超聲波流量既適用于大管徑的介質(zhì)流量的測(cè)量，也適用于小管徑的介質(zhì)流量的測(cè)量。它優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量準(zhǔn)確度高的同時(shí)，幾乎還不受被測(cè)介質(zhì)的各種參數(shù)的干擾，另外還可以解決強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、易燃易爆介質(zhì)的流量測(cè)量不準(zhǔn)確問(wèn)題。雖然超聲波流量計(jì)無(wú)可動(dòng)部件，需要的維護(hù)相對(duì)較少，但是由于超聲波流量計(jì)的換能器怕振動(dòng)、怕雜質(zhì)及氣泡等影響，因此超聲波流量計(jì)在日常運(yùn)行中還是會(huì)出現(xiàn)一些常見(jiàn)問(wèn)題，近期筆者單位熱網(wǎng)補(bǔ)充水流量計(jì)(三聲道)與廠外熱網(wǎng)供水流量計(jì)(五聲道)曾出現(xiàn)顯示流量波動(dòng)大、顯示流量為零、顯示負(fù)流量等異常情況，它們都是關(guān)口表計(jì)，這些狀況都會(huì)影響到正常結(jié)算，甚至導(dǎo)致結(jié)算虧損。

 

1、Z型多聲道超聲波測(cè)量原理

Z型多聲道超聲流量計(jì)是利用傳播時(shí)間差法來(lái)測(cè)量流體流量，通過(guò)測(cè)量超聲脈沖傳播時(shí)間得出介質(zhì)流量的流動(dòng)速度，然后根據(jù)管道的截面積算出流體體積，非常終對(duì)流體體積的時(shí)間積分得出相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的總流量。

 

1.1測(cè)量原理及示意圖

兩個(gè)相對(duì)換能器同時(shí)發(fā)出聲脈沖，讓兩個(gè)聲脈沖在管道內(nèi)沿斜線向逆流和順流方向傳播，而聲脈沖傳播時(shí)間與介質(zhì)的流速有關(guān)，如果流體沒(méi)有流動(dòng)，聲脈沖將以相同速度向兩個(gè)方向傳播，當(dāng)管道中的流體正向流動(dòng)時(shí)，沿流體方向順流傳播的脈沖將加快速度，而逆流傳播的脈沖將減慢速度，因此當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，順流傳播的時(shí)間t1將縮短，而逆流傳播的時(shí)間t2會(huì)增長(zhǎng)，分別測(cè)量它們的傳播時(shí)間t1、t2，算出時(shí)間差便可以算出流體的流速，原理示意圖如圖1所示。

1.2計(jì)算公式及說(shuō)明

當(dāng)流體靜態(tài)時(shí)，從傳感器A到B，B到A的傳播時(shí)間t1與t2是相等的，即:

V=0時(shí)t1=t2=L/v

 

當(dāng)流體有正向流速時(shí)，從A到B的傳播時(shí)間t1減少，從B到A的傳播時(shí)間t2增加，即:

t1=(v+Vcosθ)，t2=(v－Vcosθ)

所以如果計(jì)算時(shí)間差即:△t=t1－t2=2Vcosθ，則:V=△t/2cosθ

 

可得出與聲脈沖的聲速v無(wú)關(guān)，只與流體的流速成比例，根據(jù)換能器的安裝角度就可以計(jì)算出當(dāng)前流體的流速。

 

2出現(xiàn)負(fù)流量故障原因分析及處理過(guò)程

2019年10月初，對(duì)外供熱前的補(bǔ)充水試驗(yàn)期間，在停止補(bǔ)水時(shí)發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充水流量計(jì)顯示流量不是0t/h，而是顯示負(fù)流量，檢查管路無(wú)震蕩現(xiàn)象，補(bǔ)充水泵無(wú)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，初步懷疑是流量計(jì)本身問(wèn)題。

 

流量計(jì)的組成為換能器、線纜、接線盒、表頭，經(jīng)過(guò)檢查換能器無(wú)漏水，測(cè)量換能器電容正常;檢查線纜無(wú)破損，接地線連接良好;檢查接線盒接線正常，接線板路無(wú)氧化現(xiàn)象;檢查表頭內(nèi)部顯示信號(hào)正常，三個(gè)聲道的脈沖聲速一致，主板無(wú)報(bào)警，當(dāng)用示波器檢查聲道卡件時(shí)發(fā)現(xiàn)三個(gè)卡件的接收信號(hào)始波電壓偏高，而問(wèn)題就出在了接收信號(hào)的始波電壓上。

 

聲道卡件上有兩個(gè)可調(diào)旋鈕塊，非常上邊一個(gè)可調(diào)旋鈕塊(TP1)是調(diào)整換聲道卡件門(mén)檻電壓的，當(dāng)門(mén)檻電壓不合適時(shí)會(huì)有雜波導(dǎo)致顯示流量波動(dòng)，而另一個(gè)可調(diào)旋鈕塊(TP2)是調(diào)整聲道卡件接收信號(hào)的，一般接收信號(hào)的始波電壓為2～3V，當(dāng)電壓過(guò)低或者過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致流量偏大、偏小甚至?xí)�出現(xiàn)負(fù)流量，非常終通過(guò)調(diào)整接收信號(hào)始波后流量計(jì)顯示恢復(fù)為0t/h。聲道卡件及示波器測(cè)量門(mén)檻電壓和接收信號(hào)的連接方式如圖2所示。

圖2為整體連接線方式，根據(jù)測(cè)量參數(shù)及上(下)游換能器不同來(lái)更換連接點(diǎn)。

 

3、聲道信號(hào)消失故障原因分析及處理過(guò)程

2020年10月初，對(duì)外供熱前的補(bǔ)充水試驗(yàn)期間，在補(bǔ)充水時(shí)發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充水流量計(jì)顯示流量正常，但是查看信號(hào)發(fā)現(xiàn)三聲道的信號(hào)有兩個(gè)聲道信號(hào)消失。

 

通過(guò)上述非常好個(gè)故障的檢查步驟檢查完畢后均未找到問(wèn)題，再次檢查流量計(jì)表頭內(nèi)部其他設(shè)置參數(shù)后，發(fā)現(xiàn)表頭內(nèi)部寫(xiě)入的聲道長(zhǎng)度與正常的聲道長(zhǎng)度偏差很大，其聲道長(zhǎng)度與管徑相同，根據(jù)圖1(a)可知，L是明顯大于D的，所以聲道長(zhǎng)度與管徑相同是不正確的，聲道長(zhǎng)度不正確則會(huì)導(dǎo)致流速計(jì)算上的誤差，因此當(dāng)板件內(nèi)部設(shè)置距離與實(shí)際距離產(chǎn)生較大誤差時(shí)測(cè)量流量為0t/h。通過(guò)重新推算聲道長(zhǎng)度后兩個(gè)聲道信號(hào)恢復(fù)了正常。

 

判別表頭寫(xiě)入的距離與實(shí)際距離有偏差的原理是:水溫在0～74℃左右時(shí)超聲波在水中速度為1400～1557m/s左右，溫度超過(guò)74℃后超聲波在水中的聲速會(huì)再次下降，所以超聲波的傳播速度基本維持在1400～1557m/s之間，根據(jù)初始安裝時(shí)測(cè)量的傳播時(shí)間，計(jì)算非常低聲速1400m/s和非常高速度1557m/s相對(duì)應(yīng)的非常小距離和非常大距離，當(dāng)超出非常小距離和非常大距離范圍的距離則判斷為錯(cuò)誤距離。

 

4、異常波動(dòng)故障原因分析及處理過(guò)程

2020年10月23日，對(duì)外供熱正常運(yùn)行期間，發(fā)現(xiàn)供水流量顯示異常波動(dòng)，上下波動(dòng)量超過(guò)300t/h，而另外一臺(tái)熱網(wǎng)公司的供水流量計(jì)顯示正常，初步懷疑是流量表計(jì)問(wèn)題。

 

檢查換能器無(wú)漏水，測(cè)量換能器電容正常;檢查線纜無(wú)破損，接地線連接良好;檢查接線盒接線正常，接線板路無(wú)氧化現(xiàn)象;檢查表頭內(nèi)部顯示信號(hào)正常，三個(gè)聲道的脈沖聲速一致，主板無(wú)報(bào)警;檢測(cè)聲道卡件門(mén)檻電壓、接收信號(hào)正常;檢查聲道長(zhǎng)度也正常。

 

經(jīng)過(guò)再三排查與分析，考慮到該流量計(jì)安裝位置相對(duì)靠近供水管道拐歪處，懷疑流量計(jì)換能器附近有汽泡聚集，因?yàn)槌�聲波在不同的介質(zhì)中傳播速度不同，當(dāng)有大量汽泡聚集時(shí)，流體工況由純液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅�、液混合流體，超聲波的傳播速度受到影響，由于汽泡的時(shí)變性導(dǎo)致超聲波的傳播速度不斷發(fā)生變化，致使顯示流量異常波動(dòng)，通過(guò)排汽閥檢查確實(shí)存在汽泡，經(jīng)過(guò)排汽一段時(shí)間后流量計(jì)顯示回復(fù)正常。

 

2020年11月22日，對(duì)外供熱正常運(yùn)行期間，再次發(fā)現(xiàn)供水流量顯示異常波動(dòng)，上下波動(dòng)量同樣超過(guò)300t/h，熱網(wǎng)公司的供水流量計(jì)還是顯示正常，這次檢查發(fā)現(xiàn)5聲道信號(hào)消失，測(cè)量換能器電容異常，發(fā)現(xiàn)換能器延長(zhǎng)線接頭處已斷開(kāi)，更換延長(zhǎng)線后5聲道信號(hào)恢復(fù)正常，流量計(jì)顯示恢復(fù)正常。

 

5、總結(jié)

當(dāng)超聲波流量計(jì)出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)該檢查以下幾個(gè)方面。(1)換能器本身故障、延長(zhǎng)線問(wèn)題、端子盒及接線問(wèn)題。(2)流量計(jì)表頭內(nèi)部參數(shù)設(shè)置(儀表長(zhǎng)期停電、換能器有過(guò)維護(hù)移動(dòng)都會(huì)改變實(shí)際或儲(chǔ)存參數(shù))，流量計(jì)DPU、聲道卡件等板件故障。(3)流體工況的改變，如供水泵運(yùn)行情況，汽泡聚集情況等。