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一、前言流量计在工业自动化控制、民用计量领域有着十分广泛的应用，传统的流量计很多都属于机械流量计，其具有可靠性差、测量精度低、成本高、后期维护难的缺点，这大大限制了其使用范围，超声波流量计的出现较好的解决了这些问题。
为了让大家对该计量技术有更深入的了解，我将要对超声波流量计的常用时差法、多普勒法测量原理进行介绍，并将其测量结果和普通的流量计进行对比，认真分析其特点。
二、超声波流量计的原理超声波流量计的计量原理是利用了声波在流体介质传播过程中，其传递的速度会受到流体速度的影响。
声讯号在两个传感器传播时，如果其顺着流体的方向进行传播，其传播的速度明显较快，如果其传播方向和流体的方向存在反向，则其传播速度明显较慢，其在管道内传播的时间也明显较长，两次传播间就会产生一定的时差，这个时差和介质的流速成正比。
超声波流量计通常由超声波发射器、超声波接受器、单片机控制电路组成，在流量计在得到测量指令后，单片机首先会给超声波发生器一个触发信号，超声波发射器就会发出超声波信号，且打开计时电路进行计时，当超声波接受器接受到超波信号后，就会停止计时，此时便可以得到一个方向的测量时间ｔ１，再用相同的方法进行反方向的传播时间测量，得到测量时间ｔ２，利用ｔ１－ｔ２，便可以得到它们的延时差ｔ３，再将该数据带入流量的换算公式，就可以得到管道内部流体的流量。
在实际选择超声波计量计时，计量计的计量范围应该和实际应用情况比较接近，测量量不能太小也不能太大，否则会对测量的精度造成非常大的影响。
为了有效提高测量的精度，避免随机误差对精度造成影响，也可以采用多次测量取平均数的方法，如果采用多组传感器测量的方法，更是会进一步提高测量的精度。
此外，由于采用的数字化的测量方法，其得到的测量结果为数字量，因此，可以直接将测量结果通过在线通信技术，送入到计算机中进行处理，大大方便了对公工业自动化的应用。
三、超声波流量计在使用过程中经常出现的故障在超声波流量计使用的过程中，经常出现的问题是没有读数或者读数不准确，造成没有读数的原因大部分都是硬件故障造成的，需要我们仔细对整个硬件系统检查，如果是流量计的读数不准确，很好可能是电路连接不良造成的，需要我们重新检查各电路的接口，看是否存在连接不良的情况。
551 天然气计量系统组成天然气计量系统的基本组成部分如下：（1）工况流量测量仪表（如气体超声波流量计），用于测量在管道中实际输送状态下的天然气流量。
（2）温度、压力测量仪表（如压力、温度变送器），用于测量管道中实际输送流体的状态。
（3）天然气组分分析仪表（如气相色谱仪），分析管道中输送的天然气组分，用于计算天然气的可压缩程度或可发热程度。
（4）计量二次仪表（如流量计算机），综合上述测量结果，计算出满足贸易交接要求的量值。
2 超声波流量计在线远程诊断重要基本参数Daniel气体超声波流量计具有远程监测诊断功能，利用Daniel CUI软件可对超声波流量计运行状态进行监测，实施故障诊断，实现超声波流量计参数设置的上传、修改和下载，以便用户在计量故障发生前发现问题根源，并及时解决。
超声波流量计CUI软件具有5个重要的基本参数：增益值（Gain）、信号质量（Signal Quality）、信噪比（SNR）、流速特性（Velocity Profile）、声速（Speed of Sound）。
2.1 增益值增益指要对接收到的信号增强多少，才能达到所需要的振幅强度。
如果信号强度衰减，则增益值增加。
超声波流量计的增益值有以下几个特点：（1）超声波流量计自身自动获取增益值，根据介质情况自动增加信号强度直到增益值达到最大；（2）增益值随压力变化而变化，因此，不同的流体条件可能导致流量计的增益值有很大差异；（3）气体流速增加时，增益值相应增加；（4）增益随气体脏污介质情况而增加，仪表有足够的增益来避免脏污对探头的影响。
2.2 信号质量信号质量（也是接收信号的百分比）指的是从上次测试结束后，声道脉冲有效计时次数在总次数中所占的比例，是仪表性能的重要表现。
超声波流量计能对接收的信号进行判断，再按对应于峰值相关函数的时间来计算传播时间。
信号质量在以下情况下可能会＜100%，如高流速状态下，或受到噪音干扰，或流动条件发生变化，或流量计发生故障。
超声波流量计在气体计量中的应用摘要：近年来，随着我国科技水平不断提高，天然气在我国各个城市中的运用逐渐广泛，同时也成为居民在日常生活中必不可少的组成部分之一。
关键词：超声波流量计；气体计量；应用1导言随着现代科学技术水平的不断提升，只有充分掌握超声波气体流量计的工作原理和应用方式，给予整体了解，这样才能在天然气管流量测量工作中得以服务。
2影响超声波流量计计量准确度的因素2.1 噪声对准确度的影响根据对超声波气体流量计对天然气流量的相关规定，当被测介质中存在一些噪音，会影响超声波气体流量计的准确性。
噪声的产生主要有流过管道的高速气流、整流器、环境噪声、气流经过阀门等产生的噪声，所以，要利用超声波气体流量计对上游阀门的节流进行控制，随着流量的增加，节流的声音也不断增大，因此，超声波气体流量计的使用，需要对噪声进行思考。
当上游阀门节流的时候，超声波气体流量计的信噪比较低，导致其原因的产生，主要是在超声波气体流量计上游阀门节流的时候，会产生一种高频超声波。
当这种声波的频率与超声波气体流量计的工作频率相近，降低超声波气体流量计的信噪比的时候，将影响超声波气体流量计的测量精确度。
2.2 温度、压力测量准确度的影响超声波流量计计量系统一般由流量计、压力变送器、温度变送器、流量计算机及在线组分析仪组成，通过输入压力、温度，流量计算机系统可直接将流量计的工况流量转换为用于贸易计量的标准参比条件下的体积量，其计算公式为：因此，为确保超声波流量计计量系统的准确度，必须要保证压力和温度的准确。
2.3 流态对流量计的影响流速沿轴线均匀分布的流态能提高测量的准确性，管路中的阀门、空间弯头等，也会影响天然气的速度分布，给测量的准确性带来较大差异，所以在流量计上下游安装足够长直管段，促进天然气态的对称性和速度的有效分布。
如：超声波气体流量计的声道分布，是基于管道横截面，将其分为四个声道。
其中的气体超声波流量计，能够对各个声道的流速进行测量，维护管道中的气体流速。
• 152•气体流量测量是气体流体供需双方进行贸易结算的重要依据，也是企业生产经营中的关键技术和产能指标。
准确的气体计量结果可以保证贸易结算的公平性。
由于超声波流量计具有测量精度高、抗干扰能力强、对外界要求相对较低、流量计本身压力损失相对较小、测量范围宽等优点，超声波测量在气体贸易结算计量中的应用也变得越来越广泛。
测量差值管理是气体流体计算中的一项重要工作。
首先介绍了超声波流量计的测量原理，对超声波流量计的测量范围、安装要求和故障检测进行了描述和研究。
同时，为了获得更好的流量计整体维护和使用效果，在实际使用过程中，全面了解相关问题，为其在行业中的应用提供一定的参考。
1 常用气体流量计目前，工业生产和贸易计算中常用的气体流量计包括三种类型，分别是超声波、涡轮、孔板流量计，三种产品的具体介绍如下所示。
1.1 涡轮流量计涡轮流量计的旋转速率随着流量的变化而改变。
一般在流速越大时，动能越大，涡轮转速也越高，因此实际上属于一种速度差原理流量计。
在应用过程中需要先将流速转换成涡轮转速，在此基础上得到对应的电磁脉冲。
最后基于得到的脉冲数能够得到流量信息。
该气体流量计的应用优势体现在流量大，准确性高等方面。
但是容易受到杂质的影响，降低其应用的可靠性。
1.2 孔板流量计从结构上来看，孔板流量计主要划分为流量显示器以及节流装置等部分。
该流量计的具体原理是：气体流量和压差存在正比关系，只要测量节流孔前后的压差，即可对介质流动信息进行分析。
该流量计的应用优势体现在性价比高、使用年限久以及操作简单等方面，广泛应用到了实际生产领域中。
但其缺点也较多，例如其重复性不高、量程窄、压力损失大等。
在使用过程中，会有较大因腐蚀、磨损、油污和压力损失等情况造成的测量误差。
1.3 超声波流量计超声波流量计是根据时差法原理设计的一种流体流量测量仪器，采用先进的多脉冲技术和信号数字处理技术。
超声波流量计的安装方式采用非接触式安装测量，具有无需与被测流体接触，产生明火的可能性低的优点，再加上它对各种工业场所的环境适应能力强，所以这种流量计成为目前气体流量测量中最合适、普及性最强的测量仪表。
超声波气体流量计用于天然气流量计量超声波气体流量计具有测量精度高、量程比大、压损小等优点，已被美国、荷兰、英国、中国等多个国家政府机构批准作为天然气贸易结算的法定计量工具，目前为止仅有少数厂家如美国Daniel、GE、日本爱知时计、上海中核维思等具备自主研发能力，其中，国外产品占据了超声波气体流量计绝大部分的市场份额。
不同于超声波液体流量计，超声波气体流量计中的超声波信号在气体介质传输过程中衰减大，而且超声波换能器工作频率普遍在40～200kHz之间，该频率范围段非常容易受声学噪声干扰，导致超声波接收信号信噪比低，渡越时间难以准确测量。
通常提高管道内被测气体的压力可以提高超声波接收信号的质量，因此目前市面上的超声波气体流量计主要用于天然气流量计量。
由于受限于超声波接收信号的信噪比，超声波渡越时间检测的准确性较难提高，目前广泛用于超声波气体流量计渡越时间检测的算法主要有互相关法、阈值法等。
P．Brassier、王铭学等人利用回波法得到参考波形，与直接接收的超声波信号进行互相关计算得到渡越时间，完成流量计算，由于该方法的参考波形通过多次反射得到，在小管径环境中适应性较好，在较大管径中超声波信号由于衰减较大，难以保证稳定接收，因此该方法具有较大局限性; 季涛等人提出将多个静态无风环境下的接收波形作平均处理以构建参考波形，再与实际接收波形进行互相关计算得到渡越时间，由于忽略了温度压力等因素对超声接收波形包络形状的改变，因此该方法环境适应能力很有限; 汪伟等人采用可变阈值法用于超声波渡越时间计算，在音速喷嘴气体流量标准装置上完成了校准试验，试验结果表明该方法可以获得较高测量精度，该方法仅仅在标准大气压下进行试验，未进行更低压力环境的应用研究。
为了检验超声波气体流量计在低压环境的适应性，该文构建了压力试验平台，在该平台上完成了不同负压等级的信号衰减试验，分析了影响规律。
进一步设计了带通滤波电路及自动增益控制电路，基于FPGA采用相对阈值法结合过零检测法实现了超声波渡越时间检测和流量计算，最后在工业性试验中检验了样机的测量精度。
