1、.GE超聲波流量計(jì)原理以及故障分析周世軍（獨(dú)山子石化煉油廠儀表車(chē)間，克拉瑪依，833600）摘要 本文就GE超聲波流量計(jì)工作原理，以及在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析處理。關(guān)鍵詞 超聲波流量計(jì) 原理 通訊 故障 分析 1、引言：超聲波流量計(jì)在煉油廠部分裝置已經(jīng)投入使用了一段時(shí)間，本文對(duì)超聲波流量計(jì)原理以及安裝注意事項(xiàng)做了詳細(xì)的說(shuō)明。在使用的過(guò)程中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，在這里進(jìn)行分析和總結(jié)。2 工作原理封閉管道用USF按測(cè)量原理分類(lèi)有：傳播時(shí)間法；多普勒效應(yīng)法；波束偏移法；相關(guān)法；噪聲法。本文將討論用得最多的傳播時(shí)間法和多普勒效應(yīng)法的儀表。2.1 傳播時(shí)間法聲波在流體中傳播，順流方向聲波傳播速度會(huì)增

2、大，逆流方向則減小，同一傳播距離就有不同的傳播時(shí)間。利用傳播速度之差與被測(cè)流體流速之關(guān)系求取流速，稱(chēng)之傳播時(shí)間法。按測(cè)量具體參數(shù)不同，分為時(shí)差法、相位差法和頻差法。2.2 多普勒（效應(yīng)）法多普勒（效應(yīng)）法USF是利用在靜止（固定）點(diǎn)檢測(cè)從移動(dòng)源發(fā)射聲波多產(chǎn)生多普勒頻移現(xiàn)象。（1） 流速方程式 發(fā)送器向流體發(fā)的超聲信號(hào),如果流體中有固體顆?；驓馀荽嬖?則會(huì)產(chǎn)生散射.當(dāng)測(cè)量管道內(nèi)的流體流動(dòng)時(shí),散射出來(lái)的聲波信號(hào)的頻率和發(fā)射聲波頻率是不一樣的,即會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移,頻移量和流體的流速成正比。 如圖所示，超聲換能器A向流體發(fā)出頻率為fA的連續(xù)超聲波，經(jīng)照射域內(nèi)液體中散射體懸浮顆?；驓馀萆⑸?，散射的超聲波

3、產(chǎn)生多普勒頻移fd，接收換能器B收到頻率為fB的超聲波。3 超聲波流量計(jì)的應(yīng)用3.1 正確選擇這是超聲波流量計(jì)能夠正常工作的基礎(chǔ)。如果選型不當(dāng)，或會(huì)造成流量無(wú)法測(cè)量，或者用戶使用不做便等后果。具體選型原則，前面已做了詳細(xì)的介紹。3.2 合理安裝換能器安裝不合理是超聲波流量計(jì)不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個(gè)問(wèn)題。確定位置時(shí)除保證足夠的上、下游直管段外，尤其要注意換能器盡量避開(kāi)有變頻調(diào)速?lài)?、電焊機(jī)等污染電源的場(chǎng)合。在安裝方式上，主要有對(duì)貼安裝方式和V方式、Z方式三種，如圖3。多譜勒式超聲波流量計(jì)采用對(duì)貼式安裝方式，時(shí)差式超聲波流量計(jì)采用V方式和Z方式，通常情況下

4、，管徑小于300mm時(shí)，采用V方式安裝， 管徑大于200mm時(shí)，采用Z方式安裝。對(duì)于即可以用V方式安裝又可以方式安裝的換能器，盡量選用Z方式。實(shí)踐表明，Z方式安裝的換能器超聲波信號(hào)強(qiáng)度高，測(cè)量的穩(wěn)定性也好.3.3 及時(shí)核校對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝固定式超聲波流量計(jì)數(shù)量大、范圍廣的用戶，可以配備一臺(tái)同類(lèi)型的便攜式超聲波流量計(jì)，用于核?，F(xiàn)場(chǎng)儀表的情況。一是堅(jiān)持一裝一校，即對(duì)每一臺(tái)新裝超聲波流量計(jì)在安裝調(diào)試時(shí)進(jìn)行核校，確保選位好、安裝好、測(cè)量準(zhǔn)；二是對(duì)在線運(yùn)行的超聲波流量計(jì)發(fā)生流量突變時(shí)，要利用便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行及時(shí)核校，查清流量突變的原因，弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實(shí)發(fā)生了變化.3.4 定期維護(hù)與其他

5、流量?jī)x表相比，超聲波流量計(jì)的維護(hù)量是比較小的。對(duì)于外貼換能器超聲波流量計(jì)，安裝以后無(wú)水壓損失，無(wú)潛在漏水，只需定期檢查換能器是否松動(dòng)，與管道之間的粘合劑是否良好即可；定期維護(hù)可以確保超聲波流量計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。4 超聲波流量計(jì)故障分析4.1 流向是否正常：變送器現(xiàn)場(chǎng)指示流量值正確，但為負(fù)值，傳遞到DCS顯示為0值，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)是探頭信號(hào)線纜到變送器接反導(dǎo)致，調(diào)整過(guò)后正常。4.2 進(jìn)行信號(hào)診斷：信號(hào)強(qiáng)度SSup;SSdn、聲速SNSP：50-55 偏低可能不穩(wěn)定 55-60 低一點(diǎn),可以接受 60-65 好 65-75 非常好 75-99 信號(hào)飽和,分辨率可能降低 0. 電纜線開(kāi)路 100. 控

6、制器故障在一塊GE變送器投用后需檢查它的信號(hào)強(qiáng)度，一般情況都在60-65之間，隨著時(shí)間的推移和天氣的變化，信號(hào)強(qiáng)度有偏低的情況，這大多是由探頭部分的問(wèn)題，在測(cè)量循環(huán)水、低溫?zé)崴?、高溫?zé)崴奶筋^遇到信號(hào)強(qiáng)度偏低的情況中有探頭部分松動(dòng)引起的、也有耦合劑缺失引起的，把這幾個(gè)方面的問(wèn)題整改后這種情況會(huì)消失，信號(hào)強(qiáng)度恢復(fù)到60-65之間。聲速SNSP在1450比較好，在現(xiàn)場(chǎng)聲速偏低的情況有耦合劑的原因，也有工況的原因，流速過(guò)低也會(huì)引起聲速過(guò)低的情況。4.3 變送器硬件出現(xiàn)故障： a.在開(kāi)工初期，曾出現(xiàn)變送器顯示屏不顯示，故障燈FAULT亮，經(jīng)檢查是由于集成卡件到顯示屏的一根傳輸線斷，這是由于這根細(xì)小的傳

7、輸線過(guò)于靠近變送器前蓋，在旋轉(zhuǎn)蓋子的情況下很容易由于作業(yè)人員的疏忽而壓斷這根傳輸線，這個(gè)問(wèn)題的解決可以用電烙鐵焊接。b.在設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，也出現(xiàn)變送器顯示屏出現(xiàn)條格狀，變送器輸出不正常，變送器有明顯的焦糊味，經(jīng)測(cè)量24V供電正常，所以在處理的過(guò)程首先以為是顯示屏出現(xiàn)了問(wèn)題，經(jīng)過(guò)詳細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)是電源板出現(xiàn)了問(wèn)題，電源板的電感損害導(dǎo)致，更換電源板則顯示輸出正常。44 輸出有源、無(wú)源的問(wèn)題：在回路聯(lián)校的過(guò)程中，由于此裝置GE超聲波選用四線制，DC24V供電，在施工中，對(duì)于信號(hào)線的采用的是無(wú)源，但聯(lián)校不成功，經(jīng)分析有于此變送器采用的是HART 板，需用有源信號(hào)，在DCS的NODE處將無(wú)源調(diào)整為有源后正

8、常。4.5 解決和375通訊不上的問(wèn)題：對(duì)于和375通訊不上的問(wèn)題，我們一般先采用串聯(lián)一個(gè)250歐姆的電阻通過(guò)降低回路中的阻抗來(lái)進(jìn)行通訊，如果通訊不上，我們則會(huì)認(rèn)為是變送器HART板的組態(tài)出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致，我們則會(huì)用電腦的超級(jí)終端來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。具體如下：原因分析： 375和超聲波流量計(jì)之間不能通訊的主要原因是GE超聲波流量計(jì)HART 板和HART板SLOT位置的組態(tài)丟失或者沒(méi)有被組態(tài)。通過(guò)以下通訊連接和重新選擇組態(tài)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。一通訊的配置：電腦和超聲波流量計(jì)之間的通訊采用RS232轉(zhuǎn)485接口通訊電纜進(jìn)行通訊。二通訊的連接：連接好RS232電纜后，打開(kāi)我的電腦屬性硬件設(shè)備管理器通訊端口找到

9、適用的COM端口。4.6 原先超聲波安裝位置：探頭安裝位置從圖上看出原超聲波位置經(jīng)過(guò)更改，由于原來(lái)位置信號(hào)不好，所以更改位置。注意在安裝之前要把管子保護(hù)漆打磨干凈，涂上專(zhuān)用的耦合劑進(jìn)行安裝。4.7 超聲波探頭安裝：探頭安裝探頭用專(zhuān)用的夾子固定，要用鋼帶緊固，由于管子振動(dòng)比較大。4.8 超聲波一次表安裝一次表安裝從圖上我們可以看出，在表頭我們做了一個(gè)遮陽(yáng)板子，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其參數(shù)發(fā)生改變是由于太陽(yáng)光照射導(dǎo)致。4.9 超聲波安裝超聲波安裝在測(cè)量大管徑流量時(shí)要使用z法安裝方式。4.10 超聲波探頭安裝型號(hào)超聲波探頭安裝型號(hào)超聲波安裝型號(hào)要與設(shè)置型號(hào)相同，在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中，原先使用的是402型號(hào)，由于管線銹蝕嚴(yán)重，所以改為401型號(hào)測(cè)量。4.11 超聲波量程超聲波量程一定要設(shè)置正確，否則影響測(cè)量。5 小結(jié)在我廠超聲波流量計(jì)應(yīng)用過(guò)程中碰到