超聲波流量計特點及常見故障的診斷分析

張欣宇

摘要：超聲流量計是通過檢測流體流動時對超聲束的作用，以測量體積流量的儀表。超聲波流量儀的傳感器是將傳感器直接捆綁在被測管道的外表面，從而實現(xiàn)流量測量的一種安裝方式，解決了其它原理的流量儀在安裝時必須斷管、停產(chǎn)的難題，是超聲波流量儀的基本安裝方式，具有與管徑無關(guān)、安裝簡單、無需停產(chǎn)、無壓力損失等特點。本文通過分析故障現(xiàn)象及原因，總結(jié)出了一套超聲波流量計故障的診斷和排除方法。

關(guān)鍵詞：超聲波；流量計；故障；分析；對策

超聲波流量計常用的測量方法為傳播速度差法，其基本原理都是測量超聲波脈沖順?biāo)骱湍嫠鲿r速度之差來反映流體的流速，從而測出流量。它利用聲波在流體中傳播時因流體流動方向不同而傳播速度不同的特點，測量它的順流傳播時間t1和逆流傳播時間t2的差值，從而計算流體流動的速度和流量。

1.超聲波流量計優(yōu)缺點

1.1超聲波流量計優(yōu)點

（1）節(jié)約能源。改儀表可以夾裝在測量管道的外表，不接觸流體，所以不干擾流場，沒有壓力損失，因此是一種比較理想的節(jié)能儀表。特別是大流量計量時，節(jié)能效益更加顯著。（2）特別適合大口徑的流量測量。其它流量計隨著口徑的增加，造價更大幅度增加，而超聲波流量計的造價基本上與被測管道的口徑無關(guān)。所以，口徑越大，優(yōu)點越顯著。（3）解決流量測量的難題。由于超聲波流量計是非接觸式儀表，所以，除了用于測量水、石油等一般介質(zhì)外，還能對強腐蝕介質(zhì)、非導(dǎo)電介質(zhì)，易爆和放射性介質(zhì)進行流量測量，而且不受流體的壓力、溫度、粘度密度的影響。（4）安裝維修方便，無論是安裝還是維修，都不需要切斷流體，不會影響管道內(nèi)流體的正常流通。安裝時不需要閥門，法蘭、旁通管路等，因此，安裝方便，費用低。（5）通用性好。其它流量計的儀表結(jié)構(gòu)與管道口徑的大小是密切相關(guān)的，口徑改變時，就需要換用不同尺寸的儀表。對超聲波流量計來說，無論是管道尺寸的改變，還是流量測量范圍的變化，都有較大的適應(yīng)能力。

1.2超聲波流量計缺點

超聲波流量計是基于集成電路、單片機和自動控制技術(shù)的高集成、多功能儀表，先進的控制理論和成熟的電路設(shè)計為流量計多種功能的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，如果要提高流量的測量精度，必須進一步完善測量線路的設(shè)計，提高對聲速的測量。超聲波流量計高度集成的電路設(shè)計勢必會提高設(shè)計制造的成本與難度，而一旦發(fā)生故障，維修難度也相應(yīng)增加。另外，受超聲波換能器及傳感器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度原始數(shù)據(jù)不全因素的影響，目前還難以將超聲波流量計應(yīng)用在高溫介質(zhì)的流量測量上。

2.常見故障分析

2.1瞬時流量異常

瞬時流量異?？赡苁怯捎跍刈儔鹤儭⑼ㄓ嶋娎|、浪涌保護器、流量計算機等故障引起，需要仔細(xì)檢查確認(rèn)。通過與其它流量計的溫變、壓變上傳通訊線對換，判斷是流量計算機的問題或是現(xiàn)場線路、儀表的問題。以下以A、B超聲波流量計舉例說明，A正常，B異常。

1）儀表及線路故障判斷

把A和B的溫變、壓變通訊線對換后，B的顯示正常，A顯示異常，可判斷A的溫變、壓力通訊線路或儀表存在問題。溫變和壓變都支持HART通訊協(xié)議，通過以下方法判斷：斷開二次儀表的電源，用FLUK供電，并檢查二次儀表，如檢測不到或數(shù)據(jù)異常，判斷是儀表故障，更換儀表恢復(fù)正常生產(chǎn)。

如果能夠檢測到儀表值并且顯示正常，那么恢復(fù)向現(xiàn)場儀表的24V供電，逐段檢測到流量計算機的通訊電纜如在某段檢測不到信號或信號異常，可以判斷是該段電纜破損，更換該段電纜恢復(fù)正常通訊。如果在經(jīng)過浪涌保護器后信號異常，可判斷是浪涌保護器故障，更換浪涌保護器恢復(fù)數(shù)據(jù)正常傳遞。

2）流量計算機Hart板故障

把A和B的溫變、壓變通訊線對換后，A顯示正常，B顯示異常，說明B的流量計算機故障。檢查流量計算機Hart板LED指示燈狀態(tài)，正常情況下是綠色閃爍，如果顯示紅色常亮或不亮等其它狀態(tài)，說明溫變和壓變對應(yīng)的Hart板通道損壞。解決辦法有兩個，一是直接更換Hart板，不用刷新組態(tài)；二是更改刷新組態(tài)，請技術(shù)工程師更改組態(tài)，更改溫變和壓變對應(yīng)Hart板的通道。一般在夏季雷雨天氣下容易出現(xiàn)流量計算機被雷擊損壞的情況，特別是Hart板，更容易損壞，需要格外留意。

2.2無瞬時流量

1）CPU板故障

CPU板LED指示燈不亮或顯示紅色。檢查方法：筆記本電腦首先安裝相關(guān)組態(tài)軟件并激活，用網(wǎng)線連接，把筆記本電腦的IP地址更改，建立通訊局域網(wǎng)，下載組態(tài)備用。更換使用備用CPU板，把組態(tài)刷到備用CPU板中，冷啟動，檢查指示燈狀態(tài)。

2）流量計故障

CPU板LED指示燈不亮或顯示紅色，表示流量計與流量計算機之間的通訊異常，需要檢查流量計的超聲換能器和信號放大單元。檢查方法：筆記本電腦安裝相關(guān)軟件，通過數(shù)據(jù)線與流量計的端口相連，通過軟件檢查在帶壓下四個聲道是否有報警，如果是表示所有超聲換能信號全部沒有上傳上來，需要拆卸下表頭，緊固信號放大器，如果信號還傳遞不上去，表示信號放大器損壞，需要更換新的。

如果檢查發(fā)現(xiàn)聲道報警、信噪比異常、聲道增益信號異常，可能是聲道換能器損壞或信號放大器損壞，可以通過交叉接線的方法判斷。超聲波流量計的4對聲道分別是A、B、C、D，如果C聲道正常，D聲道異常，把C1與D1、C2與D2分別對換，如果C聲道異常，D聲道正常，表示超聲換能器損壞，可以拆卸、清洗信號放大器，如果仍然異常，則需要更換同型號的超聲換能器；如果C聲道正常，D聲道異常，表示信號放大器損壞，需要更換同型號的信號放大器。

3.結(jié)論與認(rèn)識

流量儀表大都需要適合的測量介質(zhì)和工況條件為依托方可發(fā)揮正確作用，只有優(yōu)勢而沒有缺點的流量儀表現(xiàn)今是不存在的，合理的選擇儀表對于現(xiàn)場工程師和管理者是至關(guān)重要的。在工業(yè)裝置中要正確和有效地選擇，使用流量測量方法和儀表，必須熟悉流量儀表和生產(chǎn)過程流體特性這兩方面的技術(shù)，同時還應(yīng)考慮經(jīng)濟因素。

基于不同原理，適用于不同場合的各種形式的超聲波流量計已相繼出現(xiàn)，其測量準(zhǔn)確的優(yōu)點，也使其成為化工行業(yè)測量流速的首選工具。由于超聲波流量計具有抗干擾能力強、測量精度高、無壓損、量程比寬、維護量小等特點，近幾年，得到了大力的應(yīng)用。在實際生產(chǎn)中，超聲波流量計會出現(xiàn)各種各樣的問題，需要我們做到以下幾個方面：一是結(jié)合實際情況，建立合理的維護保養(yǎng)制度，半年對超聲換能器進行檢查，半年使用軟件檢查；二是儲備適量的備件和組態(tài)，在出現(xiàn)問題時能夠及時更換更新；三是技術(shù)人員需要不斷加強學(xué)習(xí)，提高自身的技能水平和解決問題的能力。只有這樣，才能最大限度的減少因超聲波流量計故障造成的影響，降低企業(yè)運營成本。

參考文獻

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