时差法超声波流量计的应用
在计量领域中，流量的计量是最为复杂也是最为困难的一个分支，它关系到工业企业的生产，影响到经济利益体之间的贸易结算，为此我们应下功夫使流量的计量得到合理的应用。水流量的计量就是一例。对于管径分别为600mm，700mm，800mm的大口径供水管管道的水流量的计量问题，与中、小管径水流量的计量问题相比，具有许多特殊性，如果流量计选型不当，就可能造成流量计不能正常使用或测量数据不可靠，这必将给企业生产成本的核算带来诸多麻烦，同时也给维修、维护带来诸多不便。我厂原使用的是插入式涡街流量计，它具有量程比宽、无运动部件和介质适应性强等优点，但其维护工作量较大，计量准确性易受外部条件的影响，安装维护很不方便，出现了不少的问题。为此，我们对该供水流量计进行了改型，选用了唐山汇中仪表有限公司生产的PCL型时差法超声波流量计，安装使用一年来取得了较好的效果。
1 超声波流量计的原理和组成
时差法超声波流量计，是利用超声波在横向穿过流动的液体时，在其顺流和逆流介质中，其超声波的速度有差异而形成速度差（时间差）。时差法超声波流量计就是利用该原理对流体的流速和流量进行测量的。具体方法如下：
若在固定长度L的距离内，分别放置两组超声波发送和接收器，则对于顺流和逆流有：
t1=L/（c+v）（顺流） t2=L/（c-v）（逆流）
式中，c为超声波在静止流体内的传播速度；v为流体流动的速度；t1为顺流传播所需要的时间；t2为逆流传播所需要的时间。
那么，时间差就为：Δt=t2-t1=2Lv/（c2-v2）
由上式可知，流体的流速正比于时间差Δt。由于超声波在不同温度的水内传播速度c略有变化，故仪器本身就带有温度补偿的功能。
其大致的原理过程为：由超声波的探头发射并接收超声波信号，通过对其信号进行转换、放大、运算、补偿等一系列的处理过程.最后显示出要测量的流量值。对于不同的管道，有不同的参数需要设置，这些均由仪器内计算机的软件进行自动调整，并且可以通过功能显示键随时显示出我们所需要的数值（如介质的流速、介质的瞬时流量、介质的累计流量、介质的累计运行时间、超声波探头的安装位置指示、超声波信号强度的指示等），从而非常方便地监视超声波探头的安装情况和仪表的运转情况。
2 超声波流量计的安装与调试
2.1 测量位置的选择及测量方式的确定
在安装探头前，首先要确定测量位置和安装方式。通常情况下采用V方式测量。当被测液体的浊度较高，接收信号强度（仪表A值）较弱时，宜采用Z方式测量，Z方式测量安装方法如图1所示。Z方式测量的安装能够接收到较强声波直接折射的信号，这非常有利于仪表工作的稳定性，因此，我们大部分都采用Z方式的安装进行测量。
我们知道，探头的安装位置的不同、被测管路内流体的流动状态及其变化，均对流量测量的精度有很大的影响，因此，在选择安装探头位置时要特别注意，必须要保证探头安装处的直线管段为：上游侧10D（管284径）和下游侧5D以上，并且在上游侧30D以内，不能有扰动流体流动的因素（如泵，阀，节流孔、件等），同时在安装处还应尽量避开被测管路凹凸不平及有焊接的位置。
2.2 超声波探头安装位置的确定
探头安装示意图如图2所示。
（1）在现场安装好显示计后，接通电源并输入有关的参数，按下调试，键屏幕首先显示出探头应安装的距离
（2）取一段长约4D的宽行打印纸（或幅宽为200mm左右的平行纸带）。
（3）在按要求确定好直管段的基本位置后，在其水平（或垂直）管道的两侧，水平面±45°以内，首先确定其中一个探头的安装位置，并进行局部的打磨和抛光打平，做到无锈蚀、无麻点。
（4）将纸带的一边经过打磨的中间部分环绕管路一周.纸带的两边要很好地重合。
（5）沿着打磨部分的纸边划一圆周线，并用纸带围出周长，在纸带上做出标记。
（6）取下纸带，沿被测管轴线方向通过打磨部分划一直线，与圆周线垂直相交于A点。
（7）将纸带按周长标记对折，形成半周长。然后让纸带的一个端边与沿轴线方向划的直线重合，围绕被测管半周，并沿纸带另一端边在放测管的另一侧划一直线，与周线相交于A1点（AA1为圆管直径）。
（8）根据仪表显示的安装距离，用钢卷尺由A1点沿轴线方向量出此值。局部打磨和抛光打平后，根据安装距离划一周线，与轴线方向的直线垂直相交于B点，B点即是另一个探头的安装位置。
2.3 安装调试
确定好安装位置后，用汽油等溶剂将测量点及探头擦洗干净，然后将一探头涂上凡士林（或黄油）作为声耦合剂用，固定于管道的一侧的A点，将另一探头也涂上凡士林（或黄油）紧贴于另一侧管壁处B点。然后认真地调整探头，使仪表的安装位置指示值B达到3%以内，最后找到最佳的测量点。用钢丝绳卡具或螺纹不锈钢带等紧固探头，探头上的安装标记一定要与所划的十字安装线对准。在紧固过程中，观察安装标记与安装线，不应有任何的移动现象。
3 时差法超声波流量计的特点
（1）由于时差法超声波流量计采用了精密的时差法检测，并有信号的自动跟踪、温度的自动补偿等先进的技术，因此它具有运行稳定、计量准确可靠、仪表的运算和显示精度较高等特点。
（2）对被测介质来说，超声波流量计属于非接触测量，在安装过程中不损坏管路，这可以满足工厂工艺生产用水不断流的要求，安装极为方便。
（3）在测量时，管道中没有节流件，流体不存在压力损失，非常有利于节约能源。
（4）它对于被测流体的技术参数有较宽的适用范围，如水质、流体状态、流体温度及流速（0.1m/s~12m/s）等，工业与生活中的常用介质均能满足要求。
（5）电子线路的集成化程度高，几乎不需要维护与修理，编程简单灵活，用户输入的数据均为常用的原始直接数据，不需要经过人工计算，省时省力。
4 结语
由于超声波流量计具有许多优点，20世纪80年代初，日本已将其普遍应用于自来水公司的大管径供水管网。在大口径管路的液体流量的测量方面。超声波流量计将在大部分场合取代其他类型的流量测量仪表。这是科技进步的表现，也是时代的要求。目前，在国外超声波流量计的测量技术已应用于蒸汽、空气、煤气等难以计量的无液体介质计量领域，一种具有非常广泛用途的流量计。
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