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插入式超聲波流量計(jì)
一、概述
插入式超聲波流量?jī)x表是以“速度差法"為原理，測(cè)量圓管內(nèi)液體流量的儀表。它采用了*的多脈沖技術(shù)、信號(hào)數(shù)字化處理技術(shù)及糾錯(cuò)技術(shù)，使流量?jī)x表更能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，計(jì)量更方便、經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確。產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、給排水等領(lǐng)域。
二、工作原理
當(dāng)超聲波束在液體中傳播時(shí)，液體的流動(dòng)將使傳播時(shí)間產(chǎn)生微小變化，并且其傳播時(shí)間的變化正比于液體的流速，其關(guān)系符合下列表達(dá)式
其中
θ為聲束與液體流動(dòng)方向的夾角
M 為聲束在液體的直線傳播次數(shù)
D 為管道內(nèi)徑
Tup 為聲束在正方向上的傳播時(shí)間
Tdown為聲束在逆方向上的傳播時(shí)間
ΔT=Tup –Tdown
設(shè)靜止流體中的聲速為c，流體流動(dòng)的速度為u，傳播距離為L(zhǎng)，當(dāng)聲波與流體流動(dòng)方向一致時(shí)（即順流方向），其傳播速度為c+u；反之，傳播速度為c-u.在相距為L(zhǎng)的兩處分別放置兩組超聲波發(fā)生器和接收器（T1,R1）和（T2,R2）。當(dāng)T1順?lè)较颍琓2逆方向發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波分別到達(dá)接收器R1和R2所需要的時(shí)間為t1和t2,則
t1=L/(c+u)； t2=L/(c-u)
由于在工業(yè)管道中，流體的流速比聲速小的多，即c>>u,因此兩者的時(shí)間差為 ▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，當(dāng)聲波在流體中的傳播速度c已知時(shí)，只要測(cè)出時(shí)間差▽t即可求出流速u(mài)，進(jìn)而可求出流量Q。利用這個(gè)原理進(jìn)行流量測(cè)量的方法稱(chēng)為時(shí)差法。此外還可用相差法、頻差法等。
相差法
如果超聲波發(fā)射器發(fā)射連續(xù)超聲脈沖或周期較長(zhǎng)的脈沖列，則在順流和逆流發(fā)射時(shí)所接收到的信號(hào)之間便要產(chǎn)生相位差▽O,即▽O=w▽t=2wLu/cc
式中，w為超聲波角頻率。當(dāng)測(cè)得▽O時(shí)即可求出u,進(jìn)而求得流量Q。此法用測(cè)量相位差▽O代替了測(cè)量微小的時(shí)差▽t，有利于提高測(cè)量精度。但存在者聲速c對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
頻差法
為了消除聲速c的影響，常采用頻差法。由前可知，上、下游接收器接受到的超聲波的頻率之差為▽f可用下式表示 ▽f=[（c+u）/L]-[(c-u)/L]=2u/L
由此可知，只要測(cè)得▽f就可求得流量Q，并且此法與聲速無(wú)關(guān)。超聲波技術(shù)及其應(yīng)用一、沒(méi)測(cè)量水位概況
三、特點(diǎn)
◆的信號(hào)數(shù)字化處理技術(shù)，使儀表測(cè)量信號(hào)更穩(wěn)定、抗力強(qiáng)、計(jì)量更準(zhǔn)確。
◆無(wú)機(jī)械傳動(dòng)部件不容易損壞，免維護(hù)，壽命長(zhǎng)。
◆電路更優(yōu)化、集成度高；功耗低、可靠性高。
◆智能化標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，人機(jī)界面友好、多種二次信號(hào)輸出，供您任意選擇。
四、應(yīng)用領(lǐng)域
廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、給排水等領(lǐng)域。
五、產(chǎn)品分類(lèi)
5.1 超聲波流量計(jì)/熱量表的組成
超聲波流量計(jì)=主機(jī)+超聲波傳感器傳感器
超聲波熱量表=主機(jī)+超聲波傳感器傳感器+溫度傳感器
5.2主機(jī)分類(lèi)
類(lèi)型名稱(chēng) | 分體式 | 一體式 | 模塊 | ||
| 壁掛式 | 盤(pán)裝式 | 防爆式 |  |  | |
| 圖片 |  |  |  | ||
5.3流量傳感器和溫度傳感器的分類(lèi)
5.4測(cè)量組成圖
5.4.1分體式超聲波流量計(jì)測(cè)量組成圖
注：盤(pán)裝式、防爆式組成圖與上圖相同
5.4.2一體式超聲波測(cè)量組成圖
5.4.3超聲波模塊測(cè)量組成圖
供回水管道安裝 PT100溫度傳感器 ，接入超聲波流量計(jì)即實(shí)現(xiàn)熱量測(cè)量
六、外形尺寸與接線
6.1分體式主機(jī)的安裝及接線
6.1.1壁掛式防爆式主機(jī)尺寸安裝與說(shuō)明
厚度75mm 厚度165mm
壁掛式用于掛墻安裝用 防爆式用于防爆場(chǎng)合
4個(gè)φ6mm膨脹螺栓固定 防爆等級(jí)：DIIBT5
或鐵釘固定 用4個(gè)φ8mm的膨脹螺栓固定
壁掛式防爆式主機(jī)接線
6.1.2盤(pán)裝式尺寸圖及接線
盤(pán)裝式用于儀表盤(pán)安裝
開(kāi)孔尺寸：152*76mm
6.1.3一體式主機(jī)安裝尺寸及接線圖
主機(jī)通常安裝于管道上 ，為了防止儀表井水淹沒(méi)主機(jī)，也可安裝于井壁。
一體主機(jī)接線圖
打開(kāi)后蓋即可完成接線，接線完成后，請(qǐng)上緊防水接頭和后蓋螺絲，以免漏水。切勿打開(kāi)前蓋。
6.1.4模塊的安裝尺寸及接線圖
6.2插入式傳感器
插入式傳感器簡(jiǎn)介
插入式傳感器接線圖
七、安裝與調(diào)試
7.1選擇安裝地點(diǎn)
安裝點(diǎn)的正確選擇是傳感器安裝的關(guān)鍵，選擇安裝點(diǎn)必須考慮下列因素：滿管、振動(dòng)、穩(wěn)流、結(jié)垢、溫度、壓力、電磁干擾以及儀表井。
*滿管
以下情況確定為滿管流體。
*振動(dòng)
安裝點(diǎn)的管道不能有明顯振動(dòng)，否則需要加固管道。
*穩(wěn)流
穩(wěn)定流動(dòng)的流體有助于保證測(cè)量精度，而流動(dòng)狀態(tài)混亂的流體會(huì)使測(cè)量精度難以得到保證 。
滿足穩(wěn)流條件的標(biāo)準(zhǔn)要求：
①管道遠(yuǎn)離泵出口、半開(kāi)閥門(mén)，上游10D,下游5D (D：管道外徑）；
＠距離泵出口、半開(kāi)閥門(mén)30D。
*結(jié)垢
管內(nèi)壁結(jié)垢會(huì)衰減超聲波信號(hào)的傳輸，并且會(huì)使管道內(nèi)徑變小 。所以內(nèi)壁結(jié)垢的管道會(huì)使流量計(jì)不能正常測(cè)量或影響測(cè)量精度，因此，要盡量避免選擇啻道內(nèi)壁結(jié)垢的地方作為安裝點(diǎn)。
*溫度
安裝點(diǎn)的流體溫度必須在傳感器的使用范圍內(nèi)。應(yīng)盡量選擇溫度更低的安裝點(diǎn)。所以，同一管線盡量避免鍋爐水出口、換熱器出口的地方，盡可能安在回水管道上。標(biāo)準(zhǔn)外夾式、插入式使用溫度：-30-90℃；高溫外夾式、插入式使用溫度：-30-160℃。
*壓力
標(biāo)配的插入式和管段式傳感器可承受的壓力值為：1.6MPa.超出此壓力需定制。
*電磁干擾
超聲波流量計(jì)的主機(jī)、傳感器以及信號(hào)電纜很容易受到變頻器、電臺(tái)、 電視臺(tái)、微波通訊站、GSM基站、高壓線等干擾源的干擾。所以選擇傳感器和主機(jī)安裝點(diǎn)時(shí)，盡量遠(yuǎn)離這些干擾源。
主機(jī)機(jī)殼、傳感器、超聲波電纜的屏蔽層都要接地。
不要和變頻器采用同一路電源，應(yīng)采用隔離的電源，給主機(jī)供電。
*儀表井
對(duì)于埋入地下的管道或者需要保護(hù)流量計(jì)的測(cè)量點(diǎn)，需要修建儀表井。為了保證足夠的安裝調(diào)試空間，儀表井的尺寸應(yīng)滿足下列要求。
注：D代表管道直徑
7.2插入式傳感器的安裝與調(diào)試
7.2.1安裝流程
選擇安裝方法→輸入測(cè)量參數(shù)→處理管道表面→安裝傳感器→固定傳感器→檢查安裝
7.2.2選擇安裝方法及安裝點(diǎn)位
插入式傳感器適用于DN80mm以上的管道
安裝方式有V法和Z法。優(yōu)選Z法，但在安裝空間不足的情況下可選V法。
*V法
DN80mm-300mm的管道優(yōu)先選用V法，安裝時(shí)兩傳感器水平對(duì)齊，其中心線與管道軸線平行即可，并注意發(fā)射方向一定相對(duì)。
*Z法
DN80mm以上的管道都可選用Z法。安裝時(shí)讓兩個(gè)傳感器之間沿管軸方向的垂直距離等于安裝距離，并且保證兩個(gè)傳感器在同一軸面上即可，并注意發(fā)射方向一定相對(duì)。
*平行插入
如果安裝空間不足，或者只能從管道頂部進(jìn)行安裝時(shí)，只要管徑＞DN8O,
變可以采用平行插入傳感器。
平行插入傳感器的定位要保證以下三點(diǎn) ：
①安哥在距離=兩個(gè)傳感器之間沿管軸方向的垂直距離。
②保證兩個(gè)傳感器在同一水平線上，插入深度為管內(nèi)徑的1/3處。
③兩個(gè)傳感器之間的距離可以用戶自設(shè)定，推薦300-500mm之間。
7.2.3定位安裝點(diǎn)
*V法
上下游傳感器安裝點(diǎn)連線與管軸平行，且距離為主機(jī)顯示的安裝距離。
如圖所示：A, B為所需定位的安裝點(diǎn) 。
*Z法
①按照主機(jī)提供的安裝距離在管道同側(cè)先定位兩個(gè)安裝點(diǎn)A、C，兩個(gè)安裝點(diǎn)的連線AC與管軸平行。
②將下游傳感器安裝點(diǎn)C沿垂直于管軸的方向延長(zhǎng)管周長(zhǎng)的一半，得到點(diǎn)B。
③檢查。用軟線從兩側(cè)測(cè)量A點(diǎn)到B點(diǎn)的距離，得到長(zhǎng)度AB1和AB2，如果AB1=AB2，則說(shuō)明B點(diǎn)定值準(zhǔn)確，否則需再次定位C、B點(diǎn)。
如圖所示：A, B為所需定位的上下游傳感器安裝點(diǎn)。
7.2.4固定球閥底座
*焊接固定球閥底座
安裝管道材質(zhì)為碳鋼時(shí)，可直接焊接球閥底座。焊接時(shí)必須保證球閥底座的中心點(diǎn)和所定位的傳感器安裝點(diǎn)重合。
焊接注意事項(xiàng) ：
①焊接前請(qǐng)將底座內(nèi)的四氟密封墊圈取出。
②焊接前必須將焊點(diǎn)附近的管道表面處理干凈，焊接時(shí)注意不要夾雜氣孔，以防漏水，同時(shí)要保證焊接強(qiáng)度 。
③在焊接底座時(shí)，注意不要讓焊渣落在底座的內(nèi)螺紋上。
④注意焊接時(shí)要保證底座不變形。
焊接完畢后將球閥用力扭進(jìn)底座內(nèi)，注意壓緊密封墊圈。
*管箍固定球閥底座
對(duì)于不能直接焊接的管道，如鑄鐵管、水泥管、銅管、復(fù)合材料管等需要安裝定制的管箍 。
安裝管箍時(shí)，管箍上焊接的底座中心應(yīng)與所定位的安接點(diǎn)同心。注意壓緊管箍密封墊，以防漏水。
7.2.5開(kāi)孔
底座及球閥安裝完成后，將開(kāi)孔器密封護(hù)套與球閥外螺紋連接。擰緊后打開(kāi)球閥推動(dòng)鉆桿直至與管道外壁接觸，將手電鉆與鉆桿連接好鎖緊后，接通電源，開(kāi)始鉆孔。在鉆孔過(guò)程中，電鉆保持低速，轉(zhuǎn)速不要過(guò)快。以免卡鉆甚至鉆頭折斷。鉆透后，撥出鉆桿知道開(kāi)孔器鉆頭的最前端退至球閥芯后，關(guān)上球閥，卸下開(kāi)孔器。
7.2.6安裝調(diào)試傳感器
調(diào)節(jié)合適的插入深度和發(fā)射方向以獲得良好的超聲波接收信號(hào)。
*插入深度的調(diào)節(jié)
傳感器發(fā)射面剛好全部超出管道內(nèi)壁為正確的傳感器插入深度。插入深度的準(zhǔn)確性對(duì)信號(hào)接收及測(cè)量精度影響很大，因此插入深度必須調(diào)整準(zhǔn)確。
插入深度只取決于管道的壁厚。
插入深度可按照如下方式計(jì)算:
計(jì)算好插入深度后，按下列步驟安裝探頭：
①將螺紋轉(zhuǎn)換螺母擰入球閥，擰緊。
②將探頭桿旋入至球閥閥芯 。
③打開(kāi)球閥，按照計(jì)算好的插入深度繼續(xù)旋入傳感器，直到傳感器發(fā)射面剛好超出管道內(nèi)壁 。
*發(fā)射方向
調(diào)整好插入深度后定位發(fā)射方向。
傳感器的接線盒上標(biāo)有超聲波的發(fā)射方向指示箭頭，上下游傳感器的發(fā)射方向要相對(duì)“" 。
將上游傳感器發(fā)射方向指示箭頭調(diào)整指向下游傳感器并與管軸方向平行，然后鎖緊。 將下游傳感器發(fā)射方向指示箭頭調(diào)整指向上游傳感器，順、逆時(shí)針微調(diào)下游傳感器，觀察菜單M90，使信號(hào)強(qiáng)度，信號(hào)質(zhì)量這到值，再觀察菜單M91傳輸時(shí)間比，如果在97%--103%之間即可用鎖緊螺母鎖緊傳感器，如果不符合要求，需要上下調(diào)節(jié)插入深度和發(fā)射方向直至滿足測(cè)量要求。
7.3檢查安裝
本機(jī)帶有檢查功能，菜單M90用于檢查信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量，菜單M91
用于檢查實(shí)測(cè)與理論傳輸時(shí)間比 。
7.3.1 檢查信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量
M90窗口用于顯示流量計(jì)所檢測(cè)到的上下游的信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量Q值。
信號(hào)強(qiáng)度用00.0--99.9的數(shù)字表示。00.0指示沒(méi)有收到信號(hào)，99.9表示
信號(hào)。信號(hào)強(qiáng)度≥60.0，流量計(jì)才能進(jìn)行測(cè)量，
信號(hào)質(zhì)量Q值用 0-99的數(shù)字表示，00表示最差，99表示。一般正常工作條件是信號(hào)質(zhì)量Q值＞60。
安裝時(shí)，請(qǐng)注意調(diào)整傳感器，使信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量越大越好，這樣才能保證流量計(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確 。
信號(hào)強(qiáng)度和信號(hào)質(zhì)量安裝參考表
| 信號(hào)強(qiáng)度、Q值 | 安裝結(jié)果判斷 |
| <60 | 無(wú)法工作 |
| 60-75 | 差 |
| 75-80 | 良 |
| >80 | 優(yōu) |
7.3.2檢查傳輸時(shí)間比
M91窗口用于顯示傳輸時(shí)間比，傳輸時(shí)間比是按流量計(jì)設(shè)置的參數(shù)計(jì)算超聲波的理論傳輸時(shí)間與實(shí)際測(cè)量的傳輸時(shí)間的百分比值，它表示設(shè)置的測(cè)量參擻與傳感器實(shí)際安裝距離之間的關(guān)系。這個(gè)值應(yīng)該介于97%-103%。
如果傳輸時(shí)間比不在97%--103%之間，說(shuō)明設(shè)定的測(cè)量參數(shù)與傳感器安裝距離是不一致的，則設(shè)置的測(cè)量參數(shù)或傳感器安裝距離有誤，請(qǐng)分別檢查。
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