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Z型多声道超声波流量计三次不同故障的专门分析

来源: 作者: 发布日期:2022-02-09

 摘要:随着对流体的测量准确度、稳定性、适用性的要求越来越高,如今多声道超声波流量计得到了广泛使用,因此在流量计运行过程中会遇到不同的异常故障,文章针对出现长期负流量、声道信号消失、显示流量异常波动三次故障作出了专门的分析,通过这三次故障的分析,将流量计故障检查方向基本全部涵盖,希望能够有助于解决日常中遇到的相似问题。

 
超声波流量既适用于大管径的介质流量的测量,也适用于小管径的介质流量的测量。它优点在于测量准确度高的同时,几乎还不受被测介质的各种参数的干扰,另外还可以解决强腐蚀性、非导电性、易燃易爆介质的流量测量不准确问题。虽然超声波流量计无可动部件,需要的维护相对较少,但是由于超声波流量计的换能器怕振动、怕杂质及气泡等影响,因此超声波流量计在日常运行中还是会出现一些常见问题,近期笔者单位热网补充水流量计(三声道)与厂外热网供水流量计(五声道)曾出现显示流量波动大、显示流量为零、显示负流量等异常情况,它们都是关口表计,这些状况都会影响到正常结算,甚至导致结算亏损。
 
1、Z型多声道超声波测量原理
Z型多声道超声流量计是利用传播时间差法来测量流体流量,通过测量超声脉冲传播时间得出介质流量的流动速度,然后根据管道的截面积算出流体体积,非常终对流体体积的时间积分得出相应时间内的总流量。
 
1.1测量原理及示意图
两个相对换能器同时发出声脉冲,让两个声脉冲在管道内沿斜线向逆流和顺流方向传播,而声脉冲传播时间与介质的流速有关,如果流体没有流动,声脉冲将以相同速度向两个方向传播,当管道中的流体正向流动时,沿流体方向顺流传播的脉冲将加快速度,而逆流传播的脉冲将减慢速度,因此当流体流动时,顺流传播的时间t1将缩短,而逆流传播的时间t2会增长,分别测量它们的传播时间t1、t2,算出时间差便可以算出流体的流速,原理示意图如图1所示。
超声波流量计流速测量示意图原理示意图
1.2计算公式及说明
当流体静态时,从传感器A到B,B到A的传播时间t1与t2是相等的,即:
V=0时t1=t2=L/v
 
当流体有正向流速时,从A到B的传播时间t1减少,从B到A的传播时间t2增加,即:
t1=(v+Vcosθ),t2=(v-Vcosθ)
所以如果计算时间差即:△t=t1-t2=2Vcosθ,则:V=△t/2cosθ
 
可得出与声脉冲的声速v无关,只与流体的流速成比例,根据换能器的安装角度就可以计算出当前流体的流速。
 
2出现负流量故障原因分析及处理过程
2019年10月初,对外供热前的补充水试验期间,在停止补水时发现补充水流量计显示流量不是0t/h,而是显示负流量,检查管路无震荡现象,补充水泵无倒转现象,初步怀疑是流量计本身问题。
 
流量计的组成为换能器、线缆、接线盒、表头,经过检查换能器无漏水,测量换能器电容正常;检查线缆无破损,接地线连接良好;检查接线盒接线正常,接线板路无氧化现象;检查表头内部显示信号正常,三个声道的脉冲声速一致,主板无报警,当用示波器检查声道卡件时发现三个卡件的接收信号始波电压偏高,而问题就出在了接收信号的始波电压上。
 
声道卡件上有两个可调旋钮块,非常上边一个可调旋钮块(TP1)是调整换声道卡件门槛电压的,当门槛电压不合适时会有杂波导致显示流量波动,而另一个可调旋钮块(TP2)是调整声道卡件接收信号的,一般接收信号的始波电压为2~3V,当电压过低或者过大则会导致流量偏大、偏小甚至会出现负流量,非常终通过调整接收信号始波后流量计显示恢复为0t/h。声道卡件及示波器测量门槛电压和接收信号的连接方式如图2所示。
超声波流量计整体连接线方式
图2为整体连接线方式,根据测量参数及上(下)游换能器不同来更换连接点。
 
3、声道信号消失故障原因分析及处理过程
2020年10月初,对外供热前的补充水试验期间,在补充水时发现补充水流量计显示流量正常,但是查看信号发现三声道的信号有两个声道信号消失。
 
通过上述非常好个故障的检查步骤检查完毕后均未找到问题,再次检查流量计表头内部其他设置参数后,发现表头内部写入的声道长度与正常的声道长度偏差很大,其声道长度与管径相同,根据图1(a)可知,L是明显大于D的,所以声道长度与管径相同是不正确的,声道长度不正确则会导致流速计算上的误差,因此当板件内部设置距离与实际距离产生较大误差时测量流量为0t/h。通过重新推算声道长度后两个声道信号恢复了正常。
 
判别表头写入的距离与实际距离有偏差的原理是:水温在0~74℃左右时超声波在水中速度为1400~1557m/s左右,温度超过74℃后超声波在水中的声速会再次下降,所以超声波的传播速度基本维持在1400~1557m/s之间,根据初始安装时测量的传播时间,计算非常低声速1400m/s和非常高速度1557m/s相对应的非常小距离和非常大距离,当超出非常小距离和非常大距离范围的距离则判断为错误距离。
 
4、异常波动故障原因分析及处理过程
2020年10月23日,对外供热正常运行期间,发现供水流量显示异常波动,上下波动量超过300t/h,而另外一台热网公司的供水流量计显示正常,初步怀疑是流量表计问题。
 
检查换能器无漏水,测量换能器电容正常;检查线缆无破损,接地线连接良好;检查接线盒接线正常,接线板路无氧化现象;检查表头内部显示信号正常,三个声道的脉冲声速一致,主板无报警;检测声道卡件门槛电压、接收信号正常;检查声道长度也正常。
 
经过再三排查与分析,考虑到该流量计安装位置相对靠近供水管道拐歪处,怀疑流量计换能器附近有汽泡聚集,因为超声波在不同的介质中传播速度不同,当有大量汽泡聚集时,流体工况由纯液体转变为气、液混合流体,超声波的传播速度受到影响,由于汽泡的时变性导致超声波的传播速度不断发生变化,致使显示流量异常波动,通过排汽阀检查确实存在汽泡,经过排汽一段时间后流量计显示回复正常。
 
2020年11月22日,对外供热正常运行期间,再次发现供水流量显示异常波动,上下波动量同样超过300t/h,热网公司的供水流量计还是显示正常,这次检查发现5声道信号消失,测量换能器电容异常,发现换能器延长线接头处已断开,更换延长线后5声道信号恢复正常,流量计显示恢复正常。
 
5、总结
当超声波流量计出现故障时应该检查以下几个方面。(1)换能器本身故障、延长线问题、端子盒及接线问题。(2)流量计表头内部参数设置(仪表长期停电、换能器有过维护移动都会改变实际或储存参数),流量计DPU、声道卡件等板件故障。(3)流体工况的改变,如供水泵运行情况,汽泡聚集情况等。

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