超聲波流量計可用來測量不易接觸、不易觀察的流體流量和大管徑流量,其對流體的溫度、粘度、密度等因素不敏感,靈敏度高,安裝維修方便,通用性好。目前其應用領域已經涉及到工業、農業、水利和污水處理等行業。
超聲波在流體中傳播會載上流體的流速信息,通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速信息,進而可換算成流量。根據對信號的檢測原理,超聲波流量計可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、空間濾波法、噪聲法等類型。傳播速度差法是測量超聲波脈沖順水流和逆水流時的速度差來反映流體流速,從而測出流量。多普勒法是應用超聲波的多普勒效應測得順水流和逆水流的頻差來反映流體流速,從而測岀流量。傳播速度差法又包括時差法、相位差法、直接時差法等。一般而言,被測流體中不含大濃度的懸浮顆粒時,采用時差法;當被測流體中懸浮顆粒比較多時,采用多普勒法。水電站中一般在引水隧洞、機組蝸殼前的壓力鋼管等部位需要安裝超聲波流量計,而電站這些部位水質比較清潔,因此,在水電站中應用時差法超聲波流量計較為廣泛。
根據超聲波在管道中的反射次數,外夾式超聲波流量計可分為“Z”型、“V"型、“N"型等安裝方式。對于“Z"型安裝的超聲波流量計,超聲波在管道中直接傳輸,沒有折射,信號衰減小,建議300mm以上管徑優先選用“Z”型安裝。“V"型安裝的超聲波流量計的超聲波波束在管道中反射1次,穿過流體2次;“N”型安裝的超聲波流量計的超聲波波束在管道中反射2次,穿過流體3次。由于超聲波傳播時間越長,測量精度就越高,因此,在測量小口徑管道中的流體流量時,可采取多次反射的方法,增大超聲波的傳播路徑,進而增大其傳播時間,提高超聲波流量計的測量精度。但每次反射都會造成超聲波信號的衰減,故傳播次數也不宜過多。故“V"型安裝與“N”型安裝相比,“V"型安裝更為常用管徑在100~300mm時可優先選用“V"型安裝。
南美某水電站位于南美洲厄瓜多爾薩莫拉•欽奇佩省境內的薩莫拉河上,工程開發的主要任務為發電,該電站為低閘長引水式電站,裝設3臺沖擊式水輪發電機組,單機容量60MW。根據業主要求,該電站在每臺機組進水閥前的壓力鋼管上安裝1套單聲道外夾式超聲波流量計,用于測量機組進囗的流量,壓力鋼管內徑為1400mm。超聲波流量計的安裝布置,換能器采用“Z”型安裝,兩換能器水平平齊,與管道軸線水平方向一致,換能器電纜接入控制箱。確定好換能器具體安裝位置后,用擰緊固定螺絲將換能器安裝框架在管道外壁固定好,在管道周圍纏繞安裝帶,安裝帶的松緊程度通過安裝帶調節螺母進行調節,通過安裝帶對換能器安裝框架加固。再將涂有耦合劑的換能器裝入換能器安裝框架,擰緊換能器的固定螺絲,將換能器緊緊固定在預定的安裝位置?？刂葡渫ㄟ^螺栓和螺釘在墻上固定。