1.超聲波流量計工作原理

　　封閉管道用USF按測量原理分類有：時間傳播法、多普勒效應法、波束偏移法、相關法、噪聲法。其中時間傳播法又可分為時差法、相位差法、頻差法。目前應用于空調水系統中的USF的測量原理主要有時差法和多普勒效應法。

　　1.1 時差式USF測量原理

　　超聲波流量計在液體中傳播，由于流體流速不同會使超聲波傳播速度發生變化。如圖1所示，取超聲波在靜止流體中聲速為c，流體流速為v，上下游傳感器的安裝距離為 L。當超聲波傳播方向與流體方向一致時，超聲波傳播速度為（c+v），當超聲波傳播方向與流體方向相反時，超聲波傳播速度為（c－v）；則順流方向傳播時 間tl=L/（c+v），逆流方向傳播時間t2=L/（c－v），則有：

　　c、L為常數，測得時間差△t即可求出流體流速v，進而求得流體流量。

　　1.2 多普勒USF測量原理

　　多普勒USF是以利用多普勒效應原理來測量流體流量。如圖2所示，傳感器1發射頻率為f1的超聲波信號，經過管道內液體中懸浮顆?；驓馀莺?，頻率發生偏移，以f2的頻率反射到傳感器2，這就是多普勒效應，f2與f1之差即為多普勒頻差fd。

　　取流體流速為v，超聲波聲速為c，多普勒頻移fd正比于流體流速v，即：

　　當管道條件、傳感器安裝位置、發射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數，流體流速和多普勒頻移成正比，通過測量頻移就可得到流體流速，進而求得流體流量。

　　1.3 兩者使用主要區別

　　1.3.1 被測流體水質要求不同。時差式USF適用于比較潔凈的流體測量，多普勒USF主要用于測量含有適量能給出強反射信號的顆?；驓馀莸囊后w。時差式USF可以 測量懸浮顆粒較少的液體，多普勒USF要比時差式USF適用懸浮顆料含量上限高得多，而且可以測量連續混入氣泡的液體。

　　1.3.2 測量精度不同。時差式USF測量精度比多普勒USF高，時差式USF測量精度可以達到±（0.5～1）%，重復性誤差0.1%～0.3%；多普勒USF測量精度一般為±（1～2）%，重復性誤差0.5%～1%。

　　2 測量點選擇原則

　　為保證空調水流量測量精度，選擇測量點時要求選擇流體流場均勻的部分，一般應遵循下列原則：

　　2.1 被測管道內流體必須是滿管。

　　2.2 選擇被測管道的材質應均勻質密，易于超聲波傳播，如垂直管段（流體由下向上）或水平管段（整個管路中最低處為好）。

　　2.3 安裝距離應選擇上游大于10倍直管徑，下游大于5倍直管徑（注：不同儀器要求的距離會有所不同，具體距離以使用的儀器說明書為準）以內無任何閥門、彎頭、變徑等均勻的直管段，測量點應充分遠離閥門、泵、高壓電、變頻器等干擾源。

　　2.4 充分考慮管內結垢狀況，盡量選擇無結垢的管段進行測量。

　　3 夾裝式流量傳感器安裝要點

　　3.1 流量傳感器安裝方式的確定

　　3.1.1 時差式USF傳感器安裝方式有三種，分別是V法、Z法和W法，如圖3所示。

　　測量時采用何種安裝方式，儀器說明書均有規定，但在邊界范圍一般比較模糊。如TFX1020P時差式超聲波流量計：V型安裝法適用測量管徑25～400 ㎜，Z型安裝法適用測量管徑100～2540㎜，W型安裝法適用測量管徑65㎜以下小管。V型與Z型、V型與W型在適用測量管徑均有部分重疊，如遇此情況 則按下列原則選擇最佳安裝方式：V型安裝一般情況下是標準安裝方式，使用方便，測量準確。當被測管道很粗或由于被測流體濁度高、管道內壁有襯里或結垢太 厚，造成V型安裝信號弱，儀表不能正常工作時，選用Z型安裝。原因是使用Z型安裝時，超聲波在管道中直接傳輸，沒有折射，信號衰耗小。W型安裝適于小管， 通過延長超聲波傳輸距離的辦法來提高小管測量精度，如圖3（c），使用W型安裝時，超聲波束在管內折射三次，穿過流體四次。

　　3.1.2 多普勒USF流量傳感器安裝方式有兩種，分別是對稱安裝和同側安裝，如圖4所示。對稱安裝適用于中小管徑（通常小于600㎜）管道和含懸浮顆?；驓馀葺^少的液體；同側安裝適用于各種管徑的管道和含懸浮顆?；驓馀葺^多的液體。

　　3.2 傳感器安裝要求

　　3.2.1.剝凈測量點處附近保溫層和保護層，使用角磨砂輪機、銼、砂紙等工具將管道打磨至光亮平滑無蝕坑。要求：漆銹層磨凈，凸出物修平，避免局部凹 陷，光澤均勻，手感光滑圓潤。需要特別注意，打磨點要求與原管道有同樣的弧度，切忌將安裝點打磨成平面，用酒精或汽油等將此范圍擦凈，以利于傳感器粘接。

　　3.2.2 在水平管段上，兩個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±45°的范圍內安裝，以防止管內上部流體不滿、有氣泡或下部有沉淀等現象影響正常測量，如圖5所示。

　　3.2.3 傳感器安裝處和管壁反射處必須避開接口和焊縫，如圖6所示。

　　3.2.4 傳感器工作面與管壁之間保持有足夠的耦合劑，不能有空氣和固體顆粒，以保證耦合良好。

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