詳述超聲波流量計設(shè)計原理及使用中如何正確選擇探頭位置

超聲波流量計的應(yīng)用現(xiàn)在是越來越普遍了，在許多需要機動測量的工控條件下，超聲波流量大有用武之地，超聲波流量計是如何工作的，其工作的原理是怎么樣的一種機制，今天與大家分享。

我們知道，生產(chǎn)和生活中我們的身邊會有各種各樣的波，有些波我們可以感受到，比如光波和普通的聲波，物體震動的波，最為典型的是地震波，有些波我們則感受不到，比如超聲波，無線電波，電磁波。波按性質(zhì)分為電磁波和機械波兩大類。電磁波是由于電磁力的作用而產(chǎn)生的，是電磁場變化在空間的傳播過程。電磁波按頻率可分為無線電波、紅外線、可見光、紫外光、X射線等，工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用到的電磁流量計就是這種類型的儀表。機械波是由于機械力產(chǎn)生的機械波動在介質(zhì)中的傳播，它傳播的是機械能，僅能在介質(zhì)中傳播。聲波是一種機械波，按頻率分為次聲波、可聞聲波、超聲波。頻率低于20Hz的波是次聲波；頻率在20~20000Hz的波成為可聞聲波；頻率在20kHz以上的波稱之為超聲波。

超聲波是頻率在20kHz以上的機械振動波，它的指向性好，能量集中，穿透本領(lǐng)大，能穿透幾米厚的鋼板，能量消耗不大，在遇到兩種介質(zhì)的分界面時，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象。

超聲波在傳播的過程中是有一定的衰退現(xiàn)象，這是因為介質(zhì)吸收超聲波的能量而引起的。超聲波在空氣中衰減較快，尤其是頻率高時衰減更快，故在空氣中傳播時采用頻率較低的超聲波，一般在幾十kHz，（40kHz）而在液體及其固體中衰減較慢，傳播較遠，因此可采用較高的頻率，一般為幾百kHz或更高。

超聲波傳感器應(yīng)用范圍比較廣闊，可用于測流量（超聲波流量計）、測液位（超聲波液位計）、測物位（超聲波物位計）測材料厚度和防盜報警。
超聲波流量計在安裝的時候一定要確定安裝的位置，這樣才能夠更好地不讓安裝超聲波流量計出現(xiàn)問題，如果在安裝超聲波流量計的時候出現(xiàn)了問題，那么將會是非常麻煩的一個處理。所以大家一定要清楚在安裝的時候，安裝的位置應(yīng)該避開什么東西。
　　
　　1、避免在水泵、大功率電臺、變頻，即有強磁場和震動干擾處安裝機器；　　
　　2、選擇管材應(yīng)均勻致密，易于超聲波傳輸?shù)墓芏危弧　?br />　　3、要有足夠長的直管段，安裝點上游直管段必須要大于10D（注：D=直徑），下游要大于5D；　　
　　4、安裝點上游距水泵應(yīng)有30D距離；　　
　　5、流體應(yīng)充滿管道。
　　
　　超聲波流量計安裝要求在所有流量計的安裝中是最簡單便捷的，只要選擇一個合適的測量點，把測量點處的管道參數(shù)輸入到流量計中，然后把探頭固定在管道上即可。
　　
　　兩個傳感器必須安裝在管道軸面的水平方向上，并且在軸線水平位置±45o范圍內(nèi)安裝，以防止上部有不滿管、氣泡或下部有沉淀等現(xiàn)象影響傳感器正常測量。如果受安裝地點空間的限制而不能水平對稱安裝時，可在保證管內(nèi)上部分無氣泡的條件下，垂直或有傾角地安裝傳感器
　　
　　在安裝探頭之前，選擇出管材致密部分進行探頭安裝，須把管外欲安裝探頭的區(qū)域清理干凈，除去一切銹跡油漆，最好用角磨機打光，再用干凈抹布蘸丙酮或酒精擦去油污和灰塵，然后在探頭的中心部分和管壁涂上足夠的耦合劑
　　
　　超聲波流量計安裝要求探頭過程中，千萬注意在探頭和管壁之間不能有空氣泡及沙礫。在水平管段上，要把探頭安裝在管道截面的水平軸上，以防管內(nèi)上部可能存在氣泡。如果受安裝地點空間的而不能水平對稱安裝探頭，可在保證管內(nèi)上部分無氣泡的條件下，垂直或有傾角地安裝探頭。
　　
　　探頭間距以兩探頭的最內(nèi)距離邊緣為準在輸入了所需的參數(shù)以后，查看顯示窗口25所顯示的數(shù)字，并使探頭的間距符合25號窗口的數(shù)據(jù)。
　　
　　探頭安裝方式共有四種。這四種方式分別是v法、z法、n法和w法。下面分別說明。一般地在小管徑時（dn15~200mm）可先選用v法；v法測不到信號或信號質(zhì)量差時則選用z法，管徑在dn200mm以上或測量鑄鐵管時應(yīng)優(yōu)先選用z法。一般情況下是標準的安裝方法，使用方便，測量準確。可測管徑范圍為15mm至大約400mm；安裝探頭時，注意兩探頭水平對齊，其中心線與管道軸線水平。
　　
　　當管道很粗或由于液體中存在懸浮物、管內(nèi)壁結(jié)垢太厚或襯里太厚，造成v法安裝信號弱，機器不能正常工作時，要選用z法安裝。原因是；使用z法時，超聲波在管道中直接傳輸，沒有折射（稱為單聲程），信號衰耗小。z法可測管徑范圍為100mm至6000mm。實際安裝流量計時，建議200mm以上的管道都要選用z法（這樣測得的信號最大）。
　　
　　安裝時，超聲波束在管道中折射兩次穿過流體三次（三個聲程），適于測量小管徑管道。n法通過延長超聲波傳輸距離，提高測量精度（不常用方法）。
　　
　　同n法一樣，w法也通過延長超聲波傳輸距離的辦法來提高小管測量精度。適于測量50mm以下的小管。使用w法時，超聲波束在管內(nèi)折射三次，穿過流體四次（四個聲程）。
　　
　　檢查安裝是指檢查探頭安裝是否合適、是否能夠接收到正確的、足夠強的、可以使機器正常工作的超聲波信號，以確保機器長時間可靠的運行。通過檢查接收信號強度、總傳輸時間、時差以及傳輸時間比，可確定安裝是否最佳。
　　
安裝的好壞直接關(guān)系到流量值的準確，流量計是否長時間可靠的運行。雖然大多數(shù)情形下，把探頭簡單地涂上偶合劑貼到管壁外，就能得到測量結(jié)果，這時還是要進行下列的檢查，以確保得到最好的測量結(jié)果并使流量計長時間可靠的運行。