。
火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水流量的測量，是電廠節(jié)能降耗工作中的一大難題。時(shí)差法超聲波流量計(jì)具有慣性小、頻帶寬、測量范圍廣等特點(diǎn)，而且對介質(zhì)無特殊要求，可較好地解決這一問題。超聲流量計(jì)屬非接觸測量，不破壞初始的流動狀態(tài)，不引入誤差，無壓損，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在工業(yè)中的具體運(yùn)用。與常規(guī)儀表相比，它的智能化更高，應(yīng)用的技術(shù)更先進(jìn)，給用戶帶來了更大的方便。實(shí)際應(yīng)用表明，選用時(shí)差式超聲波流量計(jì)，對相應(yīng)流體的測量都可以得到滿意的結(jié)果。
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