我公司生产的SLPC-TG/11NGBH13系列超声波流量计是非接触式流量计。它利用超声波在流体中传播时，其传播速度受到流体流速的影响，通过测量超声波在流体中的传播速度，就可以检测出流体的流速，从而换算出流量来。理论上说凡是能传播声音的流体，均可用它测量；（但是全球现状目前能做到的一般指液体）我公司引自国外先进技术，结合公司自身特色，生产的SLPC-TG/11NGBH13系列流量计已得到广大客户的认可，现将我公司超声波流量计的原理、特点及其在渤海造船厂的应用做一下详细介绍。

1、SLPC-TG/11NGBH13系列超声波流量计的测量原理：

（1）SLPC-TG/11NGBH13系列超声波的测量概述：

    SLPC-TG/11NGBH13系列超声波流量计一般可分现场传感器（即探头），传输电缆，显示主机三大部分。其传感器有插入式、法兰式（即管段式）和船厂使用的外夹式三类，显示主机分固定式、便携式及其船厂使用的盘装式。

我公司生产的超声波流量计的传感器是采用压电元件。当振荡信号加在压电元件上时，由于其压电效应，使其压电元件产生超声波振动输出。该超声波以某一角度入射到流体中进行传播，然后由接收器接收并由接收器内的压电元件将该超声波解调为电能；发射器利用压电元件的逆压电效应、而接收器则是利用压电元件的压电效应。

 SLPC-TG/11NGBH13系列超声波流量计传感器的压电元件通常做成圆形薄片，沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍，以保证振动的方向性。压电元件的材料多采用锆钛酸铅。压电元件被置入声楔中，构成传感器整体(又称探头)。声楔材料不仅要求强度高、耐老化，而且要求超声波经声楔后能量损失小，即透射系数接近1，常用的声楔材料为：有机玻璃、橡胶、塑料及胶木等。

（2）SLPC-TG/11NGBH13系列的测量原理：

SLPC-TG/11NGBH13系列超声波是利用时差法测量原理，当超声波束在液体中传播时，液体流动将使传播时间产生微小变化其传播时间的变化正比于液体的流速，通过测量超声波在流体中传播速度，再利用传播速度之差与被测流体流速之的关系求取流速从而换算出流量的。

其关系符合下列表达式：

               V = M D / sin2θ×△T / Tup Tdown

　 式中 ：V：超声波在流体中传播速度；        D ：为管道内径；

          θ：为声束与液体流动方向的夹角；   ΔT=Tu–Tdown；

　　       M ：为声束在液体的直线传播次数；

    Tup ： 为声束在正方向上的传播时间（由上游传感器到下游传感器间的传播时间）           

    Tdown：为声束在逆方向上的传播时间（由下游传感器到上游传感器间的传播时间）

设静止流体中的声速为c，流体流动的速度为u，传播距离为L，当声波与流体流动方向一致时（即顺流方向），其传播速度为c＋u；反之，传播速度为c－u；在相距为L的两处分别放置两组超声波发生器和接收器（T1、R1）和（T2、R2）。当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器R1和R2所需要的时间为t1 和t2 ，则：

　　    t1 = L / ( c + u )；   t2  = L / ( c –u )；

　　因流体的流速比声速小的多，即c >> u ，因此两者的时间差为： 

  △t = t2 - t1 = L / ( c –u ) －L / ( c + u )=2 L u /c2

由此可知，当声波在流体中的传播速度c已知时，只要测出时间差 △t 即可求出流速u，进而可求出流量Q 。

除此以外还有频差法和相差法两种测量原理。

2、超声流量计的分类：

我公司生产的超声波流量计的传感器分三种，故安装、选型及其应用方式也分三种：

    a）管段式超声流量计：

    某些管道因材质疏、导声不良，或者锈蚀严重，衬里和管道内空间有间隙等原因，导致超声波信号衰减严重，用外贴式超声波流量计无法正常测量，所以产生了管段式超声波流量计。

    精度最高，可达到±0.5%，而且不受管道材质、衬里的限制，适用于流量测量精度要求高的场合。但随着管径的增大，成本也会随增加，通常情况下，选用中小口径的管段式超声波流量计，较为经济；
    管段式超声波流量计将传感器和测量管组成一体，但传感器安装时需切开选定的直管段，采用法兰联接。但以后的维护可不停产。

    b）外贴式超声流量计：

    外贴式传感器安装时无需管道断流，只需将管外壁的安装位置打磨光滑后用专用耦合剂（室温固化的硅橡胶或高温长链聚合油脂）将传感器（探头）贴于管外壁再用专用夹紧装置固定。能够完成固定和移动测量。充分体现安装简单、不损坏管路。缺点是易因耦合剂的处置不当引起信号接收状态恶变而影响测量的稳定性。船厂用的就是我公司生产的外贴式超声波流量计探头。

c）插入式超声流量计：

    插入式超声波流量计可不断流利用专门工具带压在管道上打孔，把传感器插入管道内完成安装。实现不停产维护。一般为单声道测量，为提高测量准确度，可选择三声道；由于传感器在管道内，其信号的发射、接受只经过被测介质，而不经过管壁和衬里，所以其测量不受管质和管衬材料限制。

3、我公司超声波流量计的技术特点：

 1）非接触式测量（夹装式）

 2）无流动阻挠测量，无额外压力损失；

 3）特别适合大管径测量，其成本与管径基本无关；

 4）可制成便携式测量仪表；

 5）准确度0.5%～1.5%；　

 6）量程比较宽，可达5：1、输出与流量之间呈线性；

 7）当被测液体中含有气泡或杂音时，会影响测量精度，要求前后直管段分别为10D和5D；

 8）超声波传感器及耦合材料耐温程度受流体温度范围的限制；同时在高温状态下，被测流体声速研究的实验数据不全。所以目前只能测量160℃以下的流体；

9）可测量杂质或气泡含量较多的液体（特殊时请说明，我公司可提供多普勒式超声波流量计）

10）液体的流速每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1500m／s左右，若要求测量流速的准确度为1％，则声速的测量准确度需10^-5，所以超声波流量计的测量线路复杂，成本较高。

4、SLPC-TG/11NGBH13系列传感器技术参数及外形尺寸：

（1）传感器技术参数

	插入式	管段式	外夹式
管径及管壁厚适用范 围(mm)	DN80～DN2000，管壁厚度(包括管衬)	DN20～DN400	DN20～DN4000
材质	1Cr18Ni9Ti（不锈钢）	钢或不锈钢	1Cr18Ni9Ti（不锈钢）
传感器最高 承压能力	管内部分压力不超过  2MPa, 传感器浸水深度不超过3m。	压力＜1.6MPa；传 感 器 浸 水 深 度 ＜3m	与管道内压力无关，传感 器浸水深度＜3m。
被测介质温	常温型：4℃～+50℃      高温型：4℃～+150℃
传感器工作 环境温度	-40℃～+70℃
传感器电缆长度	10、20、30……300m	10m、20m、30m……300m	10m、20m、30m……200m
防护等级	IP68	IP68	可做成IP68（需特殊说明）
防爆型 等级	ExibⅡBT6  （厂用本质安全型）

5、超声波流量计的故障分析与处理：

故障现象	原因	解决方案
仪表存在以下现象： ①示值不准②无示值、③流量为负 ④流量波动大；	a）测量点位置选择：如测量点非满管流，内部锈蚀，直管段长度不够或上游存在扰动源可导致 ① ② ④； b）传感器安装：如传感器与管道间有锈斑、耦合剂涂不均匀或传感器安装偏离管线正侧面可导致 ① ②； c）电缆连接：上下游传感器电缆若接反可导致 ③； d）数据设置：将管道各参数如管径、管壁厚、材质、安装角度等精确测量后设置于仪表内，否则导致①。	a）传感器位置重新选点，确保前10D后5D的工况要求； b）重新调整传感器位置，清冼传感器发射面、处理锈斑、均匀涂抹耦合剂； c）更正电缆接线； d）重新正确设置各参数。
仪表接通电源而无显示	无交流电压输入	检测仪表电源板有无交流电压输入
	无直流电压输出	检测电源板有无直流电压输出
	电源插座松动	掀开面板，看插座是否插紧
瞬时流量计波动大	信号强度波动；	调整好探头位置； 提高信号强度，保证信号强度稳定。
	本身测量流体波动大；	重新选点，确保前10D后5D的要求。
外夹式流量计信号低	管径过大，管道结垢严重；	对于管径过大、结垢严重，建议采用插入式探头。
	选择安装方式不对。	选择“Z”型安装方式
插入式探头使用一段时间后信号降低	探头发生偏移或探头表面水垢厚；	重新调整探头位置，清冼探头发射面。
开机无显示：	供电电源不正常；	检查所供电源与仪表的额定值是否相符，保险丝是否烧断；
开机后仪表仅有背光，无任何字符显示	一般为仪表程序丢失；	重新下装程序。
流速显示不正常数据剧烈变化：	传感器安装在管道振动大或改变流态装置（如调节阀、泵、缩流孔的下流）地方；	将传感器装在远离振动源或移至改变流态装置上游的地方；
仪表在现场强干扰下无法使用	供电电源波动范围较大，周围有强磁场干扰，接地线不正确。	提供稳定的供电电源，仪表安装远离变频器和强磁场干扰，设置良好的接地线。
仪表示值数据不正确	a）传感器装在水平管道的顶部和底部的沉淀物 干扰超声波信号； b）传感器装在水流向下的管道上，管内未充满流体。 c）传感器装在使流态强列烈波动的装置的前后，如部分关闭的阀门、各种节流装置等；正好在传感器发射和接收的范围，使读数不准； d）流量计管径与管道内径不匹配	a）将传感器装在管道两侧； b）传感器装在充满流体的管段 c）将传感器装在远离上述装置的上游； d）传感器上、下游分别距上述装置30D、10D；                                       e）修改管径，使之匹配。
当控制阀门部分关闭或降低流量时读数反而会上升增加：	传感器装的过于靠近控制阀下游，当部分关闭阀门时流量计测量的实际是控制阀门缩径流速提高的流速，因口径缩小而流速增加	将传感器远离控制阀门，传感器上游距控制阀30D或将传感器移至控制阀上游距控制阀5D；
传感器是好的，但流速低或没有流速	a）由于管道外的油漆、铁锈未清除干净     b）管道面凹凸不平或安装在焊接缝处；    c）管道圆度不好，内表面不光滑，有管衬式结垢。若管材为铸铁管，则有可能出现此情况； d）被测介质为纯净物或固体悬浮物过低 e）传感器安装纤维玻璃的管道上； f）传感器装在套管上会削弱超声波信号 g）传感器与管道耦合面有缝隙或气泡。	a）重新清除管道，安装传感器； b）将管道磨平或远离焊缝处； c）选择钢管等内表面光滑管道材质或衬的地方； d）选用适合的其它类型仪表； e）将玻璃纤维除去； f）将传感器移到无套管的管段部位上； g）重新安装耦合剂。
流量计在正常工作时，突然间不能测量其流量值：	a）被测介质发生变化； b）被测介质由于温度过高产生气化； c）被测介质温度超过传感器的极限温度： d）传感器下面的耦合剂老化或消耗了； e）由于出现高频干扰使仪表超过自身滤波值： f）计算机内数据丢失； g）计算机死机。	a）改变测量方式； b）降温 ； c）降温 ； d）重新涂耦合剂 ；   e）远离干扰源 ；   f）重新输入数值 ；     g）重新启动计算机。
无字符 无背光	交流220V电压没有接通	接通电源
	保险管烧断	确定电压等级，检查负载是否 短路或虚接，更换保险管。
	电源模块因保护动作关 断电源。	关闭电源，重新上电。
流量偏差大	流量偏差大	正确输入参数。
	管道内部严重结垢，内径变小。	视垢厚加大壁厚的输入值，调 整传感器插入深度。
流量显示值  波动大	液体含气量大。	（1）检修管网漏气；（2）管道加装排气阀；（3）换点安装
	液体内悬浮物含量过高。	选用多普勒型超声流量计。
	直管段不符合安装要求。	重新换地方安装传感器。
	（1）管道结垢严重阻挡声波传输 （2）传感器声楔面结垢； （3）传感器安装不正确； （4）传感器损坏； （5）传感器电缆与转换器连接 （6）转换器故障。	（1）  调整传感器插入深度或清除管道垢层（2）  拨出传感器，清理声楔面，重新安装；（3）  正确安装传感器；（4）  更换传感器；（5）重新连接；（6） 更换转换器电路板。
无流量显示	停泵、阀门关闭、与其它管道相连、局部形成静态水。	开泵、开启阀门、调节阀门、改变局部压力。
	管道内流速＜小流速切除值	检查小流速切除值并正确设定。
	因为误操作而将现行流量作为零点进行了零点标定。	零点标定数值清除。

6、定期维护工作：

（1）外贴式超声波流量计，要定期（半年）检查传感器是否松动、与管道之间的粘合剂是否良好；

（2）插入式超声波流量计，探头使用一段时间后，就会出现不定期的报警，尤其是流体介质的杂质较多时，要定期（一年）清理探头上沉积的杂质、水垢等；并定期检查有无漏水现象；

（3）一体式超声波流量计，要检查流量计与管道之间的法兰链接是否良好，并考虑现场温度和湿度对其电子部件的影响等；

（4） 超声波流量计测量液体介质时，引压管容易产生积液，气温较低时会出现引压管冻堵现象，要定期对引压管进行吹扫或加保温伴热。

7、超声波流量计的安装注意事项：

    超声波流量计传感器的现场测量点的选取是否合理及安装质量，是直接关系到测量系统能否正常工作的主要原因，所以在安装前要充分考虑传感器位置的确定、安装方式的选择两个问题。

（1）确定测量点位置时，要注意以下四点：

   1）超声波流量计传感器的测量点需选在一定长度、水流分布均匀的直管段上，以减少测量误差。直管段要满足上游侧不小于10D，下游侧不小于5D，该直管段的内壁应无水垢、均匀无疤、裂痕以利于超声波传输。若现场达不到这一要求，要在上游侧安装整流器，改善流速场的分布。

    若在超声波流量计传感器上游侧有两个方向的弯头或其它阻流件，则前置直管段应＞10D，以满足流体流速场的均匀分布；

   2）超声波流量计传感器的测量点首选液体向上（或斜向上）流动的竖直管道，其次是水平管道，尽量避开液体向下（或斜向下）流动的管道防止因液体末充满管道，造成的各种测量不正常的现象发生。
   3）安装位置不要选在管道走向的最高点，防止管道内因有气泡聚集而不满管，造成测量不正常的现象发生。

   4）要注意传感器的安装位置要尽量避开有变频调速嚣、电焊机等污染电源等场合，以免带来测量附加误差。

 

⑵超声波流量计传感器（探头）的安装注意事项：

　 a）超声波流量计传感器（探头）一般选两台传感器安装在与输水管道的中心轴线水平面成0度夹角或成45度夹角的位置上；

   b）安装方式主要有对贴式、V式、Z式三种：多谱勒式超声波流量计采用对贴式、时差式超声波流量计采用V和Z式，通常情况下，管径小于300mm时，采用V式、 管径大于200mm时，采用Z式。对于即可以用V式又可用Z式安装的传感器，尽量选用Z式。因这种方式的超声波信号强度高，测量稳定性好。

  1）“V”式的安装方法：可测管径范围为25mm—400mm。安装时须注意上、下游两传感器水平对齐，使其中心连线与管道轴线水平一致；

  2）“Z”式安装适于粗管道或水介质不洁净或管道内壁有水垢的场合。“Z”式安装的可测管径范围在100mm—600mm。300mm以上的管道较适宜，安装须注意上、下游两传感器与输水管道轴线在同一平面内，且上游传感器在低位、上游传感器在高位；

（3）超声波流量计传感器探头的安装检查：

  a、主要检查传感器（即探头）的安装位置是否适宜。

  b、与水管外壁的结合是否光滑紧密。

  c、通过主机检查信号强度和信号质量，观察传感器是否能够接收到使主机正常工作的超声波信号。

（4）超声波流量计的参数设定及传感器信号强度调试：

  1）按流量计要求输入管道参数，并记录。

　2）对上、下游传感器（即探头）的安装位置、间距、管道接合度进行调整，将上下游两个方向上接收的信号强度调整至最强（信号强度越大则测量值越稳定、可信度越大，越能长时可靠运行）。

8、超声波流量计安装规程细解：

（1）超声波流量计在安装前应充分了解现场情况：

  1）安装传感器处距主机距离为多少；

  2）管道材质、管壁厚度及管径；

  3）管道年限；

  4）流体类型、是否含有杂质、气泡以及是否满管；

  5）流体温度；

  6）安装现场是否有干扰源（如变频、强磁场等）；

  7）主机安放处要符合要求；

  8）使用的电源电压是否稳定；

  9）是否需要远传信号及种类；

    根据以上提供的现场情况，厂家可针对现场情况进行配置，必要情况下也可特制机型。

（2）选择安装位置：

    选择安装管段对测试精度影响很大，所选管段应避开干扰和涡流这两种对测量精度影响较大的情况，选择管段应满足下列条件：

1）避免在水泵、变频，即有强磁场和震动干扰处安装检测设备；

2）选择管材应均匀致密，易于超声波传输的管段；

3）足够长的直管段，上游直管段必须要大于10D，下游要大于5D；

4）安装点上游距水泵应有30D距离；

5）流体应充满管道；

6）要有足够的空间便于现场人员操作，地下管道需做测试井。

（3）确定传感器的安装方式：

　  传感器一般有两种安装方式，即Z法和V法。但当D＜200mm而现场情况为下列条件之一者,也可采用Z法安装：

1）当被测量流体浊度高，用V法测量收不到信号或信号很弱时；

2）当管道内壁有衬里时；

3）当管道使用年限太长且内壁结垢严重时；

　  对于管道条件较好者，即使D稍大于200mm，为了提高测量精度，也可采用V法安装。

（4）求得安装距离，确定传感器位置：

1）将管道参数输入仪表，选择传感器安装方式，得出安装距离；

2）在水平管道上，一般应选择管道的中部，避开顶部和底部（顶部可能含有气泡、底部可能有沉淀）；

3）V法安装：先确定一个点，按安装距离在水平位置量出另一个点。

　Z法安装：先确定一个点，按安装距离在水平位置量出另一个点，然后测出此点在管道另一侧的对称点。

（5）管道表面处理（外贴式）：

　　确定传感器位置之后，在两安装点±100mm范围内，使用角磨砂轮机、锉、砂纸等工具将管道打磨至光亮平滑无蚀坑。

　　要求：光泽均匀，无起伏不平，手感光滑圆润。需要特别注意，打磨点要求与原管道有同样的弧度，切忌将安装点打磨成平面，用酒精或汽油等将此范围擦净，以利于传感器粘接。

（6）微调传感器位置：

接完线后把传感器内部用硅胶注满，放置半小时，然后用硅胶和卡具把传感器固定到打磨好的管道上（注意传感器方向，引线端向外），然后观察仪表的信号强度、强度与传输时间之比，如发现不好，则细微调整传感器位置，直到仪表的信号达到规定的范围之内：

（7）固定传感器：

信号调整好后，用所配卡具将传感器固定好，不要使钢丝绳倾斜，以免拉动探头移位，再用硅胶将探头与管道接触的四周封住。此胶凝固需一天，未干前必须注意传感器防水（信号线外屏蔽线要可靠接地）。

9、SLPC-TG/11NGBH13系列超声波流量计在船厂出现的问题及其解决办法

现场在不允许停产而要求计算流量时，外贴式流量计的优越性就显现出来，渤船厂就是在这样的情况下选择了我公司的SLPC-TG/11NGBH13系列，在安装时，发现了各式各样的问题，比如，直管段不足，50年的老管道，高温液体、管壁结垢严重，电磁场干扰，管道震动严重等等恶劣的现场工况，针对以上的问题，我公司售后队伍做了如下工作去解决现场出现的问题。

1）直管段不足的解决方案，直管段不足会直接影响仪表的测量精度，但是我们通过详细测量，将安装位置精确到毫米级，虽不能满足前10后5，但是基本上能满足前5后2，或者前3后1，确定了一个最适合安装的位置，去确保直管段最大限度的满足现场工况，来确保仪表的精度。

2）50年的老管道，50年的老管道带给我们的难题是腐蚀严重，打磨外壁的工作量大，且不容易找到信号，在这样的条件下，我们通过现场试验，更换多个测量点位置，终于找到了最适合测量的点，确保了仪表的信号强度和信号质量满足了正常的测量要求，得到了客户的认可。

3）对温液体，我们采用了我公司的高温探头，在这种环境下，我们克服了高温、高危的恶劣环境，通过尝试，将仪表安装在了最容易维护的位置，方便了日后的维护工作。

4）管壁结垢严重，众所周知，管壁结垢严重影响仪表的测量信号，但是在这种工况下，怎么去测量流量呢？我想任何管道的结垢情况都不是均匀的，在这如果我们能找到结垢最薄的位置(两个探头的安装点)来安装仪表，多尝试，移动两个探头，找到信号质量的最大值来安装。这样就能很大程度上去确保仪表的信号，但是这种方法我是不提倡的，在这样的情况下，还是换插入式为宜。

5）电磁场干扰，电磁场干扰对仪表信号线的影响很大，为此，我们单独跑线，穿管，做好屏蔽接地，来确保仪表的精度，还有，我公司生产的盘装式表头本身的抗干扰能力也很强。在某些位置，无法单独跑线，信号线跟强电一起走的线槽，我公司仪表照样能够正常运行并可靠工作。

6）管道震动，管道震动的解决方法是将探头和管道紧紧的栓在一起，不让探头随着管道的震动位置发生偏移，当信号衰减时，将探头位置稍微动一下便可恢复正常，管道震动大的地方往往维护的工作量较大，我们还是建议将探头尽量安装在震动较小的地方。

我公司技术人员克服了种种恶劣的工况环境，确保了仪表的可靠正常运行，当然，这也离不开我公司仪表的优质性能。

我公司争优创新的工作理念，尽职尽责的工作作风，技术精湛的售后团队，

当然还有优质可靠地计量仪表必定是您的首选。