超声波流量计技术参数

第４９卷第４期　２Ｏｌ３年８月　石油化工自动化　ＡＵＴ（）ＭＡＴＩ（）Ｎ　ＩＮ　ＰＥＴＲ（）＿ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　ＶｏＬ　４９，Ｎｏ．４　Ａｕｇｕｓｔ，２０１３　

超声波流量计新技术浅析　

郑永志　

（通用电气检测控制技术（上海）有限公司，上海２０１２０３）　

摘要：介　了对非传统多通道超声波流量计的最新研究。该技术采用专利的流体动力学仿真计算模型（ｃＦＤ）技术建　全流　场从层流到紊流的ＣＦＤ模型库，综合考虑了边界流和探头坡口涡流，克服了现有计算模型只适用于理想流场的局限性，更贴合　实际流场。同时结合功能强大的波导束探头技术，克服了在高黏度介质中的信号衰减及石蜡积聚问题。测试结果表明，该技术　解决了目前多通道超声波流量计在原油成品油长输管线计量中遇到的诸多问题，不再受介质、黏度、流场、温度的影响，精度更　高、更稳定．不再需要实流标定。　关键词：超声波流量计贸易结算黏度石蜡积聚　流场　中图分类号：　ＦＨ８１４　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００７　７３２４（２０１３）０４—００５２—０４　

Ｂｒｉｅｆ　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｆｌｏｗ　Ｍｅｔｅｒ　Ｚｈｅｎｇ　Ｙｏｎｇｚｈｉ　（ＧＥ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｓｈａｎｇｈａｉ）Ｃｏ，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０１２０３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉ．ａｔｅｓｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｎｏｎ—ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｍｕｌｔｉ—ｐａｔｈ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｆｌｏｗ　ｍｅｔｅｒ　ｉｓ　

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｆｌｕｉｄ　ｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）ｍｏｄｅｌ　ｄａｔａｂａｓｅ　ｆｏｒ　ａｌｌ　ｆｌｏｗ　ｐｒｏｆｉｌｅｓ　ｆｒｏｍ　ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅ　ｆｌｏｗ　ｔｏ　ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ　ｆｌｏｗ　ｉｓ　ｂｕｉｌｔ　ｕｐ　ｗｉｔｈ　ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｐａｔｅｎｔｅｄ　ＣＦＤ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｕｎｄｅｒ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｌａｙｅｒ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ｐｏｒｔ　ｅｆｆｅｃｔ．Ｉｔ　ｏｖｅｒｃｏｍｅｓ　ｔｈｅ　ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｍｏｎ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｍｕｌｔｉ—ｐａｔｈ　ｍｅｔｅｒ　ｏｎｌｙ　ｃｏｍｐｌｉａｎｔ　ｔｏ　ｉｄｅａｌ　ｆｌｏｗ　

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。

手持式超声波流量计基本技术参数（武汉正元自动化仪表工程有限公司）

※ 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

传感器技术参数：

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。

超声波流量计操作规程

1 范围

本规程适应于西部管道所有超声波流量计。

2 规范性引用文件

本规程根据技术规格书和设备技术资料，对超声波流量计的安装、操作和维护进行了说明。

3 概述

UFM 3030超声波流量计是精密的仪器，流量测量不受传异性、粘度、温度、密度和压力的影响。可用于液体的线性、双向液体流量测量。可以通过标准模拟或脉冲/频率输出将流量测量值输出。通过用户的操作员界面（人机界面），可以将装置设置用于一系列范围很广的应用。除了实际容量流量测量，还可以对装置进行配置，用于执行流量计算（加、减和总和）。同样也可以对液体超声波速度的测量与输出进行配置。

4 仪表电气接线

4.1 电源连接

UFM 3030超声波流量计的电源接线端子如图示，分别为备用接线端子、电源接线端子及保护接线端子，仪表必须连接独立的接地。

电源端子接线图

各端子功能说明：

端子

10

L/L1 功能

备用接地连接

火线电源 规格

不用于保护性接地

交流电源

100 Vac 100Vac

SELV 交流/直流电源：

直流：18 - 35Vdc

交流：24Vac -10% +15%

N / N1 零线电源

PE：保护性接地连接

FE：功能接地连接 保护性导线夹端子

需要最粗为4mm2（11 AWG）导线连接至本端子。

3.2 电气信号输入和输出连接 .

；. 流量计的电气信号输入和输出的端子由6个连接组成，对于信号输入与输出的配线，采用非屏蔽的双绞线。

电气输入和输出信号可以在有源或无源模式下连接。在有源模式下，从V＋端子提供直流电源电压。在无源模式下，从外部电源提供电压。

注意！切勿同时在同一端子使用有源和无源模式。

如果使用了HATR通信时，勿在有源模式下连接脉冲/频率输出P。

接线端子图示：

对于标准仪器

对于配备有通信模块的仪器

各接线端子功能说明：

端子 功能 规格

⊥ 常用接地 －

A1 模拟输入1，用于通过菜单选项