超声波流量计，超声波流量计

超声波流量计篇1

　　关键词：超声波流量计；故障；原因分析

　　0 概述

　　中洛线六个泵站自动控制系统就采用了超声波流量计与气动调节阀紧密配合进行自动调节控制，与泄漏定位系统配合实现精确定位。它准确可靠地工作对保证全中洛线自动控制系统的正常运行和安全生产有着重要的意义。

　　1 超声波流量计简介

　　超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的仪表，技术成熟领先、性价比高。特别是管道式一体型超声波流量计，应用范围广泛，测量声道可达3个，稳定性和可靠性高，可在线检定，操作和维护成本非常低，性价比高，精度可达±0.3%。它采用先进 “时差法”测量原理，利用超声波脉冲在通过液体顺逆两方向上传播速度之差来求圆管内液体的流量，几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响。

　　2 超声波流量计工作原理

　　当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下列表达式：

　　其中，θ为声束与液体流动方向的夹角，M 为声束在液体的直线传播次数；D 为管道直径，Tup 为声束在正方向上的传播时间，Tdown为声束在逆方向上的传播时间，ΔT=Tup-Tdown

　　3 与调节阀配合实现自动配输

　　自动配比输油系统是由给油泵、电机、电动阀门、超声波流量计、配输调节阀组成。自动配输通过超声波流量计流量计和配输调节阀来实现，其工作流程是中洛线进口油、中原油分别经过进口油管线、中原油管线进入濮阳首站，分别进入两条配输管道，经过超声波流量计给调节阀提供精确地介质流量实现自动调节每条管线的输油流量，进口油、中原油按照既定的输油比例在配输调节阀后混合输油。

　　4 与泄漏定位系统配合实现精确定位

　　安装超声波流量计，增加流量信号后，可以利用瞬时流量的对比区分管道泄漏与管道正常工况的变化：当管道发生泄漏时，管道上游端瞬时流量上升、压力下降，管道泄漏端瞬时流量下降、压力下降；管道正常工况变化时，管道上（下）游端流量、压力同时上升或下降。利用这一特点，可以准确区分管道是否发生泄漏。

　　（1）当管道首末端安装流量计后，可以采用实时模型法判断和定位泄漏。实时模型法认为流体输送管道是一个复杂的水力与热力系统，根据瞬变流的水力模型和热力模型及沿程摩阻的达西公式建立起管道的实时模型，以测量的压力、流量等参数作为边界条件，由模型估计管道内的压力、流量等参数值，估计值与实测值比较，当偏差大于给定值时，即认为发生了泄漏。

　　（2）管道首末端安装流量计，为需要流量计提供累计流量、瞬时流量等参数。

　　（3）采用管道首末端流量计提供的累计流量值，可以根据质量平衡法判断管道是否发生泄漏，进行流量对比的时间段可以改变，以发现较小的泄漏。

　　（4）采用流量平衡法，需要同时测量流体的温度，以便对流量数据进行修正。流量平衡法可以弥补这种缺点，它也是判断管道是否发生泄漏的一种常用方法，这种方法依靠质量守恒定律，没有泄漏时进入管道的质量流量和流出管道的质量流量是相等的。如果进入流量大于流出流量，就可以判断出管道中间有泄漏点。对于加热输送的管道，还需计算沿程温降对流体密度和体积的影响。这意味着“进多少出多少”的简单系统在某些应用中是不够完善的，为此质量/流量平衡法检测管道泄漏的故障方法需要配合其它方法联合使用。

　　（5）采用管道首末端流量计提供的瞬时流量值，可以根据瞬时流量的变化，准确判断管道是否发生泄漏，排除正常的工况变化。

　　（6）可以建立管道的实时模型，根据实时模型法判断是否发生泄漏以及确定泄漏发生的位置。

　　（7）可以采用多种方法判断泄漏和定位泄漏。利用流量校核帮助判断管道是否发生泄漏。

　　5 维护

　　超声波流量计日常不需维护，每半年应检查其信号强度，如发现信号强度低于65，应将传感器取下，将焊接在管段上的导波管内螺纹孔清理干净，保证没有水分，然后将传感器清理干净，表面重新涂上耦合剂，用手小心旋入导波管内。注意：用手拧紧即可，切勿使用扳手加力！

　　参考文献：

超声波流量计篇2

　　【关键词】多通道；时差法；超声波流量计

　　引言

　　超声波用于气体和流体的流速测量有许多优点。和传统的机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比它的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。近年来，由于电子技术的发展，电子元气件的成本大幅度下降，使得超声波流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。

　　多通道（也叫多声道）测量是近年来流量测量的一个研究热点，许多流量计都在原有技术的基础上向多通道测量改进，采用多通道测量有以下两个原因：延长声程和确定截面流速分布。

　　1、多通道测量超声波流量计测量原理

　　1.1时差法超声波流量计测量原理

　　当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速。。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。其原理图如图1所示：

　　常用单声道的时差法超声波流量计是以超声波的时间差方法为基础。利用超声波脉冲在通过液体顺逆两方向上传播速度之差，来求圆管内液体的流量，其关系表达式如下：

　　通过时间指标：

　　与系数Kh相乘，得到体积流量：

　　1.2以确定截面流速分布为目的的多通道测量

　　流体的流态可以分为层流和紊流两种，而单声道测量求出的是声路上的平均线速度，为了求出流量，仅知道这个平均速度是不够的，必须知道流速在横截面上的分布曲线，为此可以在管壁上安装多对换能器，每对换能器声束所在平面与管道轴线相互平行，且每对换能器的测量原理和前面所述的单通道基本相同，利用每个声道测得的数据近似求出横截面上的分布曲线，进而求出平均面速度和流量。如图2所示是一个3声道测量的例子：

　　1.3延长声程和确定流速分布相结合的多通道测量

　　以2声道测量为例子，其声道从管道截面和侧面上看如图3所示：

　　图中的4个超声波探头都安装在过轴线的同一个平面上，管道同侧的2个探头一个方向向上一个向下，每一路超声波都是经过管壁的的两次反射回到同侧的探头，这样不仅可以延长声程，而且可以得到两个声道测量的平均值，使测量更准确，为了更精确地确定流速分布，还可以采用4声道5声道等。

　　目前已经投入应用的多通道超声波流量计中，以确定截面流速分布为目的的多通道测量的通道数量最大可达到9个，再加上精确的数学分析，如插值法等，其测量精度可以达到≤±0.1～0.2% 。

　　2、超声波流量计安装建议

　　超声波流量计的一般安装条件应该满足某几个原则，即保证设备的可靠性，精确性，可重复性和长期的稳定性。管线内的气体或固体被限制到最小以避免流量计产生错误。事实上，气泡或者固体颗粒影响超声波在管道中传输，仪表会产生不可靠的数据。由于管线比较长，压力损失几乎不存在，不会产生憋压现象，气相的转换也可以避免。

　　2.1安装环境的要求

　　2.1.1环境温度：高寒、高热环境既有可能缩短仪表的使用寿命，更有可能损害仪表的测量性能，因此，任何测量仪表都会对外界环境温度的适应能力做出自身的具体规定。在某些特殊情况下（比如，被测介质与外界环境之间的温差较大并且测试流量较低），为预防外界环境温度对测量结果造成的附加影响，建议对仪表及其上下游的测量管加装遮雨防晒设施或者采取必要的隔热保温措施。

　　2.1.2振动：超声波流量计虽然在出厂前都经过了严格的机械振动试验，但是作为一种精密的测量仪表，如果长期在靠近振动源或具有振动的环境中使用，其测量性能及寿命都有可能受到严重的影响。因此，唯一的方法就是远离或消除振动。

　　2.1.3电气噪声：超声波流量计作为一种以微电技术为基础的高精度测量设备，虽然其本身具有一定的抗外界电磁和电子干扰的能力，但是安装现场往往复杂多变，如果不对使用环境中的“电气噪声”提出要求，那么在设计和安装时就有可能由于疏忽将其置于电磁场合电子干扰环境之中，比如变压器或固定的无线通讯场所附近，仪表测量的准确性及工作的可靠性就因此可能受到影响。

　　2.2安装管段的要求

　　2.2.1上游收敛； 2.2.2上游单束； 2.2.3上游分散。

　　2.3安装注意事项

　　在管道上安装设备时，应核对：

　　a。流量计上游是否清洁 b。法兰和接口是否一致

　　c。法兰的紧固是否对上下游的管线产生过多的影响

　　d。电气连接位置是否妥当 e。防爆保护满足需求

　　f。如安装在危险区域，电源和仪表电缆应该满足电气规范。

　　参考文献

超声波流量计篇3

　　【关键词】超声波流量计；结构；选型；安装

　　1 超声波流量计的工作原理

　　超声波流量计利用超声波测量流量有许多种方法，其中典型的方法有时差法、声循环法、多普勒法。本文主要介绍时差法超声波流量计的工作原理，超声波在流体中的传播速度受到流体流速的影响，在流体顺流方向和逆流方向是不一样的，其传播时间差和流体的流速成正比。只要测出超声波在这两个方向上传播的时-间差，便可知流体的流速，再乘以管道截面积便可得流体的流量。具体计算公式如下：

　　超声波在顺流方向传播时间t1为：

　　式中： L――声程，m；

　　φ――管轴线与声道之间的夹角，即声道角；

　　c――声波在静止流体中的声速，m/s；

　　v――流体沿管道轴向的流速，m/s；

　　超声波传播的时间差t为：

　　由上可知这时只要测得t1和t2，便可求得流体流速，流体流量。

　　2 超声波流量计的结构

　　超声波流量计主要由换能器和控制器（变送器）两部分构成。换能器有两种，一种是发射换能器，另一种是接收换能器。发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收换能器接收到超声波信号，通过传输线送到控制器（变送器）。控制器（变送器）的作用是将接收到的超声波信号经电子线路放大并转换为与被测流体体积流量成正比的电信号，进行显示和累计计算，还可将信号进行远传进入DCS等控制系统。

　　3 超声波流量计的选型

　　为确保流量计正常投运，仪表选型至关重要。超声波流量计根据换能器的安装方法不同可分为外夹式超声波流量计、插入式超声波流量计和标准管段式超声波流量计。超声波流量计的选型主要是根据计量要求选择适合的流量计。

　　（1）外夹式超声波流量计，优点：①外夹式超声波流量计的换能器安装在管道外面，不与被测流体直接接触，不存在换能器腐蚀、粘结等问题；②测量时，在管道内部无任何测量部件，没有压力损失，不改变流体的流动状态；③安装简单方便，管道不用切断，不用开孔，安装时不用停流；④可以便携使用，便于对有怀疑的其他流量计进行比对。不足：①对管道条件要求较高，应确定管道材质、管道外径、壁厚、衬里材质和厚度等；②测量精度相对低一些。

　　（2）插入式超声波流量计，优点：①安装时不用停流，使用专用安装工具在管道上开孔，换能器直接穿插在孔内；②与外夹式超声波流量计相比，测量精度较高，不受管道锈蚀、结垢等的影响。不足：①换能器直接与被测流体接触，易被腐蚀、结晶造成仪表测量不准确。

　　（3）标准管段式超声波流量计，把换能器固定安装在按照设计加工好的管段上，并且换能器直接与被测流体接触。这种流量计能够准确控制加工精度，同时可以精确测量管段的几何尺寸，而且两个换能器之间只有单一被测介质，所以测量准确度较高，但是，不足是安装麻烦，需要断流，割开管道安装，而且对于大口径管道定做价格较高，因此除非特殊要求一般不建议选用此种超声波流量计。

　　综上，超声波流量计在选型时必须综合考虑准确度、安装条件、现场环境等，选择适合的流量计。

　　4 超声波流量计的安装

　　（1）测量点的选取：①测量点应尽量选择距离上游10倍直径、下游5倍直径以内均匀直管段，以确保流体所需的流速分布；②流量计尽可能水平或垂直安装，管内必须充满流体，当换能器安装在倾斜管道上时，不要装在上部和底部，以免管道内的气体或杂质进入测量声道，应尽可能使换能器处于和水平面成45度角的范围内；③对于外夹式超声波流量计，测量点管道内壁不能有过厚结垢层，尽量选择无结垢的管段且应具有良好的导声性能；

　　（2）换能器安装方式

　　①V法安装

　　适用于管径较小时，采用V法安装扩大了声程长度，增加了顺逆向声波传播时间；

　　②Z法安装

　　Z法安装方式一般适用于DN200以上管道，使用Z法安装时超声波在管道中直接传输，没有折射，信号衰耗小。

　　5 超声波流量计的应用

　　近年来，由于电子技术的进步，超声波流量计发展很快，且日益完善，越来越显示出其优越性。各种超声波流量计已广泛应用于工业生产、商业计量和水利检测等方面，例如，在市政行业的原水、自来水、中水、污水的计量中，超声波流量计具有大量程比，无压损的特点，在保证测量准确度的同时提高了官网的输水效率；在工业冷却循环水的计量中，超声波流量计实现了在线不断流带压安装和在线标定。

　　6 结束语

　　综上所述，超声波流量计作为流量测量仪表，有其独特的优点，在很多领域得到了越来越广泛的应用，特别是智能化超声波流量计，采用微处理器和程序控制，且带通讯接口、功能更强、编程方便，因而具有更强的生命力。但是不论其如何发展，如果设计选型及安装不当，不仅无法发挥其优越性，还会带来损失。因此，在实际应用中，超声波流量计的正确选型及安装是极为重要的两个环节，必须引起我们的重视。

　　【参考文献】

超声波流量计篇4

　　关键词： 超声波流量计 测量原理 流量 优缺点 应用

　　前言

　　随着电子技术、数字技术和声楔材料等技术的发展，利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快。基于不同原理，不同结构，适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现，因其具有运行稳定、安装简单、维护量小等优点，其应用领域涉及到工农业、水利、水电等部门，正日趋成为测流工作的首选工具。

　　1、超声波流量计的测量原理

　　超声波流量计常用的测量方法为传播速度差法、多普勒法等。传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法。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； 多普勒法的基本原理则是应用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量。超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。

　　使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可在不影响生产管线的情况下运行，因而是一种理想的节能型流量计。超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。

　　超声波流量计常用压电换能器。它利用压电效应，采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振劝。超声波以某一角度射入流体中传播，然后接收换能器接收，经压电元件变为电能，以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。超声波流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片，沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍，以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电元件，使超声波以合适角度射入到流体中，需把元件放入声楔中，构成换能器整体（又称探头）。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化，而且要求超声波经声楔后能量损失小即透射系数接近1.

　　常用的声楔材料是有机玻璃，因为它透明，可以观察到声楔中压电元件的组装情况。另外，某些橡胶、塑料及胶木也可作声楔材料。

　　2、超声波流量计的优缺点

　　众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不紧这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2 cm到5 m，从几米宽的明渠、暗渠到500 m宽的河流都可适用。另外，超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。

　　另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质，不同场合和不同管道条件的流量测量。超声波流量计目前所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高叵卤徊饬魈宕声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200 ℃以下的流体。另外，超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为，一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1 500 m/s左右，被测流体流速（ 流量）变化带给声速的变化量最大也是10-3数量级。若要求测量流速的准确度为 1% ，则对声速的测量准确度需为10-5～10-6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现，这是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。

　　3、超声波流量计的应用

　　由于超声波流量计安装和维护方便，精度高（分公司超声波流量计精度为0.5级） ，目前，分公司共有超声波流量计12台，主要做为水的一级计量仪表使用，分别用于余热炉、燃煤、电解泵房等水的计量，陆续投运以来运行情况良好。前期通过超声波流量计的成功应用，不但为分公司的流量计量提供了可靠的数据保障，同时也为分公司日后超声波流量计的安装和维护提供了宝贵的经验。

　　3.1 超声波流量计安装

　　超声波流量计的合理安装与正确选型都是关系到流量计能否正常运行的重要因素。由于超声波流量计是一种线速度式流量计，液体的液态对流量计正常运行影响较大，因此正确选择流量计换能器的安装位置和上、下游直管段的距离十分重要。换能器的位置要选择在远离管道弯头、变径、阀门、节流装置的直管段，可以选水平管段或垂直管段（ 必须流体向上流动） ，确保流体满管平稳流动，一般要求上游直管段为10D（ D表示管道直径） ，下游5D。另外要注意换能器尽量避开有变频调速器、电焊机等污染电源的场合。超声波流量计换能器的安装方式也要有一定的要求，不能随意选用。多普勒超声波流量计采用对贴式安装方式，一对换能器对贴的最佳位置应该选择管道的水平方向，避免贴在管道的上、下游侧位置。时差式超声波流量计根据管道可径 大小不同，换能器安装方式有V形、Z形、W形三种形式，通常情况下选用V形标准安装方式； 管径大于400 mm时，采用Z； 小管径采用W形安装方式。选用不同安装方式的共同目的是一样的，即为了使换能器超声波信号强度高，测量稳定性好。

　　3.2 超声波流量计的维护

　　与其他各类流量计相比，超声波流量计的维护工作量相对较小，主要工作是定期现场维护巡检，重点检查换能器是否松动，与管道之间的粘合是否良好。对于插入式超声波流量计，要定期清理探头上沉积的杂质、水垢，并检查密封口处有无泄漏现象，对于管道式超声波流量计，要检查流量计与管道之间的法兰连接是否良好，并注意现场温度、湿度和腐蚀性气体对电子部件的影响等。日常维护的另一项工作就是要定期对运行的流量计进行核校，公司配置了一台同类便携式超声波流量计，用来比对现场仪表的测量准确度，同时，当流量波动剧烈时，也可以用来判断区分是来自仪表自身还是生产工艺方面的原因，以便及时处理故障。