詳述超聲波流量計(jì)設(shè)計(jì)原理及使用中如何正確選擇探頭位置

超聲波流量計(jì)的應(yīng)用現(xiàn)在是越來(lái)越普遍了，在許多需要機(jī)動(dòng)測(cè)量的工控條件下，超聲波流量大有用武之地，超聲波流量計(jì)是如何工作的，其工作的原理是怎么樣的一種機(jī)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(huì)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(dòng)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(wú)線電波，電磁波。波按性質(zhì)分為電磁波和機(jī)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(chǎng)變化在空間的傳播過(guò)程。電磁波按頻率可分為無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)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(jì)就是這種類型的儀表。機(jī)械波是由于機(jī)械力產(chǎn)生的機(jī)械波動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，它傳播的是機(jī)械能，僅能在介質(zhì)中傳播。聲波是一種機(jī)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(jī)械振動(dòng)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(shí)，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象。

超聲波在傳播的過(guò)程中是有一定的衰退現(xiàn)象，這是因?yàn)榻橘|(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(shí)衰減更快，故在空氣中傳播時(shí)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(yuǎn)，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(cè)流量（超聲波流量計(jì)）、測(cè)液位（超聲波液位計(jì)）、測(cè)物位（超聲波物位計(jì)）測(cè)材料厚度和防盜報(bào)警。
超聲波流量計(jì)在安裝的時(shí)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(jì)出現(xiàn)問(wèn)題，如果在安裝超聲波流量計(jì)的時(shí)候出現(xiàn)了問(wèn)題，那么將會(huì)是非常麻煩的一個(gè)處理。所以大家一定要清楚在安裝的時(shí)候，安裝的位置應(yīng)該避開(kāi)什么東西。
　　
　　1、避免在水泵、大功率電臺(tái)、變頻，即有強(qiáng)磁場(chǎng)和震動(dòng)干擾處安裝機(jī)器；　　
　　2、選擇管材應(yīng)均勻致密，易于超聲波傳輸?shù)墓芏?；　?br />　　3、要有足夠長(zhǎng)的直管段，安裝點(diǎn)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(diǎn)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(jì)安裝要求在所有流量計(jì)的安裝中是最簡(jiǎn)單便捷的，只要選擇一個(gè)合適的測(cè)量點(diǎn)，把測(cè)量點(diǎn)處的管道參數(shù)輸入到流量計(jì)中，然后把探頭固定在管道上即可。
　　
　　兩個(gè)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(cè)量。如果受安裝地點(diǎn)空間的限制而不能水平對(duì)稱安裝時(shí)，可在保證管內(nèi)上部分無(wú)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(jìn)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(jī)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(jì)安裝要求探頭過(guò)程中，千萬(wàn)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(diǎn)空間的而不能水平對(duì)稱安裝探頭，可在保證管內(nèi)上部分無(wú)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(zhǔn)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(hào)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(shuō)明。一般地在小管徑時(shí)（dn15~200mm）可先選用v法；v法測(cè)不到信號(hào)或信號(hào)質(zhì)量差時(shí)則選用z法，管徑在dn200mm以上或測(cè)量鑄鐵管時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用z法。一般情況下是標(biāo)準(zhǔn)的安裝方法，使用方便，測(cè)量準(zhǔn)確。可測(cè)管徑范圍為15mm至大約400mm；安裝探頭時(shí)，注意兩探頭水平對(duì)齊，其中心線與管道軸線水平。
　　
　　當(dāng)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(hào)弱，機(jī)器不能正常工作時(shí)，要選用z法安裝。原因是；使用z法時(shí)，超聲波在管道中直接傳輸，沒(méi)有折射（稱為單聲程），信號(hào)衰耗小。z法可測(cè)管徑范圍為100mm至6000mm。實(shí)際安裝流量計(jì)時(shí)，建議200mm以上的管道都要選用z法（這樣測(cè)得的信號(hào)最大）。
　　
　　安裝時(shí)，超聲波束在管道中折射兩次穿過(guò)流體三次（三個(gè)聲程），適于測(cè)量小管徑管道。n法通過(guò)延長(zhǎng)超聲波傳輸距離，提高測(cè)量精度（不常用方法）。
　　
　　同n法一樣，w法也通過(guò)延長(zhǎng)超聲波傳輸距離的辦法來(lái)提高小管測(cè)量精度。適于測(cè)量50mm以下的小管。使用w法時(shí)，超聲波束在管內(nèi)折射三次，穿過(guò)流體四次（四個(gè)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(qiáng)的、可以使機(jī)器正常工作的超聲波信號(hào)，以確保機(jī)器長(zhǎng)時(shí)間可靠的運(yùn)行。通過(guò)檢查接收信號(hào)強(qiáng)度、總傳輸時(shí)間、時(shí)差以及傳輸時(shí)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(zhǔn)確，流量計(jì)是否長(zhǎng)時(shí)間可靠的運(yùn)行。雖然大多數(shù)情形下，把探頭簡(jiǎn)單地涂上偶合劑貼到管壁外，就能得到測(cè)量結(jié)果，這時(shí)還是要進(jìn)行下列的檢查，以確保得到最好的測(cè)量結(jié)果并使流量計(jì)長(zhǎng)時(shí)間可靠的運(yùn)行。