20世紀(jì)70年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展以及超聲波流量計(jì)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，正受到各地的普遍關(guān)注和歡迎。并在90年代得到迅速發(fā)展，近幾年在供水行業(yè)得到了廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。目前市場上用于測(cè)清水的超聲流量計(jì)商家及型號(hào)雖然繁多，但總的看來，在設(shè)計(jì)模式上都是時(shí)差法（有時(shí)以頻差法或時(shí)頻法型式表現(xiàn)出來）大同小異，有的廠家把自己的流量計(jì)宣傳得萬能，就有些言過其實(shí)。
超聲波流量計(jì)的原理一般用戶只需大致了解即可，用戶最注重儀表性能和實(shí)用。 本文只想著重就國產(chǎn)超聲波流量計(jì)的選型安裝，并結(jié)合我們的使用經(jīng)驗(yàn)為同行合理選擇和應(yīng)用提供一些可以借鑒的方法、經(jīng)驗(yàn)，并提出一些我們所遇到的困難，以便與同行和生產(chǎn)廠家探討、研究。
—、超聲波流量計(jì)
目前市面上用于供水行業(yè)的超聲波流量計(jì)大多屬時(shí)差式，此種流量計(jì)已進(jìn)入一個(gè)比較成熟的階段，對(duì)供水行業(yè)的中、大管道的流量計(jì)量已完全可以滿足要求。根據(jù)使用場合不同，可以分為固定式超上超聲流量計(jì)和便攜式超聲流量計(jì)。
1．便攜式流量計(jì)主要用于臨時(shí)的對(duì)比測(cè)量，機(jī)動(dòng)性很的很大，價(jià)格較固定式貴一些，若用于固定測(cè)量有點(diǎn)浪費(fèi)。便攜式超聲波流量計(jì)，在使用中由于是臨時(shí)測(cè)量，管徑、管材也不固定。除正確輸入各種數(shù)據(jù)外，要保證上、下游直管段。換能器（也稱探頭）安裝也很重要，小管道（３００mm以下）盡量用“V”法，這樣可延長聲程，提高測(cè)量精度，３００mm以上的管道只能用“Z”法測(cè)，從我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)看，３００mm以上管道用“V”法很難找到信號(hào)。當(dāng)然如果能找到信號(hào)且信號(hào)強(qiáng)又穩(wěn)定用“V”法更好。“V”法安裝較之“Z”法安裝對(duì)直管段的要求要短得多。
2．固定式超聲波流量計(jì)
固定式又分為外夾式、插入式、管段式三種。
（1）外夾式：早期的流量計(jì)都為外夾式，大家較熟悉，也是應(yīng)用最廣泛的超聲波流量計(jì)。但此種流量計(jì)最大的缺點(diǎn)是：不能用在水泥管上。所以近幾年又出現(xiàn)了插入式超聲波流量計(jì)。
（2） 插入式超聲流量計(jì)
此種流量計(jì)是利用專用管道開孔工具在管壁上開一小孔，利用管箍（或夾板）把換能器插入管道內(nèi)，直接與水接觸，其安裝測(cè)量不受限制，其信號(hào)的發(fā)射，接收只經(jīng)過水介質(zhì)，信號(hào)強(qiáng)且穩(wěn)定。
缺點(diǎn)：大管道探頭安裝（特別是外壁粗糙的管道）不易精確定位，埋在地下多年的老管道（因生產(chǎn)工藝、廠家等諸多因素）管壁厚度、內(nèi)徑不能準(zhǔn)確確定，是影響測(cè)量精度（準(zhǔn)確度、以下簡稱精度）的主要原因之一。
（3）管段式超聲波流量計(jì)
某些管道因材質(zhì)疏、導(dǎo)聲不良或銹蝕嚴(yán)重，襯里和管壁有間隙等原因、造成超聲波信號(hào)衰減嚴(yán)重，用外夾式超聲流量計(jì)無法正常測(cè)量時(shí)，可用管段式（又稱滿管式）超聲流量計(jì)。它是把換能器與一段標(biāo)準(zhǔn)的短管制成一體，出廠時(shí)經(jīng)過逐臺(tái)標(biāo)定的流量計(jì)，精度可以達(dá)到0.5級(jí)，主要用于計(jì)量數(shù)據(jù)較高的地方。注意：一定要在保證上、下游直管段的情況下才能確保其精度。
缺點(diǎn)：一次性投入較大，且必須斷流安裝
（4）以上介紹了幾種常用的單聲道流量計(jì)，國產(chǎn)流量計(jì)多屬此類。近幾年又出現(xiàn)了雙聲道，四聲道等多聲道超聲波流量計(jì)，多聲道流量計(jì)對(duì)提高測(cè)量精度有很大作用，此類多屬進(jìn)口流量計(jì)（國內(nèi)個(gè)別廠家也生產(chǎn)，如索尼卡等），但價(jià)格很高，如果資金充足，計(jì)量精度要求高可選此類超聲流量計(jì)。
3．選型
總的來講進(jìn)口超聲流量計(jì)比國產(chǎn)超聲流量計(jì)要先進(jìn)一些，但是價(jià)格要比國產(chǎn)貴2一3倍，國內(nèi)不少有實(shí)力的企業(yè)都擁有進(jìn)口超聲流量計(jì)
我們認(rèn)為多臺(tái)固定式國產(chǎn)超聲流量計(jì)、配一臺(tái)進(jìn)口便攜超聲流量計(jì)，作為對(duì)固定式流量計(jì)校對(duì)之用是比較合理的，因?yàn)槟壳皣a(chǎn)超聲流量計(jì)完全能夠滿足供水企業(yè)的要求，以上對(duì)目前廣泛使用的各種超聲流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)作了簡單介紹，用戶可根據(jù)本企業(yè)的實(shí)際情況選擇。選購時(shí)注意幾點(diǎn)：
（1）多了解有關(guān)信息，以不被夸張的宣傳所迷惑。
（2）選擇有研發(fā)能力的生產(chǎn)廠家，這樣才能保證質(zhì)量及售后服務(wù)。
（3）所選擇的超聲波流量計(jì)要價(jià)廉物美，即能滿足需要就行，不必貪多求全，造成許多功能閑置不用，而增加購買成本。
二、超聲波流量計(jì)的應(yīng)用
1．固定式超聲波流量計(jì)（管段式、插入式、外夾式）購買后，一般都由廠方派人現(xiàn)場指導(dǎo)安裝。但要注意以下幾點(diǎn)：
（1）主機(jī)與換能器之間連接電纜（大部分廠家規(guī)定在300M以內(nèi)）要盡量短。一是減小信號(hào)衰減，二是防止外界干擾，使主機(jī)能長期穩(wěn)定工作。且要避免與動(dòng)力電纜近距并行埋設(shè)。若無法避免應(yīng)穿鋼管加強(qiáng)屏蔽，或縮短信號(hào)電纜后加遠(yuǎn)傳顯示裝置。
（2）校零點(diǎn)，在流體靜態(tài)時(shí)，儀器的示值稱為“零點(diǎn)”（此時(shí)的示值不一定為零）。當(dāng)流量計(jì)的示值不為零時(shí)，任何時(shí)刻該“零點(diǎn)”的值將疊加在流量計(jì)的真值上，從而使測(cè)量值出現(xiàn)偏差。調(diào)零的目的就是消除安裝零點(diǎn)，確保測(cè)量精度。盡可能停水校零點(diǎn)，若確實(shí)不能停水校零可采取其它辦法。
（3）固定式流量計(jì)（除帶標(biāo)準(zhǔn)管外）安裝好后，要堅(jiān)持逐臺(tái)校對(duì)。一是用便攜式超聲流量計(jì)校對(duì)，此法較簡便，二是對(duì)不能用便攜式流量計(jì)校對(duì)的管道（如水泥管等）可采用清水池校對(duì)，（如：我們?cè)谠艿酪蜒b的渦輪流量計(jì)拆除后，安裝口留著，以便隨時(shí)用渦輪流量計(jì)校對(duì)，做到心中有數(shù)）。
（4）保證安裝時(shí)上、下游的直管段是確保計(jì)量準(zhǔn)確的前提條件。
超聲波流量計(jì)敏感于流過換能器的流速分布剖面，管道中流體的穩(wěn)定與否很重要，為了保證計(jì)量的準(zhǔn)確各廠家都規(guī)定上游要保證不小于10D，下游不小于5D的直管段，直管段長度對(duì)精度影響程度如何，中山水司所做的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，足以說明這個(gè)問題。（表一為測(cè)試數(shù)據(jù)）
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管徑 |
上游 |
下游 |
誤差 |
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Ø50mm |
4 D |
2 D |
-18.7% |
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80 D |
28 D |
-1.67% |
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Ø150mm |
1.33 D |
1.33 D |
-7.96% |
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13.3 D |
6.6 D |
-1.12% | |
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Ø200mm |
1.25 D |
1.25 D |
-5.99% |
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13.5 D |
10 D |
-1.7% |
（ 表 一）
由表一可以看出當(dāng)上、下游直管段長度不能保證時(shí)，流量計(jì)的測(cè)量誤差是很大的，且管徑越小，所引入的測(cè)量誤差越大。因此因條件限制不能保證上下游直管段時(shí)：1、要降低精度等級(jí)使用，2、采用其他方法測(cè)試校對(duì)，以修正誤差，3、改用其它形式的流量計(jì)。
（５）測(cè)量精度
高精度超聲流量計(jì)均為多聲道或管段式，中、小口徑管段式超聲流量計(jì)通常都做實(shí)流標(biāo)定，具有0.５％精度，美國康創(chuàng)多聲道標(biāo)稱精度為０.２５－０.５％。
目前廣泛使用的國產(chǎn)單聲道超聲流量標(biāo)稱精度為１％，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于現(xiàn)場管道的內(nèi)徑、壁厚、圓度都無法精確測(cè)量等諸多因素會(huì)使測(cè)量精度超出標(biāo)稱精度許多，對(duì)供水行業(yè)的計(jì)量來說，超聲波流量計(jì)的實(shí)際測(cè)量誤差能控制在3％以內(nèi)就不錯(cuò)了。
三、疑點(diǎn)討論
1．測(cè)量介質(zhì)（如：水）溫度變化對(duì)測(cè)量精度的影響
時(shí)差式超聲波測(cè)量流速的計(jì)算公式為 V=C²·△T/2 L。 △T為兩傳感器之間的聲波時(shí)差，L為兩傳感器之間的距離，其中C為聲波在流體中的傳播速度，在溫度變化時(shí)也發(fā)生變化，特別是在冬夏季節(jié)水溫變化較大時(shí)，C2的變化就更大。超聲流量計(jì)在輸入?yún)?shù)時(shí)，只要求輸入測(cè)量時(shí)的溫度，那么溫度變化時(shí)，對(duì)測(cè)量精度的影響如何，本人未見過這方面論述，希望與同行或廠家共同探討。
2．低流速下測(cè)量的精度
較多商家的超聲流量計(jì)資料中都宣稱，流速范圍為±0-16m/s,某國外超聲流量計(jì)資料宣稱：再流速±14m/s內(nèi)可維持標(biāo)定精度。在低流速段0.2m/s以下是否還能保證±1％的精度呢？這就難說了。就此問題詢問過多個(gè)廠家，有的說：在0.04m/s時(shí)精度為5％，修正后可達(dá)1％，有的說：0.01m/s時(shí)，其誤差在±5%，但都無實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而事實(shí)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這個(gè)范圍。我們?cè)?jīng)把一臺(tái)國產(chǎn)便攜超聲流量計(jì)送省計(jì)量局標(biāo)定，0.4m/s以上精度為1級(jí)。我們要求作了一個(gè)低流速點(diǎn)0.2m/s的標(biāo)定，結(jié)果誤差為－15%。
我們?cè)诔暳髁坑?jì)的使用中多次遇到管道中水流速在0.2m/s以下的情況。所以對(duì)此問題比較關(guān)心，也想看到同行或廠家在低速度下所做的實(shí)驗(yàn)。
