气体超声波流量计 方案

第５期（总第９８期）　Ｎｏ．５（ＳＵＭ　Ｎｏ．９８）　机械管理开发　ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ　ＡＮＤ　ＤＥＶＥＬ０ＰＭＥＮＴ　２００７年１０月　Ｏｃｔ．２００７　

超声波气体流量计作为结算表的探讨　

崔　军　范　毅　

（太原煤炭气化公司焦化厂　山西　太原０３００２４）　

【摘　要】　针对目前太原煤炭气化公司焦化厂超声波气体流量计运行现状，经过现场考察与比对实验，参照近期超　

声波气体流量计计量数据，通过记录、分析、研究等环节，特对超声波气体流量计的使用情况做出探讨。　

【关键词】超声波；流量计；结算表　

【中图分类号】ＴＨ８１４。．９２　【文献标识码】Ａ　【文章编号】　１００３—７７３Ｘ（２００７）０５—０００８—０２　

０引　言　

近年来，基于高速数字信号的处理技术与微处理　

技术的快速发展，基于新型探头材料与工艺的研究以　

及声道配置与流量动力学的研究，超声流量测量技术　

取得了长足进展，显示了强劲的技术优势，发展势头迅　

猛。在巴西召开的国际流量测量学术会议上共宣读学　

术论文１０３篇，其中直接涉及超声波流量计及超声波技　

术的论文２０篇，约占论文总数的１／５。在历次国际流量　

学术会议上．采用超声波流量计作为传递标准的文献　

愈来愈多，可见超声波流量计其潜在的巨大的生命力。　

１超声波流量计的基本原理　

超声波在流动的流体中的传播速度与流体的流速　

有关。相对于固定座标系（如管壁），顺流的超声波的传　

播速度将大于逆流的传播速度。为实现流量（流速）测　

量，首先需要有一个发射超声波的换能器（俗称超声波　

探头），通常采用石英等材料制成的压电元件作为换能　

器。发射超声波时是利用负压电效应，即利用高频电脉　

冲的作用，使压电晶体高频振动，从而发出脉冲变化的　

高频压力波（即超声波）。超声波以某一角度射入流体　

中传播，然后由装在管道对面的接收换能器接受。接受　

换能器则利用正压电效应，将高频压力波又转换高频　

的电脉冲信号。　

管外夹式时差式液体超声波流量计利用测量超声　

序号关于气体超声波流量计相关的难题是？

1组分对超声波影响

2精度不够

3不懂

4纸质和电子板

5气体超声波是选插入式的吗还是外贴的？

6标定真值

7气体超声波测量原理，影响测量精度的因素？

8低量程检测时精度无法保障。

9刚毕业不就，觉得气体可以用超声波来测会方便很多。想深入了解一下

10测量精度问题

11介质不干净测量波动

12都可以测量什么气体，气体温度最高温度压力有什么要求？

13无

14气液两相流问题？

15流量一直波动都是什么原因？

16流量计在低流量时正常，接近流量计上限时直接显示超量程

17如何保持长时间稳定性和精度

18流量计日常维护

19气体温度及外界刚扰声波影响准确性

20对气体有什么要求

21稳定性

22热力公司使用，稳定性不好

23装置放火炬线气体流量测量如何进行精确测量？目前用超声波误差较大

24测量误差大

25检定周期是如何确定的？

26气体含水量多少能影响测量？

27故障判断

28鱼龙混杂，质量参差不齐，选型鉴别困难

29温压补偿问题

30计量的流量不准，稳定性差

31气体流速低难测

32甲烷烃流量测量，传感器粘污了，如何在线清除

33超声波流量计对气体介质，管道口径，安装方式，测量精度有什么和热式流量计、

巴氏流量计区别与优势

34一氧化碳～氯气～光气～蒸汽～可以测量？

35钢铁厂较脏气体介质（如焦炉煤气）等进行流量测量采用气超是否合适，需要注意

什么问题？

36优点及缺点 原理

37对于可燃性气体管道安装气体超声波流量计应该注意哪些安全事项？

38低速气体怎么测39测量不准确，气体带液影响仪表精度

40实现免拆除在线校准回答工作压力在4Bar以下，组分对超声波流量计计量基本无影响，压力在4Bar以上，要考虑加入压缩因

子计算修正超声波的精度是很高的，但任何一种仪表都有其使用环境，如果气体超声波流量计精度不高，要么

是安装上的问题，要么是流量计不适用这类环境

根据实际工况选用，目前国产的有插入式的，但是还没有外贴式的

1、环境干扰，比如是否有同频的超声波噪音 2、口径，换能器间距是否测量准确 3、安装前后直管

５４·　现代科学仪器　Ｍｏｄｅｍ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　第４期２０ｌ　５年８月　ＮＯ．４　Ａｕｇ．２０１　５　

基于ＴＤＣ－ＧＰ２２的超声波气体流量计设计　

孙河山’　杨　鸣　金定飞。　

（’宁波大学信息科学与工程学院浙江宁波３１　５２１　１；　宁波市鹏盛科技发展有限公司　浙江宁波ｊ１　５０３８）　

摘要通过误差理论分析了超声波传播时间测量对超声波气体流量计计量精度的影响，设计了一种基于ＴＤＣ—ＧＰ２２的　

时差法超声波气体流量计。系统以ＥＦＭ；３２低功耗单片机作为ＭＯＯ，选用高精度专用时间间隔测量芯片ＴＤＣ—ＧＰ２２，有效解决了　时差法超声波流量计中高精度时差测量问题。分别设计了一种温度、压力采集电路为气体做温、压补偿，有效提高了整个测　

量的精度。本文详细介绍了ＴＤＣ—ＧＰ２２的第一波检测功能和超声波气体流量计系统硬件电路。实验表明，系统流量测量的最大　

误差在１．５％以内。　关键词　气体流量计；ＴＤＣ－ＧＰ２２；时差法　

中图分类号ＴＨ８１４　文献标识码Ａ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｇａｓ　Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＴＤＣ－ＧＰ２２　

Ｓｕｎ　Ｈｅ—ｓｈａｈ　，Ｙａｎｇ　Ｍｉｎｇ　，Ｊｉｎ　Ｄｉｎｇ－ｆｅｉ　（１Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｉｎｇｂｏ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎｉｎｇｂｏ　３　１　５２　１　１，Ｃｈｉｎａ；２Ｎｉｎｇｂｏ　ＰＥＮＧＳＨＥＮＧ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ＣＯ，ｌｔｄ，Ｎｉｎｇｂｏ　３　１　５０３８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｅｒｒｏｒ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｉｎｆｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｉｍｅ—ｉｎｔｅｒｖａｌ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　

ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｇａｓ　ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｓｅｄ　ａｎｄ　ａ　ｇａｓ　ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ　ｕｓｉｎｇ　ＴＤＣ－ＧＰ２２　ｃｈｉｐ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ　ＥＦＭ３２，ａ　ｌｏｗ　ｐｏｗｅｒ－ｃｏｍｓｕｍｐｔｉｏｎ　ＭＣＵ，ｗａｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｉｎｔｅｒｖａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｃｈｉｐ　ＴＤＣ—　

２００７正　第６期　仪表技术与传感器　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　Ｓｅｎｓｏｒ　２０ａｒ７　Ｎｏ．６　

时差式超声波气体流量计的研制　

周利华，修吉平　

（华中科技大学，湖北武汉４３００７４）　

摘要：介绍了一种利用超声波在顺程和逆程传播的时间差原理来测量气体流速的流量仪表。该仪表采用分体式设　

计，分为测量和显示两大模块。超声波换能器利用压电陶瓷的压电特性设计而成。测量模块计算的流速通过Ｄ／Ａ转换　

成标准４　２０ｍＡ的电流输出。仪器的显示模块负责流速、温度、压力的采样和结果的计算、显示，各种参数通过键盘功能　

修改。该仪表通过ＲＳ一４８５串行通信接口与计算机连接进行数据传输，计算机可以实时地读取测量数据。　

关键词：超声波；气体流量计；单片机；流速　

中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—１８４１（２００７）０６—００２１—０２　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｇａｓ．ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ　ｏｆ　Ｔｉｍｅ　Ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ　

ＺＨＯＵ　Ｌｉ－ｈｕａ，ＸＩＵ　Ｊｉ－ｐｉｎｇ　（ＨｍｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ａ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ｗｈｉｃｈ　Ｃａｎ　ｍｅａｓｕｌ＇ｅ　ｔｈｅ　ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ｏｆ　ｆｌｏｗｉｎｇ　ｇａｓ．Ｔｈｅ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｂａｓｅｄ　ｕｐｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｔｈａｔ　

ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｃｏｓｔｓ　ａｔ　ｆｌｏｗｉｎｇ　ａｌｏｎｇ　ａｎｄ　ａｇａｉｎｓｔ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｉｓ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｓ　ｔｗｏ　ｐａｒｔｓ：ｍｅａｓｕｒｅ　ｍｏｄｕｌｅ　ａｎｄ　ｄｉｓ—　

ｐｌａｙ　ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｏｆｔｈｅ　ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｅｒａｍｉｃ．Ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ　ｔｏ　４—２０　ｍＡ　ｃｕｒｒｅｎｔ