超声波流量计的工作原理与常见故障的诊断

超声波流量计是一种常用不直接接触被测介质的非接触式流量计,它通过测量超声波技术在介质内的传播时问差来测量流体的流速,进而计算出流体的流量,准确度高.对于专业的技术人员来说,难免会在日常工作中遇到新型仪器、仪表,除了要严格按照仪器、仪表的说明书、安装手册等随机资料的要求进行安装调试外,更重要的是理解仪器仪表的测量原理和系统构成,将理论知识与现场实际相结合,才能更好地服务于现场仪表的安装.德普瑞小编通过分析故障现象及原因,总结出了一套超声波流量计故障的诊断和排除方法。

西门子超声波流量计

超声波流量计工作原理

超声波流量计是通过检测流体流动时对超声束的作用,以测量体积流量的仪表.超声波流量仪的传感器是将传感器直接捆绑在被测管道的外表面,从而实现流量测量的一种安装方式,解决了其它原理的流量仪在安装时必须断管、停产的难题,是超声波流量仪的基本安装方式,具有与管径无关、安装简单、无需停产、无压力损失等特点.超声波流量计常用的测量方法为传播速度差法,其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速,从而测出流量.它利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而传播速度不同的特点,测量它的顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的差值,从而计算流体流动的速度和流量。

一、超声波流量计优缺点

1.超声波流量计优点

(1)节约能源.改仪表可以夹装在测量管道的外表,不接触流体,所以不干扰流场,没有压力损失,因此是一种比较理想的节能仪表.特别是大流量计量时,节能效益更加显著.

(2)特别适合大口径的流量测量.其它流量计随着口径的增加,造价更大幅度增加,而超声波流量计的造价基本上与被测管道的口径无关.所以,口径越大,优点越显著.

(3)解决流量测量的难题.由于超声波流量计是非接触式仪表,所以,除了用于测量水、石油等一般介质外,还能对强腐蚀介质、非导电介质,易爆和放射性介质进行流量测量,而且不受流体的压力、温度、粘度密度的影响.

(4)安装维修方便,无论是安装还是维修,都不需要切断流体,不会影响管道内流体的正常流通.安装时不需要阀门,法兰、旁通管路等,因此,安装方便,费用低.

(5)通用性好.其它流量计的仪表结构与管道口径的大小是密切相关的,口径改变时,就需要换用不同尺寸的仪表.对超声波流量计来说,无论是管道尺寸的改变,还是流量测量范围的变化,都有较大的适应能力.

2.超声波流量计缺点

超声波流量计是基于集成电路、单片机和自动控制技术的高集成、多功能仪表,先进的控制理论和成熟的电路设计为流量计多种功能的实现奠定了基础,如果要提高流量的测量精度,必须进一步完善测量线路的设计,提高对声速的测量.超声波流量计高度集成的电路设计势必会提高设计制造的成本与难度,而一旦发生故障,维修难度也相应增加.另外,受超声波换能器及传感器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制,以及高温下被测流体传声速度原始数据不全因素的影响,目前还难以将超声波流量计应用在高温介质的流量测量上.

二、超声波流量计常见故障分析

1.瞬时流量异常

瞬时流量异常可能是由于温变压变、通讯电缆、浪涌保护器、流量计算机等故障引起,需要仔细检查确认.通过与其它流量计的温变、压变上传通讯线对换,判断是流量计算机的问题或是现场线路、仪表的问题.以下以A、B超声波流量计举例说明,A正常,B异常.

1)仪表及线路故障判断

把A和B的温变、压变通讯线对换后,B的显示正常,A显示异常,可判断A的温变、压力通讯线路或仪表存在问题.温变和压变都支持HART通讯协议,通过以下方法判断:断开二次仪表的电源,用FLUK供电,并检查二次仪表,如检测不到或数据异常,判断是仪表故障,更换仪表恢复正常生产.

如果能够检测到仪表值并且显示正常,那么恢复向现场仪表的24V供电,逐段检测到流量计算机的通讯电缆如在某段检测不到信号或信号异常,可以判断是该段电缆破损,更换该段电缆恢复正常通讯.如果在经过浪涌保护器后信号异常,可判断是浪涌保护器故障,更换浪涌保护器恢复数据正常传递.

2)流量计算机Hart板故障

把A和B的温变、压变通讯线对换后,A显示正常,B显示异常,说明B的流量计算机故障.检查流量计算机Hart板LED指示灯状态,正常情况下是绿色闪烁,如果显示红色常亮或不亮等其它状态,说明温变和压变对应的Hart板通道损坏.解决办法有两个,一是直接更换Hart板,不用刷新组态;二是更改刷新组态,请技术工程师更改组态,更改温变和压变对应Hart板的通道.一般在夏季雷雨天气下容易出现流量计算机被雷击损坏的情况,特别是Hart板,更容易损坏,需要格外留意.

2.无瞬时流量

1)CPU板故障

CPU板LED指示灯不亮或显示红色.检查方法:笔记本电脑首先安装相关组态软件并激活,用网线连接,把笔记本电脑的IP地址更改,建立通讯局域网,下载组态备用.更换使用备用CPU板,把组态刷到备用CPU板中,冷启动,检查指示灯状态.

2)流量计故障

CPU板LED指示灯不亮或显示红色,表示流量计与流量计算机之间的通讯异常,需要检查流量计的超声换能器和信号放大单元.检查方法:笔记本电脑安装相关软件,通过数据线与流量计的端口相连,通过软件检查在带压下四个声道是否有报警,如果是表示所有超声换能信号全部没有上传上来,需要拆卸下表头,紧固信号放大器,如果信号还传递不上去,表示信号放大器损坏,需要更换新的.

如果检查发现声道报警、信噪比异常、声道增益信号异常,可能是声道换能器损坏或信号放大器损坏,可以通过交叉接线的方法判断.超声波流量计的4对声道分别是A、B、C、D,如果C声道正常,D声道异常,把C1与D1、C2与D2分别对换,如果C声道异常,D声道正常,表示超声换能器损坏,可以拆卸、清洗信号放大器,如果仍然异常,则需要更换同型号的超声换能器;如果C声道正常,D声道异常,表示信号放大器损坏,需要更换同型号的信号放大器.

三、超声波流量计结论与认识

流量仪表大都需要适合的测量介质和工况条件为依托方可发挥正确作用,只有优势而没有缺点的流量仪表现今是不存在的,合理的选择仪表对于现场工程师和管理者是至关重要的.在工业装置中要正确和有效地选择,使用流量测量方法和仪表,必须熟悉流量仪表和生产过程流体特性这两方面的技术,同时还应考虑经济因素.

基于不同原理,适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现,其测量准确的优点,也使其成为化工行业测量流速的首选工具.由于超声波流量计具有抗干扰能力强、测量精度高、无压损、量程比宽、维护量小等特点,近几年,得到了大力的应用.在实际生产中,超声波流量计会出现各种各样的问题,需要我们做到以下几个方面:一是结合实际情况,建立合理的维护保养制度,半年对超声换能器进行检查,半年使用软件检查;二是储备适量的备件和组态,在出现问题时能够及时更换更新;三是技术人员需要不断加强学习,提高自身的技能水平和解决问题的能力.只有这样,才能最大限度的减少因超声波流量计故障造成的影响,降低企业运营成本.

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