近幾年來，隨著電子技術，數字技術和聲鍥材料等技術的發(fā)展，利用超聲波脈沖測量流體流量的技術發(fā)展很快?；诓煌?，適用于不同場合的各種形式的超聲波流量已相繼出現。其應用領域涉及到工農業(yè)，水利，水電等部門，正日趨成為測流工作的實惠工具。本文系統(tǒng)闡述了超聲波流量計的組成，工作原理及使用范圍，比較各種流量計的優(yōu)缺點，并對超聲波流量計誤差進行了詳細的分析，簡略介紹了流量計的標定和應用范圍，對當前的研究應用具有一定的指導作用。

本文闡述了超聲波流量計常用的時差法，多普勒法的測量原理，以及超聲波流量計的分類，通過實際測流應用并與流速儀所測的流量結果做了對比分析，得出超聲波流量計無論在測流準確度還是測流度上都比其他的測流設備高，而且具有其他測流設備所不具備的實時在線和數據遠傳的優(yōu)越性能。

1 .超聲波流量計的原理

傳遞的聲訊號穿過管道內流動的介質時，其傳遞速度受介質流動速度的影響。聲訊號在 2 個傳感器之間的傳遞時取決于管道內介質的流速。一個聲訊號通過上游的時間要比它通過下游的時間長。這個時間差值 dt 與管道內介質的流速 vf 成比例。

通過多年區(qū)域計量表記錄的數據發(fā)現，大多數表顯示的***大流量遠遠小于配表的滿量程值，而表的配置必須匹配調壓器的流通能力，造成配的表過大，如果工況流量小于流量計的***小額定流量，流量計就計量不準確或不計量。隨著近幾年超聲波流量計發(fā)展的日趨成熟，此次把超聲波流量計應用于幾個區(qū)域計量點上，試用了一段時間，通過使用數據的分析，探討在區(qū)域計量上使用超聲波流量計的可行性。這次使用的是采用重復性能優(yōu)越的“傳播時間差”方式，在測量管內安裝一組超聲傳感器，同時測量彼此間的聲波到時間。沿氣體流動方向發(fā)出的聲波會比反方向發(fā)出的聲波先到達對方超聲波傳感器處，將這個時間差換算成流量，取到達時間的倒數差，可消去聲速項并求出流速，可得知上式不受音速影響。再乘以測量管橫斷面積和修正系數，即可得出流量Q。

2.管道超聲波流量計無信號原因

影響時差式超聲波流量計計量因素很多，如換能器探頭安裝方式、上下游直管段長度、工藝管道參數等。為了確定出水 A 管道時差式超聲波流量計出現信號中斷的原因，分別從以下兩方面進行檢測分析。

2.1 換能器探頭安裝方式檢測

目前換能器探頭安裝方式主要有 V 法和 Z 法兩種安裝方式，如圖 1、2 所示。V 法安裝，超聲波信號行程增加一倍，適用于小管徑，管道條件好的流量測量。Z 法安裝超聲波信號衰減小，適用于大管徑。一般來說。D>300mm 的管道易采用 Z 法安裝。

根據換能器探頭安裝方式，昆明市第五自來水廠出廠水管管徑為 DN1000，故原采用 Z 法安裝；出現信號中斷的現象后，采用了 V 法安裝方式進行試驗，結果發(fā)現無論是哪一種安裝方式，當供水機組工作時，有時會出現信號中斷現象。故時差式超聲波流量計出現信號中斷排除安裝方式原因。

2.2 上下游直管段長度檢測

對于超聲波流量計安裝在直管段上下游長度有明確要求[1、3]：上游直管長度在 10D 以上，下游在 5D 以上，同時盡量遠離泵和閥門，避免有擾動因素。因為根據時差式超聲波流量計計算管道內流體流速公式：Vf=Kdt/TL，其中標定系數 K 是雷諾數的函數，當直管道不滿足長度要求，流體從穩(wěn)定層流過渡成紊流狀態(tài)，流速分布不均勻，標定系數 K 將產生較大變化，引起測量準確度下降。并且如果在靠近三通、閥門附近（即不滿足直管段長度）安裝換能器探頭，流體易從層流轉成紊流、渦流狀態(tài)，紊流、渦流的產生使流體中有一定的氣體存在，由于氣體亦有一定的聲阻抗，使聲束分散。尤其當含氣量大時，將大大減小超聲波信號的強度，造成信號中斷。根據上述分析及現場勘測發(fā)現：昆明市第五自來水廠出水 A 管道時差式超聲波流量計安裝位置下游長度不滿足要求，在探頭安裝位置下游附近管道管徑由 1.0m 變?yōu)?1.2m，并且接有一根 DN200 的支管。因此在供水高峰期時，此段由于三通、閥門影響，水流易產生紊流、渦流從而產生氣泡，大大減小聲波信號的強度，致使時差式超聲波流量計出現信號中斷。通過在探頭位置靠近出水泵房一側移動 7m 挖計量井，其位置滿足上下游直管段長度要求，利用便攜式超聲波流量計在此位置進行水流計量檢驗，其結果信號良好。由此說明先前探頭安裝直管段長度不滿足要求造成信號中斷。時差式超聲波流量計位置見圖。

3.結論

通過超聲波流量計在實際區(qū)域計量中與其他形式的流量計的對比試驗，得出以下結論：對比同口徑的超聲波流量計和渦輪流量計，超聲波流量計在***小工況量程數以及低于量程用量兩方面均優(yōu)于渦輪流量計，更有利于計量。在用戶數相同以及其他運行工況相同的條件下，與渦輪流量計對比，采用超聲波流量計，可以適當進行縮徑配置，仍能滿足工況要求，且計量更為準確，從而達到降低成本，提高經濟效益的目的。對比超聲波流量計和皮膜表，在相同的工況條件下，均能準確計量，計量誤差均在允許范圍內，超聲波流量計由于其體積小，更適合空間小的調壓室。

綜上所述，超聲波流量計由于其有更大的量程范圍等優(yōu)點，應用于區(qū)域計量上是可行的，并且比渦輪流量計更適合應用于區(qū)域計量上。本文闡述了超聲波流量計常用的時差法，多普勒法的測流原理，以及超聲波流量計的分類。通過時際測流應用并于流速儀所測得的流速結果。