我公司生產的SLPC-TG/11NGBH13系列超聲波流量計是非接觸式流量計。它利用超聲波在流體中傳播時，其傳播速度受到流體流速的影響，通過測量超聲波在流體中的傳播速度，就可以檢測出流體的流速，從而換算出流量來。理論上說凡是能傳播聲音的流體，均可用它測量；（但是全球現狀目前能做到的一般指液體）我公司引自國外先進技術，結合公司自身特色，生產的SLPC-TG/11NGBH13系列流量計已得到廣大客戶的認可，現將我公司超聲波流量計的原理、特點及其在渤海造船廠的應用做一下詳細介紹。
1、SLPC-TG/11NGBH13系列超聲波流量計的測量原理：
（1）SLPC-TG/11NGBH13系列超聲波的測量概述：
SLPC-TG/11NGBH13系列超聲波流量計一般可分現場傳感器（即探頭），傳輸電纜，顯示主機三大部分。其傳感器有插入式、法蘭式（即管段式）和船廠使用的外夾式三類，顯示主機分固定式、便攜式及其船廠使用的盤裝式。
我公司生產的超聲波流量計的傳感器是采用壓電元件。當振蕩信號加在壓電元件上時，由于其壓電效應，使其壓電元件產生超聲波振動輸出。該超聲波以某一角度入射到流體中進行傳播，然后由接收器接收并由接收器內的壓電元件將該超聲波解調為電能；發射器利用壓電元件的逆壓電效應、而接收器則是利用壓電元件的壓電效應。
SLPC-TG/11NGBH13系列超聲波流量計傳感器的壓電元件通常做成圓形薄片，沿厚度振動。薄片直徑超過厚度的10倍，以保證振動的方向性。壓電元件的材料多采用鋯鈦酸鉛。壓電元件被置入聲楔中，構成傳感器整體(又稱探頭)。聲楔材料不僅要求強度高、耐老化，而且要求超聲波經聲楔后能量損失小，即透射系數接近1，常用的聲楔材料為：有機玻璃、橡膠、塑料及膠木等。
（2）SLPC-TG/11NGBH13系列的測量原理：
SLPC-TG/11NGBH13系列超聲波是利用時差法測量原理，當超聲波束在液體中傳播時，液體流動將使傳播時間產生微小變化其傳播時間的變化正比于液體的流速，通過測量超聲波在流體中傳播速度，再利用傳播速度之差與被測流體流速之的關系求取流速從而換算出流量的。
其關系符合下列表達式：
V = M D / sin2θ×△T / Tup Tdown
式中 ：V：超聲波在流體中傳播速度； D ：為管道內徑；
θ：為聲束與液體流動方向的夾角； ΔT=Tu–Tdown；
M ：為聲束在液體的直線傳播次數；
Tup ： 為聲束在正方向上的傳播時間（由上游傳感器到下游傳感器間的傳播時間）
Tdown：為聲束在逆方向上的傳播時間（由下游傳感器到上游傳感器間的傳播時間）
設靜止流體中的聲速為c，流體流動的速度為u，傳播距離為L，當聲波與流體流動方向一致時（即順流方向），其傳播速度為c＋u；反之，傳播速度為c－u；在相距為L的兩處分別放置兩組超聲波發生器和接收器（T1、R1）和（T2、R2）。當T1順方向，T2逆方向發射超聲波時，超聲波分別到達接收器R1和R2所需要的時間為t1 和t2 ，則：
t1 = L / ( c + u )； t2 = L / ( c –u )；
因流體的流速比聲速小的多，即c >> u ，因此兩者的時間差為：
△t = t2 - t1 = L / ( c –u ) －L / ( c + u )=2 L u /c2
由此可知，當聲波在流體中的傳播速度c已知時，只要測出時間差 △t 即可求出流速u，進而可求出流量Q 。
除此以外還有頻差法和相差法兩種測量原理。
2、超聲流量計的分類：
我公司生產的超聲波流量計的傳感器分三種，故安裝、選型及其應用方式也分三種：
a）管段式超聲流量計：
某些管道因材質疏、導聲不良，或者銹蝕嚴重，襯里和管道內空間有間隙等原因，導致超聲波信號衰減嚴重，用外貼式超聲波流量計無法正常測量，所以產生了管段式超聲波流量計。
精度最高，可達到±0.5%，而且不受管道材質、襯里的限制，適用于流量測量精度要求高的場合。但隨著管徑的增大，成本也會隨增加，通常情況下，選用中小口徑的管段式超聲波流量計，較為經濟；
管段式超聲波流量計將傳感器和測量管組成一體，但傳感器安裝時需切開選定的直管段，采用法蘭聯接。但以后的維護可不停產。
b）外貼式超聲流量計：
外貼式傳感器安裝時無需管道斷流，只需將管外壁的安裝位置打磨光滑后用專用耦合劑（室溫固化的硅橡膠或高溫長鏈聚合油脂）將傳感器（探頭）貼于管外壁再用專用夾緊裝置固定。能夠完成固定和移動測量。充分體現安裝簡單、不損壞管路。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。船廠用的就是我公司生產的外貼式超聲波流量計探頭。
c）插入式超聲流量計：
插入式超聲波流量計可不斷流利用專門工具帶壓在管道上打孔，把傳感器插入管道內完成安裝。實現不停產維護。一般為單聲道測量，為提高測量準確度，可選擇三聲道；由于傳感器在管道內，其信號的發射、接受只經過被測介質，而不經過管壁和襯里，所以其測量不受管質和管襯材料限制。
3、我公司超聲波流量計的技術特點：
1）非接觸式測量（夾裝式）
2）無流動阻撓測量，無額外壓力損失；
3）特別適合大管徑測量，其成本與管徑基本無關；
4）可制成便攜式測量儀表；
5）準確度0.5%～1.5%；
6）量程比較寬，可達5：1、輸出與流量之間呈線性；
7）當被測液體中含有氣泡或雜音時，會影響測量精度，要求前后直管段分別為10D和5D；
8）超聲波傳感器及耦合材料耐溫程度受流體溫度范圍的限制；同時在高溫狀態下，被測流體聲速研究的實驗數據不全。所以目前只能測量160℃以下的流體；
9）可測量雜質或氣泡含量較多的液體（特殊時請說明，我公司可提供多普勒式超聲波流量計）
10）液體的流速每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m／s左右，若要求測量流速的準確度為1％，則聲速的測量準確度需10-5，所以超聲波流量計的測量線路復雜，成本較高。
4、SLPC-TG/11NGBH13系列傳感器技術參數及外形尺寸：
（1）傳感器技術參數
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插入式 |
管段式 |
外夾式 |
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管徑及管壁厚適用范 圍(mm) |
DN80～DN2000，管壁厚度(包括管襯) |
DN20～DN400 |
DN20～DN4000 |
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材質 |
1Cr18Ni9Ti（不銹鋼） |
鋼或不銹鋼 |
1Cr18Ni9Ti（不銹鋼） |
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傳感器最高 承壓能力 |
管內部分壓力不超過 2MPa, 傳感器浸水深度不超過3m。 |
壓力＜1.6MPa；傳 感 器 浸 水 深 度 ＜3m |
與管道內壓力無關，傳感 器浸水深度＜3m。 |
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被測介質溫 |
常溫型：4℃～+50℃ 高溫型：4℃～+150℃ |
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傳感器工作 環境溫度 |
-40℃～+70℃ |
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傳感器電纜長度 |
10、20、30……300m |
10m、20m、30m……300m |
10m、20m、30m……200m |
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防護等級 |
IP68 |
IP68 |
可做成IP68（需特殊說明） |
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防爆型 等級 |
ExibⅡBT6 （廠用本質安全型） |
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5、超聲波流量計的故障分析與處理：
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故障現象 |
原因 |
解決方案 |
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儀表存在以下現象： ①示值不準②無示值、③流量為負 ④流量波動大； |
a）測量點位置選擇：如測量點非滿管流，內部銹蝕，直管段長度不夠或上游存在擾動源可導致 ① ② ④； b）傳感器安裝：如傳感器與管道間有銹斑、耦合劑涂不均勻或傳感器安裝偏離管線正側面可導致 ① ②； c）電纜連接：上下游傳感器電纜若接反可導致 ③； d）數據設置：將管道各參數如管徑、管壁厚、材質、安裝角度等精確測量后設置于儀表內，否則導致①。 |
a）傳感器位置重新選點，確保前10D后5D的工況要求； b）重新調整傳感器位置，清冼傳感器發射面、處理銹斑、均勻涂抹耦合劑； c）更正電纜接線； d）重新正確設置各參數。 |
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儀表接通電源而無顯示 |
無交流電壓輸入 |
檢測儀表電源板有無交流電壓輸入 |
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無直流電壓輸出 |
檢測電源板有無直流電壓輸出 |
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電源插座松動 |
掀開面板，看插座是否插緊 |
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瞬時流量計波動大 |
信號強度波動； |
調整好探頭位置； 提高信號強度，保證信號強度穩定。 |
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本身測量流體波動大； |
重新選點，確保前10D后5D的要求。 |
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外夾式流量計信號低 |
管徑過大，管道結垢嚴重； |
對于管徑過大、結垢嚴重，建議采用插入式探頭。 |
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選擇安裝方式不對。 |
選擇“Z”型安裝方式 |
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插入式探頭使用一段時間后信號降低 |
探頭發生偏移或探頭表面水垢厚； |
重新調整探頭位置，清冼探頭發射面。 |
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開機無顯示： |
供電電源不正常； |
檢查所供電源與儀表的額定值是否相符，保險絲是否燒斷； |
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開機后儀表僅有背光，無任何字符顯示 |
一般為儀表程序丟失； |
重新下裝程序。 |
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流速顯示不正常數據劇烈變化： |
傳感器安裝在管道振動大或改變流態裝置（如調節閥、泵、縮流孔的下流）地方； |
將傳感器裝在遠離振動源或移至改變流態裝置上游的地方； |
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儀表在現場強干擾下無法使用 |
供電電源波動范圍較大，周圍有強磁場干擾，接地線不正確。 |
提供穩定的供電電源，儀表安裝遠離變頻器和強磁場干擾，設置良好的接地線。 |
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儀表示值數據不正確 |
a）傳感器裝在水平管道的頂部和底部的沉淀物 干擾超聲波信號； b）傳感器裝在水流向下的管道上，管內未充滿流體。 c）傳感器裝在使流態強列烈波動的裝置的前后，如部分關閉的閥門、各種節流裝置等；正好在傳感器發射和接收的范圍，使讀數不準； d）流量計管徑與管道內徑不匹配 |
a）將傳感器裝在管道兩側； b）傳感器裝在充滿流體的管段 c）將傳感器裝在遠離上述裝置的上游； d）傳感器上、下游分別距上述裝置30D、10D； e）修改管徑，使之匹配。 |
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當控制閥門部分關閉或降低流量時讀數反而會上升增加： |
傳感器裝的過于靠近控制閥下游，當部分關閉閥門時流量計測量的實際是控制閥門縮徑流速提高的流速，因口徑縮小而流速增加 |
將傳感器遠離控制閥門，傳感器上游距控制閥30D或將傳感器移至控制閥上游距控制閥5D； |
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傳感器是好的，但流速低或沒有流速 |
a）由于管道外的油漆、鐵銹未清除干凈 b）管道面凹凸不平或安裝在焊接縫處； c）管道圓度不好，內表面不光滑，有管襯式結垢。若管材為鑄鐵管，則有可能出現此情況； d）被測介質為純凈物或固體懸浮物過低 e）傳感器安裝纖維玻璃的管道上； f）傳感器裝在套管上會削弱超聲波信號 g）傳感器與管道耦合面有縫隙或氣泡。 |
a）重新清除管道，安裝傳感器； b）將管道磨平或遠離焊縫處； c）選擇鋼管等內表面光滑管道材質或襯的地方； d）選用適合的其它類型儀表； e）將玻璃纖維除去； f）將傳感器移到無套管的管段部位上； g）重新安裝耦合劑。 |
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流量計在正常工作時，突然間不能測量其流量值： |
a）被測介質發生變化； b）被測介質由于溫度過高產生氣化； c）被測介質溫度超過傳感器的極限溫度： d）傳感器下面的耦合劑老化或消耗了； e）由于出現高頻干擾使儀表超過自身濾波值： f）計算機內數據丟失； g）計算機死機。 |
a）改變測量方式； b）降溫 ； c）降溫 ； d）重新涂耦合劑 ； e）遠離干擾源 ； f）重新輸入數值 ； g）重新啟動計算機。 |
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無字符 無背光 |
交流220V電壓沒有接通 |
接通電源 |
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保險管燒斷 |
確定電壓等級，檢查負載是否 短路或虛接，更換保險管。 |
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電源模塊因保護動作關 斷電源。 |
關閉電源，重新上電。 |
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流量偏差大 |
流量偏差大 |
正確輸入參數。 |
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管道內部嚴重結垢，內徑變小。 |
視垢厚加大壁厚的輸入值，調 整傳感器插入深度。 |
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流量顯示值 波動大 |
液體含氣量大。 |
（1）檢修管網漏氣；（2）管道加裝排氣閥；（3）換點安裝 |
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液體內懸浮物含量過高。 |
選用多普勒型超聲流量計。 |
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直管段不符合安裝要求。 |
重新換地方安裝傳感器。 |
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（1）管道結垢嚴重阻擋聲波傳輸 （2）傳感器聲楔面結垢； （3）傳感器安裝不正確； （4）傳感器損壞； （5）傳感器電纜與轉換器連接 （6）轉換器故障。 |
（1） 調整傳感器插入深度或清除管道垢層（2） 撥出傳感器，清理聲楔面，重新安裝；（3） 正確安裝傳感器；（4） 更換傳感器；（5）重新連接；（6） 更換轉換器電路板。 |
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無流量顯示 |
停泵、閥門關閉、與其它管道相連、局部形成靜態水。 |
開泵、開啟閥門、調節閥門、改變局部壓力。 |
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管道內流速＜小流速切除值 |
檢查小流速切除值并正確設定。 |
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因為誤操作而將現行流量作為零點進行了零點標定。 |
零點標定數值清除。 |
6、定期維護工作：
（1）外貼式超聲波流量計，要定期（半年）檢查傳感器是否松動、與管道之間的粘合劑是否良好；
（2）插入式超聲波流量計，探頭使用一段時間后，就會出現不定期的報警，尤其是流體介質的雜質較多時，要定期（一年）清理探頭上沉積的雜質、水垢等；并定期檢查有無漏水現象；
（3）一體式超聲波流量計，要檢查流量計與管道之間的法蘭鏈接是否良好，并考慮現場溫度和濕度對其電子部件的影響等；
（4） 超聲波流量計測量液體介質時，引壓管容易產生積液，氣溫較低時會出現引壓管凍堵現象，要定期對引壓管進行吹掃或加保溫伴熱。
7、超聲波流量計的安裝注意事項：
超聲波流量計傳感器的現場測量點的選取是否合理及安裝質量，是直接關系到測量系統能否正常工作的主要原因，所以在安裝前要充分考慮傳感器位置的確定、安裝方式的選擇兩個問題。
（1）確定測量點位置時，要注意以下四點：
1）超聲波流量計傳感器的測量點需選在一定長度、水流分布均勻的直管段上，以減少測量誤差。直管段要滿足上游側不小于10D，下游側不小于5D，該直管段的內壁應無水垢、均勻無疤、裂痕以利于超聲波傳輸。若現場達不到這一要求，要在上游側安裝整流器，改善流速場的分布。
若在超聲波流量計傳感器上游側有兩個方向的彎頭或其它阻流件，則前置直管段應＞10D，以滿足流體流速場的均勻分布；
2）超聲波流量計傳感器的測量點首選液體向上（或斜向上）流動的豎直管道，其次是水平管道，盡量避開液體向下（或斜向下）流動的管道防止因液體末充滿管道，造成的各種測量不正常的現象發生。
3）安裝位置不要選在管道走向的最高點，防止管道內因有氣泡聚集而不滿管，造成測量不正常的現象發生。
4）要注意傳感器的安裝位置要盡量避開有變頻調速囂、電焊機等污染電源等場合，以免帶來測量附加誤差。
⑵超聲波流量計傳感器（探頭）的安裝注意事項：
a）超聲波流量計傳感器（探頭）一般選兩臺傳感器安裝在與輸水管道的中心軸線水平面成0度夾角或成45度夾角的位置上；
b）安裝方式主要有對貼式、V式、Z式三種：多譜勒式超聲波流量計采用對貼式、時差式超聲波流量計采用V和Z式，通常情況下，管徑小于300mm時，采用V式、 管徑大于200mm時，采用Z式。對于即可以用V式又可用Z式安裝的傳感器，盡量選用Z式。因這種方式的超聲波信號強度高，測量穩定性好。
1）“V”式的安裝方法：可測管徑范圍為25mm—400mm。安裝時須注意上、下游兩傳感器水平對齊，使其中心連線與管道軸線水平一致；
2）“Z”式安裝適于粗管道或水介質不潔凈或管道內壁有水垢的場合。“Z”式安裝的可測管徑范圍在100mm—600mm。300mm以上的管道較適宜，安裝須注意上、下游兩傳感器與輸水管道軸線在同一平面內，且上游傳感器在低位、上游傳感器在高位；
（3）超聲波流量計傳感器探頭的安裝檢查：
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）超聲波流量計的參數設定及傳感器信號強度調試：
1）按流量計要求輸入管道參數，并記錄。
2）對上、下游傳感器（即探頭）的安裝位置、間距、管道接合度進行調整，將上下游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）。
8、超聲波流量計安裝規程細解：
（1）超聲波流量計在安裝前應充分了解現場情況：
1）安裝傳感器處距主機距離為多少；
2）管道材質、管壁厚度及管徑；
3）管道年限；
4）流體類型、是否含有雜質、氣泡以及是否滿管；
5）流體溫度；
6）安裝現場是否有干擾源（如變頻、強磁場等）；
7）主機安放處要符合要求；
8）使用的電源電壓是否穩定；
9）是否需要遠傳信號及種類；
根據以上提供的現場情況，廠家可針對現場情況進行配置，必要情況下也可特制機型。
（2）選擇安裝位置：
選擇安裝管段對測試精度影響很大，所選管段應避開干擾和渦流這兩種對測量精度影響較大的情況，選擇管段應滿足下列條件：
1）避免在水泵、變頻，即有強磁場和震動干擾處安裝檢測設備；
2）選擇管材應均勻致密，易于超聲波傳輸的管段；
3）足夠長的直管段，上游直管段必須要大于10D，下游要大于5D；
4）安裝點上游距水泵應有30D距離；
5）流體應充滿管道；
6）要有足夠的空間便于現場人員操作，地下管道需做測試井。
（3）確定傳感器的安裝方式：
傳感器一般有兩種安裝方式，即Z法和V法。但當D＜200mm而現場情況為下列條件之一者,也可采用Z法安裝：
1）當被測量流體濁度高，用V法測量收不到信號或信號很弱時；
2）當管道內壁有襯里時；
3）當管道使用年限太長且內壁結垢嚴重時；
對于管道條件較好者，即使D稍大于200mm，為了提高測量精度，也可采用V法安裝。
（4）求得安裝距離，確定傳感器位置：
1）將管道參數輸入儀表，選擇傳感器安裝方式，得出安裝距離；
2）在水平管道上，一般應選擇管道的中部，避開頂部和底部（頂部可能含有氣泡、底部可能有沉淀）；
3）V法安裝：先確定一個點，按安裝距離在水平位置量出另一個點。
Z法安裝：先確定一個點，按安裝距離在水平位置量出另一個點，然后測出此點在管道另一側的對稱點。
（5）管道表面處理（外貼式）：
確定傳感器位置之后，在兩安裝點±100mm范圍內，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：光澤均勻，無起伏不平，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。
（6）微調傳感器位置：
接完線后把傳感器內部用硅膠注滿，放置半小時，然后用硅膠和卡具把傳感器固定到打磨好的管道上（注意傳感器方向，引線端向外），然后觀察儀表的信號強度、強度與傳輸時間之比，如發現不好，則細微調整傳感器位置，直到儀表的信號達到規定的范圍之內：
（7）固定傳感器：
信號調整好后，用所配卡具將傳感器固定好，不要使鋼絲繩傾斜，以免拉動探頭移位，再用硅膠將探頭與管道接觸的四周封住。此膠凝固需一天，未干前必須注意傳感器防水（信號線外屏蔽線要可靠接地）。
9、SLPC-TG/11NGBH13系列超聲波流量計在船廠出現的問題及其解決辦法
現場在不允許停產而要求計算流量時，外貼式流量計的優越性就顯現出來，渤船廠就是在這樣的情況下選擇了我公司的SLPC-TG/11NGBH13系列，在安裝時，發現了各式各樣的問題，比如，直管段不足，50年的老管道，高溫液體、管壁結垢嚴重，電磁場干擾，管道震動嚴重等等惡劣的現場工況，針對以上的問題，我公司售后隊伍做了如下工作去解決現場出現的問題。
1）直管段不足的解決方案，直管段不足會直接影響儀表的測量精度，但是我們通過詳細測量，將安裝位置精確到毫米級，雖不能滿足前10后5，但是基本上能滿足前5后2，或者前3后1，確定了一個最適合安裝的位置，去確保直管段最大限度的滿足現場工況，來確保儀表的精度。
2）50年的老管道，50年的老管道帶給我們的難題是腐蝕嚴重，打磨外壁的工作量大，且不容易找到信號，在這樣的條件下，我們通過現場試驗，更換多個測量點位置，終于找到了最適合測量的點，確保了儀表的信號強度和信號質量滿足了正常的測量要求，得到了客戶的認可。
3）對溫液體，我們采用了我公司的高溫探頭，在這種環境下，我們克服了高溫、高危的惡劣環境，通過嘗試，將儀表安裝在了最容易維護的位置，方便了日后的維護工作。
4）管壁結垢嚴重，眾所周知，管壁結垢嚴重影響儀表的測量信號，但是在這種工況下，怎么去測量流量呢？我想任何管道的結垢情況都不是均勻的，在這如果我們能找到結垢最薄的位置(兩個探頭的安裝點)來安裝儀表，多嘗試，移動兩個探頭，找到信號質量的最大值來安裝。這樣就能很大程度上去確保儀表的信號，但是這種方法我是不提倡的，在這樣的情況下，還是換插入式為宜。
5）電磁場干擾，電磁場干擾對儀表信號線的影響很大，為此，我們單獨跑線，穿管，做好屏蔽接地，來確保儀表的精度，還有，我公司生產的盤裝式表頭本身的抗干擾能力也很強。在某些位置，無法單獨跑線，信號線跟強電一起走的線槽，我公司儀表照樣能夠正常運行并可靠工作。
6）管道震動，管道震動的解決方法是將探頭和管道緊緊的栓在一起，不讓探頭隨著管道的震動位置發生偏移，當信號衰減時，將探頭位置稍微動一下便可恢復正常，管道震動大的地方往往維護的工作量較大，我們還是建議將探頭盡量安裝在震動較小的地方。
我公司技術人員克服了種種惡劣的工況環境，確保了儀表的可靠正常運行，當然，這也離不開我公司儀表的優質性能。
我公司爭優創新的工作理念，盡職盡責的工作作風，技術精湛的售后團隊，
當然還有優質可靠地計量儀表必定是您的首選。