新型超声多普勒流量计探头的
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超声多普勒探头，即换能器是多普勒流量计的传感原件，通常安装在被测流体的管道外部，不接触被测流体，不干扰流体的流动，无压力损失，维修方便，特别适用于有毒、有害、有腐蚀性和带有磨料的液体。其突出优点是可实现高分辨率，对流速变化响应快，对流体的压力、粘度、温度、密度及导电率等因素不敏感，没有零点漂移问题。它直接影响流量计的测量准确度，因此无论是流量计的设计制造者还是使用部门，对换能器的选型、材料、结构、工艺及安装都非常重视，渴求获得精度高、性能稳定的传感器。?
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1 超声传感器
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超声传感器，也即超声换能器，是产生超声波和接收超声波的装置，是超声定位系统中的重要组成部分。
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通常所说的超声传感器是指电声换能器，是一种既可以把电能转化为声能、又可以把声能转化为电能的器件或装置。用来发射声波的传感器称为
各类超声波流量计说明书 超声波流量计种类有很多，有便携式，手持式，一体式，分体式等，以下是几种超声波流量计的具体技术参数说明。 便携式超声波流量计： 一、概述: TCS-600P型便携式超声波流量计采用国际上最先进的大规模集成电路和先进的SMD贴装焊接工艺生产而成。精确度高、重复性好，内置一体式智能打印机可实时、定时打印;具有全中文显示、功能强大、一致性好、操作简单、携带方便、电池工作时间长等特点。适用于各种工业现场的在线标定和巡检测量。 二、基本技术参数: ※测量精度：优于1% ※重复性：优于0.2% ※测量周期：500ms(每秒2次，每个周期采取128组数据) ※电池：内置镍镉充电电池可以连续工作24小时 ※安装方式:外敷安装，操作简单、方便 ※显示：2行汉字同屏显示瞬时流量、累计流量、信号状态 ※信号输出：隔离RS485通信协议、MODBUS协议，兼容国内其它厂家同类产品通讯协议 ※打印输出：内置热敏一体式打印机，实现及时或定时打印 ※其它功能：自诊断，提示当前工作状态是否正常
※采用智能充电方式，直接接入AC 220V，充足后自动停止，显示绿灯三、外型尺寸及标准配置: 手持式超声波流量计： 一、概述: TcS-600B型手持式超声波流量计采用国际上最先进的大规模集成电路和先进的SMD贴装焊接工艺生产而成。精确度高、重复性好，具有全中文显示、功能强大、一致性好、操作简单、携带方便、电池工作时间长等特点。适用于各种工业现场的在线标定和巡检测量。 二、基本技术参数
※测量精度：优于1% ※重复性：优于0.2% ※测量周期：500ms(每秒2次，每个周期采取128组数据) ※电池：内置镍镉充电电池可以连续工作15小时 ※安装方式:外敷安装，操作简单、方便 ※显示：4行汉字同屏显示瞬时流量、累计流量、信号状态 ※其它功能：内置数据记录器可记录时间、累计流量、信号状态、工作时间等 自诊断，提示当前工作状态是否正常 ※信号输出：标准数据口RS232用于联网检测或导出记录数据 ※采用智能充电方式，直接接入AC220V，充足后自动停止，显示绿灯三、外型尺寸及标准配置: 固定式超声波流量计，分体式超声波流量计： 一、概述： TCS-600F型固定分体式超声波流量计利用了低电压、多脉冲发射接收原理，采用双平衡信号差分发射、接收专利技术和硬件参数无关化设计方法;通过选用国际上最新、最先进的大规模集成电路和先进的SMD贴装焊接工艺生产而成。
名称：多普勒流量在线监测仪器 型号：ChannelMaster型H-ADCP 品牌：美国TRDI 咨询价格 功能简述： 美国ISCO高质量水平声学多普勒流速剖面仪,多普勒流量在线监测仪器ChannelMaster型H-ADCP,多普勒流量在线监测仪器结构紧凑、标准配置高、功能强、适用范围广。 多普勒流量在线监测仪器的详细介绍 ChannelMaster型水平声学多普勒流速剖面仪（简称CM型H-ADCP）是RDI公司新一代ADCP产品。它结构紧凑、标准配置高、功能强、适用范围广。ChannelMaster型H-ADCP主要特点： ?采用RDI公司宽带专利技术。 ?高精度、高空间和时间分辨率。可以使用较小的单元、在 较短的采样时间步长内获得精确的流速数据。 ?对于很难测验的低流速和非恒定流也能获得高质量测验数据。 ?标准配置1－128个可选单元、0.1－10m可选单元长度、1 －300m剖面范围（取决于系统频率）。可以得到更多的 流速数据，具有很大的灵活性。 ?标准配置超声波水位计和压力式水位计。 ?标准配置倾斜计。倾斜计对于调整H-ADCP安装支架和监测 安装支架的倾斜变化从而保证测验数据质量具有重要的作用。 ?标准配置不锈钢安装底座，使H-ADCP安装十分方便。 在二十多年的发展历程中，RDI公司始终位于ADCP技术的世界 领先地位。RDI公司已通过ISO9001国际质量体系认证。 H-ADCP用途： ?河流水文站或水情站流速、流量实时测验（应用指标流速法或数值方法计算流量） ?明渠流速、流量实时测验 ?灌渠流速、流量实时测验 ?河流水质监测站总量实时监测 ?河流、河口区流场数据采集，为流场数值模型提供标定或验证数据。 ?港口水域流场实时监测，为保证进出港船只安全提供流速数据。
目录 1. 概述 (1) §1.1 引言 (1) §1.2 主要特点 (1) §1.3 工作原理 (1) §1.4 装箱单（标准配置） (2) §1.5 正面视图 (3) §1.6 典型用途 (3) §1.7 数据的完整性和内置时钟 (3) §1.8 产品的识别 (4) §1.9 基本技术参数 (4) 2.开始测量 (5) §2.1 内置电池 (5) §2.2 通电 (5) §2.3 键盘 (6) §2.4 窗口操作 (6) §2.5 快速输入管道参数步骤 (7) §2.6 传感器安装位置的选择 (9) §2.7 传感器的安装 (10) §2.7.1 传感器的安装距离 (10) §2.7.2 V方式安装传感器 (10) §2.8.3 Z方式安装传感器 (11) §2.8.4 W方式安装传感器 (11) §2.8.5 N方式安装传感器 (12) §2.8 检查安装 (12) §2.8.1 信号强度 (12) §2.8.2 信号质量（信号良度） (13) §2.8.3 总的传输时间和时差 (13) §2.8.4 传输时间比 (13) 3.菜单窗口详解 (14) §3.1 菜单窗口简介 (14) §3.2 菜单窗口详解 (15) 4.怎样使用 (20) §4.1 怎样判断流量计是否工作正常 (20) §4.2 怎样判断管道内的液体流动方向 (20) §4.3 怎样改变系统的测量单位制 (20) §4.4 怎样选择流量单位 (20) §4.5 怎样选择累积器倍乘因子 (20)
§4.6 怎样打开和关闭累积器 (21) §4.7 怎样实现流量累积器清零 (21) §4.8 怎样恢复出厂设置 (21) §4.9 怎样使用阻尼器稳定流量显示 (21) §4.10怎样使用零点切除避免无效累积 (21) §4.11怎样静态校准零点 (21) §4.12怎样修改仪表系数（标尺因子）标定校准 (22) §4.13怎样使用密码保护 (22) §4.14怎样使用内置数据记录器 (22) §4.15怎样使用频率输出功能 (22) §4.16怎样设置累积脉冲输出 (23) §4.17怎样产生输出报警信号 (23) §4.18怎样使用蜂鸣器 (24) §4.19怎样使用OCT输出 (24) §4.20怎样修改日期时间 (24) §4.21怎样调整LCD显示器的对比度 (25) §4.22怎样使用RS232串行口 (25) §4.23怎样查看每日、每月、每年流量 (25) §4.24怎样使用工作计时器 (25) §4.25怎样使用手动累积器 (25) §4.26怎样了解电池剩余电量的工作时间 (25) §4.27怎样给电池充电 (25) §4.28怎样查看电子序列号和其他细节 (26) 5.问题处理 (27) §5.1硬件上电自检信息及原因对策 (27) §5.2工作时错误代码（状态代码）原因及解决办法 (27) §5.3 其他常见问题问答 (28) 6. 联网使用及通信协议 (30) §6.1 概述 (30) §6.2 流量计串行口定义 (30) §6.3 通信协议 (30) §6.4 功能前缀和功能符号 (32) §6.5 键值编码 (33) 7. 质量保证及服务维修支持 (34) §7.1 质量保证 (34) §7.2 公司服务 (34) §7.3 软件升级服务 (34)
多普勒在超声波流量测量中的应用* 刘成安 （西南科技大学 网络信息中心） 摘要：超声波流量计是流量测量中最有发展前途的三种途径之一，但目前国内外管道用多普勒超声波流量计的性能普遍不高。为了满足智能化、无接触流量测量要求，本文给出其具体实现方案，对该系统进行的实验，验证了本文提出的方法的正确性和有效性，并能够达到较高的测量精度。 关键词：流量测量；超声多普勒； 中图分类号：TP216+.1 文献表示码：A 文章编号： Application of Doppler to Ultrasonic Flow Measurement Liu Cheng An (Network Information Center ，Southwest University of Science and Technology) Abstract ：Ultrasonic Flow meter is one of the most promising three methods in flow measurement .But present researches on Doppler flowmeters for pipe-flow measurement have poor performance .In order to meet the testing requirement of intelligent and non-contact ，this paper give the project’s software and hardware methods. The test results demonstrate the validity of all the methods proposed in this dissertation ，and the test show that this intelligent ultrasonic flowmeter has high accuracy . Keyword ：flow measurement ；Ultrasonic Doppler 0 引言 在石油化工中，对易燃易爆液体的输送和分配等高精度计量中，采用非介入式超声波流量计是一种有效的测量方法。但目前国内外管道用多普勒超声波流量计的性能普遍不高，存在着不能判断液体流速方向、低速测量难、动态响应速度慢、实时性差等诸多问题，这就造成多普勒超声波测量技术停滞不前的主要原因。 本论文首先介绍管道中非牛顿流体流动时的速度分布规律，然后根据超声波在流体中传播时的多普勒效应，推导出流体在管道平均截面流速的估计，为最终多普勒超声波流量计的设计等提供理论基础。 1 管道流体速度分布规律 我们将服从牛顿常粘度定律的流体称之为牛顿流体，在标准条件下的空气和水是典型的牛顿流体。但在自然界以及工业生产中，存在大量不服从牛顿常粘度定律的流体，称之为非牛顿流体，例如化学工业中的各类泥浆、悬浮液、油漆、涂料、颜料、工业用油脂等均属于非牛顿流体。 本文研究圆形管道内液体的流速，圆形管道中的流体可以分为入口区、测粘流区和出口区，由于在出、入口区管道端部边界条件的急剧变化，引起出入口区液体的流动变得十分复杂，而在管道中间的测粘流区，沿管道偏应力保持不变，同时轴向压力梯度也保持为常数或者是周期变化。在柱坐标系中一维定常流体的剪引力方程为： ?? ? ???=dz dp r r dr d )(τ (1) 对管内流体进行积分（从中心线至r 处），可得： * 国家863计划项目（2003AA116060）
超声波流量计的选型与分类 关键词：超声波流量计选型与分类多普勒便携式流量计固定式时差式 超声波流量计是一种利用超声波脉冲来测量流体流量的速度式流量仪表。近几年来，随着技术的发展，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，适用于不同场合的各种超声波流量计得到了广泛应用，同时也对广大用户提出如何进一步的了解超声波流量计、怎样选择合适的超声波流量计，使用过程中，应该注意些哪些问题等等，上海森逸技术人员结合现国内超声波流量计的发展情况及多年来现场应用经验，对上述问题进行了探讨。 超声波流量计选型与分类： 选型主要有以下几点：管道壁厚、外径，介质，管内流量是否含有杂质，测量介质的温度，测量介质为气体时，还需要知道气体的压力，除此之外，还应根据用户实际情况和测量需要合理选型。 1、多普勒超声波流量计 换能器经过管道内液体中的悬浮颗粒或气泡后，频率发生偏移，当管道条件、换能器安装位置、发射频率、声速确定以后，通过测量频移就可得到流体流速，进而求得流体流量。只能用于测量含有适量能反射超声波信号的颗粒或气泡的流体，如工厂排放液、未处理的污水、杂志含量稳定的工厂过程液等。要注意它对被测介质要求比较苛刻，即不能是洁净水，同时杂质含量要相对稳定，才可以正常测量，而且不同厂家的仪表性能及对被测厂家的要求也不一样。选择此类超声波流量计即要对被测介质心中有数，也要对所选用的超声波流量计的性能、精度和对被测介质的要求有深入的了解。 2、便携式超声波流量计 主要用于校对管道上已安装其它流量仪表的运行状态，进行一个区域内的流体平衡测试，检查管道的当时流量情况等。如果不作固定安装，而用于这些用途时，选用便携式超声波流量计既方便又经济。 3、时差式超声波流量计 时差式超声波流量计是利用声波在流体中顺流传播和逆流传播的时间差与流体流速成正比，这一原理来测量流体流量。 目前生产最多、应用范围最广泛的是时差式超声波流量计。它主要用来测量洁净的流体流量，在自来水公司和工业用水领域，得到广泛应用。 4、管道式超声波流量计 精度最高，可达到±0.5%，而且不受管道材质、衬里的限制，适用于流量测量精度要求高的场合。但随着管径的增大，成本也会随增加，通常情况下，选用中小口径的管段式超声波流量计，较为经济。 5、固定式超声波流量计 如果有足够的安装空间，使用插入式换能器代替外贴式换能器，彻底消除了管衬、结垢及管壁对超声波信号衰减的影响，测量稳定性更高，也大大减小了维护工作量。而且，由于插入式换能器也可以不断流安装，所以其应用正在不断推广。有的厂家推出了内部为数字化电路的超声波流量计，其特点是采用数字电路处理信号，纠错能力增强，取样及时，精度提高(模拟电路的精度为±1.5%，数字电路可以达到±1.0%)，而且集成度提高，仪表体积大大减小，有多种信号输出模式供选择，在实际应用也取得了很好的效果。用户在使用中可以和模拟电路的超声波流量计进行比较。超声波流量计的功能选择，用户可以根据实际情况来确定。如果测量双向流体，一定要选择带有正负计量功能的超声波流量计；如果用户需要定期了解流体在一定时段有流量情况，可以选择带打印机的超声波流量计。总之，所选择的超声波流量计的功能既要满足用户需要，也不必贪多求全，造成许多功能闭置不用，而增加购买成本。
超声波流量计的基本原理及类型 超声波流量计的基本原理及类型 刘欣荣 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。根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。起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不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。 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、安装不仅这些缺点，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2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m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。
1引言 近几年来，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，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。 2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。 2.1时差法测量原理 时差法测量流体流量的原理如图1所示。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。 图1超声波流量计测流原理图 设静止流体中声速为c，流体流动速度为v，把一组换能器P1、P2与管渠轴线安装成θ角，换能器的距离为L。从P1到P2顺流发射时，声波传播时间t1为： 从P2到P1逆流发射时，声波的传播时间t2为：
一般c>>v，则时差为： 单声道测试系统只适用于小型渠道水位和流速变化不大的场合。大型渠道水面宽、水深大，其流速纵横变化也较大，须采用多声道超声波测流才能获得准确的流量值，见图2。应用公式(5)、(6)可测得流量Q。 以上各式中：d为垂直于水流方向上两换能器之间水平投影的距离，为声道数，S为两声道之间的过水断面面积。 图2多声道超声波流量计测流原理图 2.2多普勒法测量原理 多普勒法测量原理，是依据声波中的多普勒效应，检测其多普勒频率差。超声波发生器为一固定声源，随流体以同速度运动的固体颗粒与声源有相对运动，该固体颗粒可把入射的超声波反射回接收器。入射声波与反射声波之间的频率差就是由于流体中固体颗粒运动而产生的声波多普勒频移。由于这个频率差正比于流体流速，所以通过测量频率差就可以求得流速，进而可以得到流体流量，如图3。
6526流速、水位、温度测量仪Unidata Recorder v1.0.11 安装使用手册 北京渠道公司翻译
目录 一、简介 (3) 1.仪器简介 (3) 2.工作原理 (3) 3.软件简介 (3) 二、程序的安装和设置 (3) 1.安装 (3) 2.操作过程简介 (4) 3.操作说明 (4) Scheme 选项 (4) “Data”选项 (6) “Comms”选项 (7) 4.下载数据 (7) 三、仪器安装 (7) 四、一般故障及解决办法 (7)
一、简介 1.仪器简介 STARFLOW超声波多普勒流量计是将流速、水位、温度传感器与功能强大的记录仪集成于一体的仪器，是新一代智能流量测量系统。 通过应用数字信号处理技术，STARFLOW可以广泛地应用 于多种环境中。它可以记录管道、渠道、自然溪流的流量， 并适用于多种水质环境，从清澈的溪水到未经处理的污水。 STARFLOW安装方便，可安装在管道／渠道／自然溪流的 底部（或接近底部）来测量流经它的水速和水位，无需新建 任何建筑物。 STARFLOW设计的目标就是测量准确、价格低廉、基本无 需维护，可以用于现有技术不能测量或成本太昂贵的地方， 尤其适用于没有稳定的水头／流速关系的地方，和水流受到 变化的尾水条件、管道进水口堵塞、回流等不稳定的水流条 件的影响的地方。 2.工作原理 测量原理：本仪器用于测量流速的理论根据是超声波原理，即被反射的超声波其频率受到物体的运动速度和运动方向的影响，通过发射、接收超声波，仪器自动计算波柱范围内水流的平均速率。 水位的测量是通过水压原理实现的。仪器内部的压力传感器和大气连通，通过压力的变化计算水位的变化。 根据渠道相关参数的设置和流速、水位的测量值，仪器可以计算出渠道或者管道的水流通量和某时间段内的流量。 STARFLOW在每一个扫描间隔（15~600秒）中测量流速、水位和温度，根据设定的程序记录数据，然后对测量的数据进行处理。 3.软件简介 Unidata Recorder 软件是专门为Unidata Recorde仪器的数据采集器设计的，可以在Windows 98, Me, NT, 2000和XP系统上独立运行。程序运行时占用内存2-3Mb。其主要功能有： （1）创建和编辑方案 （2）激活Unidata? Recorder系列仪器 （3）浏览数据和方案 （4）下载保存数据 端口：连接仪器只需要一般计算机的COM端口，如果用USB端口，则需要一个根USB-RS232数据转换线，波特率应设为9600。 二、程序的安装和设置 1.安装 安装过程比较简单，和一般程序的安装过程相同，根据屏幕提示逐步进行即可。
超声波流量计和电磁流量计各自特点及区别比较 叙述了超声波流量计和电磁流量计在概论、工作原理、分类和工作性能的区别，提出，我国现阶段2种最常用流量计的特征和不同优势。 1超声波流量计和电磁流量计的概念 超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。 电磁流量计是1种根据法拉第电磁感应定律来测量管内导电介质体积流量的感 应式仪表，采用单片机嵌入式技术，实现数字励磁，同时在电磁流量计上采用CAN现场总线。 2超声波流量计和电磁流量计的工作原理 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3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。它利用压电材料的压电效应，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，使其产生超声波振动。超声波以某一角度射入流体中传播，然后由接收换能器接收，并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。电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测量管内的导电介质相当于法拉第试验中的导电金属杆，上下两端的2个电磁线圈产生恒定磁场。当有导电介质流过时，则会产生感应电压。管道内部的两个电极测量产生的感应电压。测量管道通过不导电的内衬（橡胶，特氟隆等）实现与流体和测量电极的电磁隔离。导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，电动势的方向按“弗来明右手规则”。 3超声波流量计和电磁流量计的分类 根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。根据对信号检测的原理，目前超声波流量计大致可分传播速度差法(包括：直接时差法、时差法、相位差法、频差法)波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。其中以噪声法原理及结构最简单，便于测量和携带，价格便宜但准确度较低，适于在流量测量准确度要求不高的场合使用。 由于直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的，故又统称为传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用。按照换能器的配置方法不同，传播速度差拨又分为：Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。
超声波气体流量计基本原理介绍 超声波流量计一般可分为两大类：传播时间式超声波流量计和多普勒超声波流量计。在含有悬浮粒子的流动流体中，可以利用声学多普勒效应测量多普勒频移来确定媒质流速v，这种方法称为超声波多普勒法。 因为目前市场上的超声气体流量计产品都是传播时间式超声波流量计，所以下文将重点阐述传播时间式超声波流量计的原理。当超声波在流动的媒质中传播时，相对于固定坐标系统，超声波速度与在静止媒质中的传播速度有所不同，其变化值与媒质流速有关。因此根据超声波速度的变化量可以求出媒质的流速，传播时间式超声波流量计就是根据这一原理设计而成的。超声波流量计由两大部分组成：测量变换器部分和电子电路部分。 测量变换器又称为换能器，包括超声波发射器、接收器、声楔以及相应的机械连接组件等。 电子电路包括超声波的发射、接收电路，信号处理电路，流量数据指示或输出电路等。 超声波传播时间法测量流量的原理 时差法是通过测量超声波脉冲顺流和逆流的传播时间差来得到媒质流速的一种方法。参看图1-1，在管道两侧分别装置有两个收发通用型超声波换能器R 和T,管道中的媒质以速度u向前流动。
Fig.1-1管道内流速断面和超声射线的轨迹 图中的两个换能器在发射、接收状态交替工作，当T 发射R 接收时称为顺流发射状态，反之，R 发射T 接收时称为逆流发射状态。设顺流发射时超声脉冲的传播时间为1t ，而逆流发射时超声脉冲的传播时间为2t ，则有 ???????+-=++=τθθτθθcos sin /cos sin /2221u c D t u c D t （1-1） 式中，u 为管道中媒质流速，2c 为超声波在静止媒质中的声速，e c l ττ+=1 12；这里1l 为声楔(O-P)或(B-C)之长度，1c 为超声波在管壁中的声速，1 1c l 为超声脉冲通过声楔的时间，e τ为电路延迟时间。 考虑到一般情况下22c >>2u ,根据1-1式可以得到流速的计算公式： ???? ??-???????+=1222 112sin sin 1t t D c D u θθτ （1-2） 根据1－2式可以得出管道内流体中的声速的计算公式：
超声波流量计的测量原理 超声波流量计是工业生产中一个非常重要的特殊控制系统，对工业生产有着重要的意义。目前，超声波流量计被广泛应用到各个工业生产中，用来测量液体流量效果十分显著。本文将对超声波流量计的测量原理进行简述。 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 为管道内径 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 设静止流体中的声速为c，流体流动的速度为u，传播距离为L，当声波与流体流动方向一致时(即顺流方向)，其传播速度为c+u;反之，传播速度为c-u.在相距为L的两处分别放置两组超声波发生器和接收器(T1,R1)和(T2,R2)。当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器R1和R2所需要的时间为t1和t2,则湿度传感器探头, , 不锈钢电热管PT100 传感器, , 铸铝加热器, 加热圈流体电磁阀 t1=L/(c+u) t2=L/(c-u) 由于在工业管道中，流体的流速比声速小的多，即c>>u,因此两者的时间差为▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，当声波在流体中的传播速度c已知时，只要测出时间差▽t即可求出流速u，进而可求出流量Q。利用这个原理进行流量测量的方法称为时差法。此外还可用相差法、频差法等。 江苏新华宁仪表专业供应电磁流量计、孔板流量计、涡轮流量计、涡轮流量计、差压式流量计、金属管浮子流量计、超声波流量计、靶式智能流量计、V锥流量计等，本着“永守诚信”“创新开拓”的经营理念，竭诚为新老朋友提供优质的产品与服务，精诚合作、共创辉煌！
JY-GDUF2000超声波流量计 一、概述 JY-GDUF2000 系列超声波流量计是在参照国外同类产品的基础上，进行全新设计的一种通用时差型超声波流量计量仪器，该产品广泛适用于工业环境下无间断测量清洁均匀液体的流量和热量。GDUF2000 系列超声波流量计具有适应性强、低功耗、高可靠性、抗干扰以及优化的智能信号自适应处理能力，无须电路调整，操作简单方便。GDUF2000 系列超声波流量计以其良好的电路设计理念、优质器件的选用，逐步取代早期同类产品成为国内目前应用最为广泛的流量计量仪器。 二、工作原理 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。 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为管道内径 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
一、主机性能参数 精度：≤1.0 % 重复性：0.2% 流速范围：0～±64 m/s 测量原理：超声波传播时差原理，双CPU并行工作，4字节浮点运算 显示：2×10 背光型液晶显示器 操作：固定式：4×4 轻触键盘；便携式：4×4+2 轻触键盘 输入： 5 路4~20mA 输入，精度0.1% 可输入压力、液位、温度等信号 输出：电流信号：4~20mA 或0~20 mA, 阻抗0~1K浮空 准确度：0.1% 频率信号：1~9999Hz 之间任选（OCT 输出） 脉冲信号：正、负、净流量及热量累计脉冲，继电器及OCT 输出 报警信号：继电器及OCT输出，近20种信号源可选。数据接口：RS232 串行接口，可选配RS485 其他功能：记忆日、月、年累积流量，上、断电时间、流量和流量管理功能可选自动或手动补加累积量功能，记忆每天的工作状态；可编程批量（定量）控制器，故障 自诊断功能，网络工作方式等。 传感器外缚式：标准S 型，适用于管径DN15-DN100mm； 标准M 型，适用于管径DN50-DN700mm； 标准L 型，适用于管径DN300-DN6000mm； 插入式：测量管道材质不限（焊接、不焊接都可以）适用于管径DN80 以上 标准管段式：适用于管径DN10-DN400，整机测量精度±0.2% 电缆长度：单根可加长至500 米（定货时请特殊说明） 管道 衬材：碳钢、不锈钢、铸铁、PVC、水泥管等一切质地密致管道 内径：20mm—6000mm 直管段长度：上游≥10D，下游≥5D，距泵出口处≥30D 流体 种类：水、酸碱液、食物油、汽油、煤油、柴油、原油、酒精、啤酒等能传播超声波的均匀液体。 浊度：≤10000 ppm, 且气泡含量小 温度：-10~110℃ 流向：可对正反向流量分别计量，并可计量净流量 工作环境温度 主机：-10-70℃ 探头：-30 ~ +110℃ 湿度 主机：85%RH
1.6流量计 1.6.1供货范围 需求数量：1套 安装形式：分体式 其他要求：供货商应提供现场安装服务 1.6.2流量计订货技术条件 1．流量计主要技术性能参数 ●测量介质：清水 ●介质温度：0℃～+60℃ ●环境温度：-20℃～+60℃ ●管径OD：1200mm ●管材：金属 ●管壁厚度：8mm～14mm ●管壁涂层料： 内壁：水泥砂浆（紧密地涂上内壁） 外壁：环氧煤沥青四油二布 ●涂层厚度：最高15mm ●传感器防护等级：IP68 2．流量计显示装置技术参数 ●工作电源：220V AC ●工作温度：-18℃～+60℃ ●防护等级：IP4X ●精度：双声道0.25-0.5% ●灵敏度：0.003m/s ●线性度：0.15%～0.25% ●数字及图型显示当时流量及总流量 显示：图型 240×128像素，数字 2行×16字符
●输出：RS-232串联口，标准 2个4～20mA模拟输出，标准 2个0～10V模拟输出，标准 ●数据记录：160K～2MB资料库，记录一段时间内的流量及总流量 3.流量计其它性能要求 ●在流速±14m/s内可维持标定的精度，并可显示正反流动方向 ●可测知液体中的含气量（VAER读数）并作出内部补偿 ●双声道设计，可安装在弯头附近，不受液体中的乱流影响 ●高灵敏度0.001ft/s ●自诊功能，显示计量时间的问题，如气泡、讯号值和声速 1.6.3试验与验收 1.6.3.1型式试验 投标商在投标时应提供法定机构有效的型式试验报告。其项目及标准均应符合国家相关标准及规范，并符合本技术规范的要求。 1.6.3.2出厂试验 流量计应作出厂试验，试验项目应符合国家相关标准及规范所规定的全部项目，出厂试验报告随产品一起交付需方。 1.6.3.3现场交接试验与验收 设备材料到达现场后，由安装单位按照国家有关规程与规范进行现场验收试验。试验结果应与产品型式试验和出厂试验结果及其规定值相符，否则由卖方负责。 1.6.4技术资料 1.6.4.1投标方在投标文件中应提供与投标报价有关的技术说明书等技术 资料，以供评标时比较性价比。 1.6.4.2供货商在供货时，应配套提供全套安装使用说明书、产品合格证、 出厂试验报告、装箱单、备品备件一览表及四套图纸资料等。 1.6.4.3卖方在合同签定后15天内提供全套供施工设计用的图纸及技术资 料。
各种流量计工作原理及优缺点讲解 测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表．流量计是工业测量中重要的仪表之一．随着工业生产的发展，对流量测量的准确度和范围的要求越来越高，流量测量技术日新月异．为了适应各种用途，各种类型的流量计相继问世。目前已投入使用的流量计已超过100种。 每种产品都有它特定的适用性,也都有它的局限性。按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。 按流量计的结构原理进行分类。有容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、质量流量计和插入式流量计。 按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类;按测量目的又可 分为总量测量和流量测量,其仪表分别称作总量表和流量计。总量表测量一段时间内流过管道的流量,是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示,实际上流量计通常亦备有累积流量装置,做总量表使用,而总量表亦备有流量发讯装置。因此,以严格意义来分流量计和总量表已无实际意义。
一、按测量原理分类 1.力学原理：属于此类原理的仪表有利用伯努利定理的差压式、转子式；利用动量定理的冲量式、可动管式；利用牛顿第二定律的直接质量式；利用流体动量原理的靶式；利用角动量定理的涡轮式；利用流体振荡原理的旋涡式、涡街式；利用总静压力差的皮托管式以及容积式和堰、槽式等等。 2.电学原理：用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。 3.声学原理：利用声学原理进行流量测量的有超声波式．声学式(冲击波式)等。 4.热学原理：利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。 5.光学原理：激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。 6.原于物理原理：核磁共振式、核幅射式等是属于此类原理的仪表．
超声波流量计新技术 ——线性时间放大法 李长奇，马 晶 （中环天仪股份有限公司，天津300384） 摘要：时差法超声波流量计具有非接触测量、无压损、可测不导电介质等优点，因此被广泛应用于各种工业现场。 但由于受到计时器分辨力的影响，测量精度相对较低。而高精度的超声波流量计电路设计困难，而且功耗大，成本高。为此，本文阐述了一种利用线性时间放大法提高超声波流量计时间分辨力的基本原理和电路实现，这种方法可以大大降低电路对于计时器分辨力的要求，而且具有低成本、低功耗、测量精确等特点，可以用来以开发高精度的商用超声波流量计。 关键字：工业自动化仪表与系统；超声波流量计；线性时间放大；分辨力 New Technology of Ultrasonic Flowmeter—Linearity Time Amplifying Method LI Changqi, MA Jing (Zhonghuan TIG CO, LTD, TianJin 300384, China) Abstract: The time-difference-type sonic flowmeter is used in a lot of industry locale widely, owing to it can measure flow untouch,and have no press lose,and can measure unelectric medium.But its precision is lower correspondingly,due to the resolving power of calculagraph.And the sonic flowmeter circuit having high precision design difficulty, furthermore it has a big power expending and high cost.So we expatiate a linear time amplifying method and its circuit design to improve the time resolving power of sonic flowmeter.This method can play down the request of the calculagraph resolving power. Furthermore it has a low cost,a low power expending ,and a high precision.It can be used to empolder high precision sonic flowmeter for business. Keywords: industrial automation instrument and system, sonic flowmeter, linear time amplifying, resolving power 1 引言 时差法超声波流量计是以“速度差法”为原理，通过测量正程和逆程超声波传播的时间差来计量圆管道内流体流量的仪表。在这类仪表中，测量时间的分辨力是流量计的一项重要指标。因为精度一般不会优于分辨力，所以提供分辨力才有可能提供整机精度。 作者简介：李长奇，男，学士，助理工程师，从事工业自动化仪表的研究工作。
超声波流量计的优缺点以及注意事项 超声波流量计的优缺点以及注意事项 外夹式或者管段式超声波流量仪表是以"速度差法"为原理，测量圆管内液体流量的仪表。它采用了先进的多脉冲技术、信号数字化处理技术及纠错技术，使流量仪表更能适应工业现场的环境，计量更方便、经济、准确。产品达到国内外先进水平，可广泛应用于石油、化工、冶金、电力、给排水等领域。 超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。 原理 根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。 超声流量计和超声波流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属无阻碍流量计，是适于解决流量测量困难问题的一类流量计，特别在大口径流量测量方面有较突出的优点，它是发展迅速的一类流量计之一。 超声波流量计采用时差式测量原理:一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一侧管壁后，被另一个探头接收到，同时，第二个探头同样发射信号被*个探头接收到，由于受到介质流速的影响，二者存在时间差Δt，根据推算可以得出流速V和时间差Δt之间的换算关系V=(C2/2L)×Δt，进而可以得到流量值Q 优缺点 优点 超声波流量计是一种非接触式仪表，它既可以测量大管径的介质流量也可以用于不易接触和观察的介质的测量。它的测量准确度很高，几乎不受被测介质的各种参数的干扰，尤其可以解决其它仪表不能的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。 缺点 现今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，以及高温下被测流体传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1500m/s左右，被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量zui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，这也正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。 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。它利用压电材料的压电效应，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，然后由接收换能器接收，并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，使超声波以合适的角度射入到流体中，需把元件故人声楔中，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。 特点功能 特点 ◆独特的信号数字化处理技术，使仪表测量信号更稳定、抗干扰能力强、计量更准确。 ◆无机械传动部件不容易损坏，免维护，寿命长。 ◆电路更优化、集成度高、功耗低、可靠性高。 ◆智能化标准信号输出，人机界面友好、多种二次信号输出，供您任意选择。 ◆管段式小管径测量经济又方便，测量精度高。 注意事项
超声波多普勒流量计测量原理 1．基本工作原理 超声波多普勒流量计的测量原别是以物理学中的多普勒效应为基础的。根据声学多普勒效应，当声源和观察者之间有相对运动时，观察者所感受到的声频率将不同于声源所发出的频率。这个因相对运动而产生的频率变化与两物体的相对速度成正比． 在超声波多普勒流量测量方法中，超声波发射器为一固定声源，随流体一起运动的固体颗粒起了与声源有相对运动的“观察者”的作用，当然它仅仅是把入射到固体颗粒上的超声波反射回接收据．发射声波与接收声波之间的频率差，就是由于流体中固体颗粒运动而产少的声波多普勒频移．由于这个频率差正比于流体流速，所以测量频差可以求得流速．进而可以得到流体的流量． 因此，超声波多普勒流量测量的一个必要的条件是：被测流体介质应是含有一定数量能反射声波的固体粒子或气泡等的两相介质．这个工作条件实际上也是它的一大优点，即这种流量测量方法适宜于对两相流的测量，这是其它流量计难以解决的问题．因此，作为一种极有前途的两相流测量方法和流量计，超声波多普勒流量测量方法目前正日益得到应用． 2．流量方程 假设，超声波波束与流体运动速度的夹角为，超声波传播速度为c，流体中悬浮粒子运动速度 与流体流速相同，均为u．现以超声波束在一颗固体粒子上的反射为例，导出声波多普勒频差与流速的关系式． 如图3—39所示，当超声波束在管轴线上遇到一粒固体颗粒，该粒子以速度u沿营轴线运动．对超声波发射器而言，该粒子以u cos a的速度离去，所以粒子收到的超声波频率f2应低于发射的超声波频率f1，降低的数值为 f2－f1＝－f1 （3－73） 即粒子收到的超声波频率为 f2＝f1－f1 （3－74） 式中f1――发射超声波的频率； a――超声波束与管轴线夹角； c――流体中声速。