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超聲波流量計使用中的常见故障与处理

來源:江蘇創輝自動化儀表有限公司 時間:2019-11-08
超聲波流量計有以下七大优点: 
1、超聲波流量計怕水中的气泡,因为超声波在水中的传播速度为1500米/秒左右,而在空气中的传播速度为330米/秒,我们的供热管网毕竟不是厂家的检测台子,用的是纯净水,无气泡,而供热管网中不可能不含杂质、气泡等,而根据在水中及空气中的传播速度,会有接近于5倍的计量误差;即使在安装时有特别的要求,也不能避免。 
2、超聲波流量計用在热量表上用的是“差速法”来测量流量的。具体原理是:当超声波在水中与水一起流动时会产生一个时间,而与正常速度相比,就会产生一个时间差,利用时间差来算水的流速,再用流速乘以管径,就得到了流量。所以称“差速法”。这种方法要求严格的时序控制,一般超声波在水中的传播速度为1500米/秒,时序控制电路要以单片机的周期来计算,一般为10-12秒,毫秒级达不到,稍有偏差,则会影响计量。 
3、超聲波換能器(即超聲波發生、接收器)要求精度高,它有壓電材料即锆钛酸鋁,聲楔即透射字數接近1的有機玻璃組成,要求強度高、韌度牢,耐老化等。目前,國際上一對進口的換能器的價格在200元人民幣左右,價格太高,而國産價格低的質量上又沒有保證,與進口産品質量沒有可比性。 
4、超聲波流量計都要在换能器部件做“增速”处理,即增加水流的速度,为的是让超声波在小流量情况速度一致些,这怎么办,只能缩小换能器部分的管径,即“缩径”,所以现在看到有的标称DN20的超声波热量表,“缩径”部分连DN15的口径都不到。增加了压力损失。江苏創輝儀表有限公司是生产流量计的老厂具有多年的技术经验,我公司一贯地追求产品质量的完美,力争把国产仪表做到***,打破进口仪表的神话! 
5、超聲波流量計运行,维护成本太高,因其超声波换能器是大功耗器件,因此缩短了内置电池的寿命,而换能器损坏就要换掉整个流量计,成本太高,而换能器又十分怕振动,易脱落,属易损部件,维护十分不便。 
6、超聲波並不是一種最近才出現的高科技技術,它早在二戰時期就被盟軍應用在對德國的作戰中,用來探測海底的潛艇。相比較而言,韋根技術産生于1974年的美國,無磁檢測技術産生于1987年的德國,在民用特別是醫療領域應用廣泛。 
7、超聲波怕水中的雜質,因爲水中的雜質會偏移超聲波的入射角,影響准確計量。所以現在宣傳超聲波熱量表不怕堵,這個無可非議,因爲它接近于直管狀態,但水中的雜質會影響超聲波換能器,這一點廠家卻只字不提,誤導用戶,一個現實問題,水中雜質影響了計量。
一、超聲波流量計的测量原理 
超聲波流量計是一种非接触式流量计。工作原理是:超声波在流体中传播时其传播速度要受到流体流速的影响,通过测量超声波在流体中传播速度可以检测出流体的流速而换算出流量来。以使用最广泛的时差法超聲波流量計为例,当超声波在流体中传播时顺流方向超声波的传播速度会增大、逆流方向则减小,即同一传播距离就有不同的传播时间,再利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速而换算出流量。即当超声波束在管道内水介质流动方向上的“上游传感器”与“下流传感器”之间传播时,水的流动会使超声波束的传播时间相对于静态传播产生一个微小变化,并且这个传播时间的变化与水的流速成正比,这就是时差式超聲波流量計的测量原理。其关系的理论表达式如下式: 
V=MD/sin2θ×△T/TupTdown 
式中,M—爲超聲波束在水中的直線傳播次數 
θ—爲超聲波束與水流動方向的夾角 
Tup—爲超聲波束在正方向上的傳播時間(由上遊傳感器到下遊傳感器間的傳播時間) 
Tdown—爲超聲波束在逆方向上的傳播時間(由下遊傳感器到上遊傳感器間的傳播時間) 
△T= Tup—Tdown 
二、超聲波流量計的特点 
超聲波流量計基于微处理技术,大多采用集成电路及低电压宽脉冲发射技术而设计的。在测量技术上,为取得更高的分辨率和更大的测量范围,多使用0.1ns超高分辨率时间测量线路。它专门用于液体介质测量特别是水的测量。其显著特点是:精度等级为±1.0%,可在不停产状态下带压安装,主机既可安装于值控室还可输出电流、脉冲等标准信号并可利用RS232或RS485接口通讯进行计量数据远程传送。该流量计具有高可靠性、低功耗、抗干扰、安装维护方便等优点。 
三、超聲波流量計的基本构造与主要安装方式 
1、超聲波流量計的构造 
超聲波流量計一般可分现场传感器(即探头),传输电缆,显示主机三大部分。其传感器有外夹式、插入式、法蓝式(即管段式),显示主机分固定式、便携式,而便携式主机可配备外夹式传感器对固定在线运行的超聲波流量計进行比对(现场校准)且安装十分简便。 
2、超聲波流量計测量点的确定 
超聲波流量計需先选取一个适宜的测量点,然后把测量点的水管参数输入流量计中,最后将传感器(即探头)安装在水管上。 
⑴測量點的一般要求 
超聲波流量計的测量点要求需在一定长度的直管段上,即选择水流分布均匀的管段,以减少测量误差。 
⑵測量點的選取原則 
⑴測量點宜選擇距上遊(水流來方向)10倍管徑長度、距下遊(水流去方向)5倍管徑長度的均勻直管段(即上、下遊閥門在該長度以外,或水管的拐點在該長度之外)。 
⑵該直管段的材質要均勻無疤、裂痕以利于超聲波傳輸。 
⑶該直管段的內壁應無水垢(若略有水垢有條件時可用蒸汽或高壓水吹掃)。 
⑷該直管段要充滿水(無論垂直或水平管段)。 
3、超聲波流量計传感器的分类及主要安装方式 
超聲波流量計传感器的安装质量直接关乎水流量测量的准确性、可信度和运行可靠性。 
⑴超聲波流量計传感器(探头)的分类 
常用的超聲波流量計传感器按安装方式有如下三种: 
外夾式傳感器—安裝時需將管外壁的擬安裝位置打磨光滑後用耦合劑將傳感器(探頭)貼于管外壁再用專用夾緊裝置固定。該方式能方便地在管外進行水流量測量,也適合便攜式。缺點是易因耦合劑的處置不當引起信號接收狀態惡變而影響測量的穩定性。 
插入式傳感器—安裝時用鑽孔工具在不停産狀態下將傳感器(探頭)插入管路中。優點是能在水管內壁結垢或水中帶氣情況下實現穩定可靠的測量。 
管段式傳感器—安裝時需要切開選定的直管段,采用法藍聯接。産品已經過專門出廠標定,好處是傳感器可以不停産進行維修,特點是測量准確度高。 
⑵超聲波流量計传感器(探头)的安装 
超聲波流量計传感器(探头)的安装位置一般选择两个传感器(探头)管轴在输水管道的管轴水平方向上或与管轴水平面成45度夹角。 
超聲波流量計传感器(探头)的安装方式有Z、V、N、W方式。其中N、W方式适用于管径为50mm以下的输水管道,因使用难度和性价比较高而很少应用。常用方式有两种: 
a、“V”方式安裝 
“V”式安裝是標准的安裝方法,可測管徑範圍爲25mm—400mm。安裝傳感器(探頭)時須注意上下遊兩傳感器(探頭)水平對齊,使其中心連線與輸水管道軸線水平一致。 
b、“Z”方式安裝 
“Z”式安裝一般適用于輸水管道粗或水介質不很潔淨或管道內壁有水垢而使“V”式安裝信號失真狀況。一般說來,300mm以上管徑的輸水管道選用“Z”式安裝較適宜,“Z”式安裝的可測管徑範圍通常在100mm—600mm。安裝傳感器(探頭)時須注意上下遊兩傳感器(探頭)與輸水管道軸線在同一平面內,且上遊傳感器(探頭)在低位、上遊傳感器(探頭)在高位。(示意圖見說明書) 
⑶超聲波流量計传感器探头的安装检查 
a、主要檢查傳感器(即探頭)的安裝位置是否適宜。 
b、與水管外壁的結合是否光滑緊密。 
c、通過主機檢查信號強度和信號質量,觀察傳感器是否能夠接收到使主機正常工作的超聲波信號。 
4、超聲波流量計的调试 
⑴按流量計要求輸入管道參數,並記錄。 
⑵對上下遊傳感器(即探頭)的安裝位置、間距、管道接合度進行調整,將上下遊兩個方向上接收的信號強度調整至最強(信號強度越大則測量值越穩定、可信度越大,越能長時可靠運行)。 
四、超聲波流量計计量数据的远传与共享 
技术人员通常通过PC机或其他通信设备实现超聲波流量計的通信,用适当的串行口电缆将超聲波流量計的标准串行口与上位机串口联接起来,用软件在上位机上发出预先设置的命令,就可使流量计发出相关的应答信号。 
技术人员使用超聲波流量計的标识码作为网络地址码,使用相应命令集作为通信协议,使用流量计的电流环及其OCT输出来控制步进式(或模拟式)电磁阀的开度,继电器输出可控制其他设备的上下电,既可实现数据采集又可实现远程控制(数据的传送硬件在较近距离时使用RS232或RS485接口通讯,在较长距离时采用电流环或无线传输),通过以太网将流量计数据传入企业网实现公司内相关二级单位的数据共享。并实现了水计量的实时监控状态。 
五、超聲波流量計使用中的常见故障与处理 
1、故障現象:瞬時流量計波動大。 
⑴故障原因:信號強度波動大;本身測量流體波動大。 
⑵处理对策:调整好探头位置,提高信号强度(保持在3%以上)保证信号强度稳 定,如本身流体波动大,则位置不好,重新选点,确保前10D后5D的工况要求。 
2、故障現象:外夾式流量計信號低。 
⑴故障原因:管徑過大或管道結垢嚴重或安裝方式不對。 
⑵處理對策:對管徑過大、結垢嚴重者采用插入式探頭;重新選擇安裝方式。 
3、故障現象:插入式探頭使用一段時間後信號降低。 
⑴故障原因:可能探頭發生偏移或探頭表面水垢厚。 
⑵處理對策:重新調整探頭位置,清冼探頭發射面。 
4、故障現象:開機無顯示。 
⑴故障原因:電源屬性與儀表額定值不對應或保險絲燒斷。 
⑵處理對策:檢查電源屬性是否與儀表的額定值相對應,保險絲是否燒斷。如以上問題無則通知廠家專業人員處理。 
5、故障現象:開機後儀表僅有背光而無任何字符顯示。 
⑴故障原因:一般爲程序芯片失。 
⑵處理對策:通知廠家專業人員處理。 
6、故障現象:儀表在現場強幹擾下無法使用。 
⑴故障原因:供電電源波動範圍較大或周圍有變頻器或強磁場幹擾或接地線不正確。 
⑵處理對策:給儀表提供穩定的供電電源;或將儀表安裝遠離變頻器和強磁場幹擾;或規範設置接地線。
 
一、超聲波流量計的测量原理 
超聲波流量計是一种非接触式流量计。工作原理是:超声波在流体中传播时其传播速度要受到流体流速的影响,通过测量超声波在流体中传播速度可以检测出流体的流速而换算出流量来。以使用最广泛的时差法超聲波流量計为例,当超声波在流体中传播时顺流方向超声波的传播速度会增大、逆流方向则减小,即同一传播距离就有不同的传播时间,再利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速而换算出流量。即当超声波束在管道内水介质流动方向上的“上游传感器”与“下流传感器”之间传播时,水的流动会使超声波束的传播时间相对于静态传播产生一个微小变化,并且这个传播时间的变化与水的流速成正比,这就是时差式超聲波流量計的测量原理。其关系的理论表达式如下式: 
V=MD/sin2θ×△T/TupTdown 
式中,M—爲超聲波束在水中的直線傳播次數 
θ—爲超聲波束與水流動方向的夾角 
Tup—爲超聲波束在正方向上的傳播時間(由上遊傳感器到下遊傳感器間的傳播時間) 
Tdown—爲超聲波束在逆方向上的傳播時間(由下遊傳感器到上遊傳感器間的傳播時間) 
△T= Tup—Tdown 
二、超聲波流量計的特点 
超聲波流量計基于微处理技术,大多采用集成电路及低电压宽脉冲发射技术而设计的。在测量技术上,为取得更高的分辨率和更大的测量范围,多使用0.1ns超高分辨率时间测量线路。它专门用于液体介质测量特别是水的测量。其显著特点是:精度等级为±1.0%,可在不停产状态下带压安装,主机既可安装于值控室还可输出电流、脉冲等标准信号并可利用RS232或RS485接口通讯进行计量数据远程传送。该流量计具有高可靠性、低功耗、抗干扰、安装维护方便等优点。 
三、超聲波流量計的基本构造与主要安装方式 
1、超聲波流量計的构造 
超聲波流量計一般可分现场传感器(即探头),传输电缆,显示主机三大部分。其传感器有外夹式、插入式、法蓝式(即管段式),显示主机分固定式、便携式,而便携式主机可配备外夹式传感器对固定在线运行的超聲波流量計进行比对(现场校准)且安装十分简便。 
2、超聲波流量計测量点的确定 
超聲波流量計需先选取一个适宜的测量点,然后把测量点的水管参数输入流量计中,最后将传感器(即探头)安装在水管上。 
⑴測量點的一般要求 
超聲波流量計的测量点要求需在一定长度的直管段上,即选择水流分布均匀的管段,以减少测量误差。 
⑵測量點的選取原則 
⑴測量點宜選擇距上遊(水流來方向)10倍管徑長度、距下遊(水流去方向)5倍管徑長度的均勻直管段(即上、下遊閥門在該長度以外,或水管的拐點在該長度之外)。 
⑵該直管段的材質要均勻無疤、裂痕以利于超聲波傳輸。 
⑶該直管段的內壁應無水垢(若略有水垢有條件時可用蒸汽或高壓水吹掃)。 
⑷該直管段要充滿水(無論垂直或水平管段)。 
3、超聲波流量計传感器的分类及主要安装方式 
超聲波流量計传感器的安装质量直接关乎水流量测量的准确性、可信度和运行可靠性。 
⑴超聲波流量計传感器(探头)的分类 
常用的超聲波流量計传感器按安装方式有如下三种: 
外夾式傳感器—安裝時需將管外壁的擬安裝位置打磨光滑後用耦合劑將傳感器(探頭)貼于管外壁再用專用夾緊裝置固定。該方式能方便地在管外進行水流量測量,也適合便攜式。缺點是易因耦合劑的處置不當引起信號接收狀態惡變而影響測量的穩定性。 
插入式傳感器—安裝時用鑽孔工具在不停産狀態下將傳感器(探頭)插入管路中。優點是能在水管內壁結垢或水中帶氣情況下實現穩定可靠的測量。 
管段式傳感器—安裝時需要切開選定的直管段,采用法藍聯接。産品已經過專門出廠標定,好處是傳感器可以不停産進行維修,特點是測量准確度高。 
⑵超聲波流量計传感器(探头)的安装 
超聲波流量計传感器(探头)的安装位置一般选择两个传感器(探头)管轴在输水管道的管轴水平方向上或与管轴水平面成45度夹角。 
超聲波流量計传感器(探头)的安装方式有Z、V、N、W方式。其中N、W方式适用于管径为50mm以下的输水管道,因使用难度和性价比较高而很少应用。常用方式有两种: 
a、“V”方式安裝 
“V”式安裝是標准的安裝方法,可測管徑範圍爲25mm—400mm。安裝傳感器(探頭)時須注意上下遊兩傳感器(探頭)水平對齊,使其中心連線與輸水管道軸線水平一致。 
b、“Z”方式安裝 
“Z”式安裝一般適用于輸水管道粗或水介質不很潔淨或管道內壁有水垢而使“V”式安裝信號失真狀況。一般說來,300mm以上管徑的輸水管道選用“Z”式安裝較適宜,“Z”式安裝的可測管徑範圍通常在100mm—600mm。安裝傳感器(探頭)時須注意上下遊兩傳感器(探頭)與輸水管道軸線在同一平面內,且上遊傳感器(探頭)在低位、上遊傳感器(探頭)在高位。(示意圖見說明書) 
⑶超聲波流量計传感器探头的安装检查 
a、主要檢查傳感器(即探頭)的安裝位置是否適宜。 
b、與水管外壁的結合是否光滑緊密。 
c、通過主機檢查信號強度和信號質量,觀察傳感器是否能夠接收到使主機正常工作的超聲波信號。 
4、超聲波流量計的调试 
⑴按流量計要求輸入管道參數,並記錄。 
⑵對上下遊傳感器(即探頭)的安裝位置、間距、管道接合度進行調整,將上下遊兩個方向上接收的信號強度調整至最強(信號強度越大則測量值越穩定、可信度越大,越能長時可靠運行)。 
四、超聲波流量計计量数据的远传与共享 
技术人员通常通过PC机或其他通信设备实现超聲波流量計的通信,用适当的串行口电缆将超聲波流量計的标准串行口与上位机串口联接起来,用软件在上位机上发出预先设置的命令,就可使流量计发出相关的应答信号。 
技术人员使用超聲波流量計的标识码作为网络地址码,使用相应命令集作为通信协议,使用流量计的电流环及其OCT输出来控制步进式(或模拟式)电磁阀的开度,继电器输出可控制其他设备的上下电,既可实现数据采集又可实现远程控制(数据的传送硬件在较近距离时使用RS232或RS485接口通讯,在较长距离时采用电流环或无线传输),通过以太网将流量计数据传入企业网实现公司内相关二级单位的数据共享。并实现了水计量的实时监控状态。 
五、超聲波流量計使用中的常见故障与处理 
1、故障現象:瞬時流量計波動大。 
⑴故障原因:信號強度波動大;本身測量流體波動大。 
⑵处理对策:调整好探头位置,提高信号强度(保持在3%以上)保证信号强度稳 定,如本身流体波动大,则位置不好,重新选点,确保前10D后5D的工况要求。 
2、故障現象:外夾式流量計信號低。 
⑴故障原因:管徑過大或管道結垢嚴重或安裝方式不對。 
⑵處理對策:對管徑過大、結垢嚴重者采用插入式探頭;重新選擇安裝方式。 
3、故障現象:插入式探頭使用一段時間後信號降低。 
⑴故障原因:可能探頭發生偏移或探頭表面水垢厚。 
⑵處理對策:重新調整探頭位置,清冼探頭發射面。 
4、故障現象:開機無顯示。 
⑴故障原因:電源屬性與儀表額定值不對應或保險絲燒斷。 
⑵處理對策:檢查電源屬性是否與儀表的額定值相對應,保險絲是否燒斷。如以上問題無則通知廠家專業人員處理。 
5、故障現象:開機後儀表僅有背光而無任何字符顯示。 
⑴故障原因:一般爲程序芯片失。 
⑵處理對策:通知廠家專業人員處理。 
6、故障現象:儀表在現場強幹擾下無法使用。 
⑴故障原因:供電電源波動範圍較大或周圍有變頻器或強磁場幹擾或接地線不正確。 
⑵處理對策:給儀表提供穩定的供電電源;或將儀表安裝遠離變頻器和強磁場幹擾;或規範設置接地線。

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