1 超聲波流量計原理

常用的超聲波流量計有2種原理：時差法和多普勒法。

1.1 時差法原理

超聲波信號在流體中，順流時信號傳播速度快，傳播時間短；逆流時信號傳播速度慢，傳播時間長，利用超聲波信號在流體中順逆流方向聲波信號傳播時間存 在差值，即時差，可以計算出流體流量。時差法較適于測量純凈液體，有較多氣泡的液體或懸浮物會阻礙聲脈沖正常傳播，導(dǎo)致不能正常測量。

1.2 多普勒法原理

超聲波信號在傳播路徑上遇到微小浮游物（懸浮物質(zhì)或微小氣泡）而被散射，超聲接收器能夠接收散射后的超聲波信號。發(fā)射信 號頻率受多普勒效應(yīng)的影響后變?yōu)椴煌慕邮招盘栴l率，2個頻率之差與流體流速有確定的數(shù)量關(guān)系，由此可以計算出流體流量。多普勒法流量計不能測量清潔的流 體，僅能測量約50mg/L以上濁度的流體。同時多普勒法測量精度低于時差法，一般為2.0級，即2%滿量程誤差（2%F.S.）。

2 超聲波流量計使用注意事項

近幾年，隨著超聲波流量計在污水流量計在線校準(zhǔn)中的應(yīng)用越來越普遍，流量計準(zhǔn)確性不高的問題也逐漸暴露出來，原因主要是操作不規(guī)范和流量計自身問題。

2.1 操作不規(guī)范

管道方面，技術(shù)人員經(jīng)常不按照標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程進(jìn)行操作，例如未準(zhǔn)確測量管道外徑、周長、壁厚、接觸溫度等，這些參數(shù)都會對超聲流量計的原始數(shù)據(jù)修正產(chǎn)生重要影響。

安裝方式方面，技術(shù)人員經(jīng)常不按照管道大小和信號強(qiáng)度選擇安裝方式，往往選擇流量計的默認(rèn)雙聲程模式。正確的安裝方式為：在大管道和復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)采用單聲程；在小管道和信號特強(qiáng)的情況下選擇多聲程。

安裝位置方面，技術(shù)人員往往隨意放置超聲探頭，且不確認(rèn)管道污水是否滿管這一重要的測量條件。正確的安裝位置為：應(yīng)選擇管道的水平中間位置放置探頭；只有在管道滿管的條件下才能進(jìn)行準(zhǔn)確測量，流體向上流的垂直管道能保證滿管流。

除此以外，現(xiàn)場的管道內(nèi)襯的種類和厚度等重要參數(shù)往往很難獲得，這些也嚴(yán)重影響了流量計的準(zhǔn)確性。

2.2 超聲波流量計自身問題

首先是時差法和多普勒法流量計的選用。時差法流量計適用于純凈液體的計量，準(zhǔn)確度優(yōu)于±1.0%；多普勒法流量計適用于濁度50mg/L以上的流 體。因此，2種原理的流量計在污水流量計校準(zhǔn)時的選用非常重要。一般情況下，管道中污水較干凈時，可選用時差法；當(dāng)污水較渾濁時，應(yīng)選用多普勒法。但是污 水干凈還是渾濁在現(xiàn)場很難被定量界定，因此選用這2種原理的流量計沒有通用方法可遵循，導(dǎo)致流量計自身計量不準(zhǔn)確，更談不上校準(zhǔn)污水流量計了。

其次超聲波接收也存在缺陷。超聲波由于是通過在管道中發(fā)射和接收超聲信號來測量流體流量的，所以管道材質(zhì)對超聲的折射、流體中雜質(zhì)對超聲的反射和散 射、流體中隨機(jī)存在的氣泡和雜質(zhì)的含量高低都會對測量產(chǎn)生不穩(wěn)定的影響。油田污水中含有不少的原油、砂礫、氣泡、化學(xué)藥劑等，管道內(nèi)環(huán)境十分復(fù)雜和多變， 嚴(yán)重影響了測量的精度。

針對超聲波流量計在污水流量計在線校準(zhǔn)中準(zhǔn)確性不高的問題。在近一年的的時間里，使用26臺檢定合格的污水流量計作為參考流量計，對4臺超聲波流量計進(jìn)行了現(xiàn)場在線校準(zhǔn)，通過大量的試驗和數(shù)據(jù)分析，討論超聲波流量計在污水流量計校準(zhǔn)中的作用。