超声波流量计在线比对误差分析与经验分享
关键词：超声波流量计在线仪表电磁流量计误差分析
作者：上海森逸智能仪器有限公司https://www.doczj.com/doc/608291310.html,（技术支持张凯）
目前，随着着工业化、城市化的进程加快！城市居民用水、工业用水的需求大大增加，随之而来的就是管线的持续扩张和延续，同时对水的计量要求，也就提上日程。
在主线上，基本用电磁流量计作为计量依据，在支线进户的一段，计量均采用水表计量。水表可以每年检测一次，无非就是偶尔中断一下供水，不会造成重大的影响，但在主线上安装的电磁流量计，每次检测，就不能采用拆卸的办法了，因为，一旦中断供水，会造成诸多的不便。
正是因为这种原因，目前比较流行的对在线电磁流量计等计量仪表的校准的方法，就是串联一个超声波流量计，通过超声波流量计的读数，来判断在线式仪表的精确度和可靠性。面对超声波流量计与在线仪表的误差，我们应该如何正确的分析在线仪表的可靠性呢？
这个前提：超声波流量计在其校准周期内，一般距离上次第三方校准的时间，不超过12个月，认为在校准周期内。
一般以我个人的经验，如果超声波流量计与在线式流量仪表误差在±2.0%以内，就可认为在线式仪表的精度是可以接受的。如果超出这个范围，就认为在线仪表，有一定的偏差。就需要对在线仪表进行修正。因为超声波流量计的精度国家规范认定为±1.0%（虽然目前有超声波流量计精度达到±0.5%），若现场在线计量仪表精度±0.5%（也有精度为±0.2%），这个误差就被允许到±1.5%，再加上人为因素，所以不确定度放到±2.0%比较合适。
那么如何尽量降低人为因素的影响呢？
首先要选用质量过关的超声波流量计，作为校准仪表，其精度、重复性、稳定性必须有一定的要求。
在实地测量时，科学的测量方法，是以现有在线仪表为中心，在现有仪表的等距离的两测选定两个测量点，每个测量点，在其截面的1点、2点处，各测试一次，然后把前后4次测量的数据累加再除于4，得到的数据与在线仪表进行比对。这个时候数据的比对是相对可靠的。以上观点，仅代表个人观点，期盼同行交流指点（400-021-9117），不胜感激！
DCT1158C外夹式超声波流量计 金德工控DCT1158C是一款应用广泛、通用经济型、外夹式、时差法超声波流量计。它具有非常简单的安装方式，无需破管、无需停水，使客户轻松实现灵活的管道流量测量。产品还可以配备永久安装夹具，无需日常维护，长期提供可信、无飘移的测量。它采用了最先进的数字相关技术和智能自适应声波技术，使它的测量稳定性更加突出。同时，它使用的声聚焦专利技术，使产品在连续测量时的信号接收与品质上得到显著增强。 金德工控DCT1158C由变送器、传感器两部分组成。外夹式探头具有安装简单，无需破管，现场无需停产等特点。特别适用各种耐压要求的现场流量测量。这种安装方式无运动部件，与传统流量计相比，具有可靠性高，维护率低的显著特点。 金德工控DCT1158C超声波流量计采用了先进的模块化一体式设计，独立菜单操作，液晶背光显示。产品变送器防护等级达到IP65，传感器防护等级达到IP68，适应于潮湿、浸泡等恶劣环境下的使用。 金德工控DCT1158C超声波流量计集合了目前工业场合使用的RS485通讯接口、4-20mA电流信号、脉冲输出、MODBUS协议，可以构成流量计量管网需求。另外产品可以扩展使用太阳能、雷姆电源、防爆/隔爆等功能模块，使产品能够满足各种应用环境的使用。 快速、简便、易于使用 金德工控DCT1158C超声波流量计采用外夹式安装，在变送器菜单中输入现场管径大小、管壁厚、管材、测量介质、探头安装方式，即可测算出探头安装距离进行安装。完成产品电气连接后即可进行测量工作。即使是第一次使用，也可轻松实现测量。 特点： 正、负流量测量，累积流量 无故障工作时间50000小时测试 分时段流量统计 键盘按键寿命大于20万次
气体超声波流量计故障原因及注意事项 本文由https://www.doczj.com/doc/608291310.html,提供 在使用中能造成气体超声波流量计计量故障的主要因素是管内粘污物如泥污、油污、锈尘、水等，尤其是积水。为了消除管内粘污物对气体超声波流量计的影响，在站场工艺设计、施工和日常使用时应注意以下几个方面。 (1)努力创造条件完成管道干燥。GB5025I-2003《输气管道工程设计规范》中规定的“输气管道试压、清管结束后宜进行干燥”这一条款是参考了皇家荷兰壳牌集团企业标准和国内施工经验制定的。气体超声波流量计在西欧等发达国家使用的较早，这也是他们通过实践探索而总结出的经验。目前国内对天然气长输管道进行整体干燥的不是很多，且规范中也使用“宜”字，对是否进行干燥并没有做硬性规定。以前使用孔板等类型的流量计，管道内的积水对计量影响不大，但改用气体超声波流量计后，超声波流量计对水分是相当敏感的，因此进行管道干燥是非常必要的。 (2)分离系统的选择应考虑液态水的处理。以前站场工艺设计上多采用旋风式分离器，要求不高的场合也可使用重力式分离器，近年来也有选用过滤分离器的。在输气管道首、末站设置分离器的主要作用是除去天然气中的各种固体颗粒，现在推广使用的过滤分离器(以滤芯叶片组合式为例)即能除去各种尺寸的固体颗粒，也能100%的分离掉大于8～1Oμm的水汽。但液态水的带人会严重降低分离器的分离效果，在站场内设置分离器时，不管是旋风式，还是过滤分离式，都应考虑在分离器前加一级液态水处理装置，将从管道内带来的液态水分离掉。其分离精度不必要求太高，选择一般的重力式分离器即可。在国内选用气体超声波流量计的站场中，有的已选用两级分离这种工艺模式，效果良好。气体超声波流量计要注意的问题 (3)加强操作管理，及时排出分离器的污水。分离器均设有排污管，通过人工将分离出的污水排除。但由于种种原因，很可能造成排污不及时，积液器中的污水已满，造成分离器失效，使液态水随天然气进入气体超声波流量计而导致计量故障。若要从根本上解决这个问题，消除人为因素的影响，应在分离器的污管上加装自动排污阀，以保证及时排水。此外，在投产运行初期，过滤分离器滤芯的更换频率也要适当加大。
超声波流量计工作原理及常见问题概述 一、工作原理 1、概述 超声流量计是一个测量仪表，它利用声学原理来测定流过管道的流体的流速。在气体的测量现场主要的检测元件包括一对或几对超声传感器。这些传感器都安装在管壁上，每一组传感器的表面都彼此具有规定的几何关系。 由一个传感器发射的超声脉冲由同一组内另一个传感器接收，反过来也如此。Q.Sonic-3 采用了一个单反射声道的方案，在对面的管壁处声脉冲有一次反射。此方案使声道的总长度增加，从而能改善分辨率（灵敏度）并拓宽流量计的范围度，如图2-1所示。 图2-1 信号反射路径 2 、流速的测量 超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器，就像一个渡船的船夫在横渡一条河。当气体不流动时，声脉冲以相同的速度（声速，C）在两个方向上传播。如果管道中的气体有一定流速V（该流速不等于零），则顺着流动方向的声脉冲会传输得快些，而逆着流动方向的声脉冲会传输得慢些。这样，顺流传输时间tD 会短些，而逆流传输时间tU会长些。这里所说的长些或短些都是与气体不流动时的传输时间相比而言；这样就有： L tD = ——————— -------------- (2.1) C + V ? cos 和 L tU = ——————— -------------- (2.2) C — V ? cos 式中，L代表两个传感器之间声道的直线长度，可按下式确定L： L D —— = ———— -------------- (2.3) 2 sin ^ 采用电子学手段来测量此传输时间。根据时间倒数的差，可按下式计算流速V ^ L 1 1 V = ————(—————)-------(2.4)
常用流量计的选型与比较 由于商业用户的种类庞杂，不同企业的燃气用量都大小不一，因此需要根据企业的不同的情况合理的选用燃气计量表，以达到准确计量和节约成本的目的。目前计量燃气用户的燃气计量表主要包括涡轮流量计、超声波流量计、腰轮（罗茨）流量计、膜式流量计这4种，下面从这4种计量表各自的特点分析商业用户燃气计量表的选用。一．涡轮流量计 涡轮流量计属于间接式体积流量计，当气体流过管道式，依靠气体的动能推动透平叶轮作旋转运动，其转动速度与管道的流量成正比，是一种速度式流量计。 涡轮流量计由涡轮流量变速器（传感器）、前置放大器、流量显示积算仪组成，并可将数据远传到上位流量计算机。 气体涡轮流量计具有结构紧凑、精度高、重复性好、量程比宽、反应迅速、压力损失小等优点，但轴承耐磨性及其安装要求较高。涡轮流量计始动流量比较大，在一些单一的用气设备如燃气锅炉、燃气空调等大流量用气设备中。涡轮流量计有着量程范围大、计量精度很高、可以计量大流量燃气（可以达到6000m3/h 以上）等优点，国产的涡轮流量计价格也比较合理。但是在使用涡轮流量计的时候必须要求始动流量也要大，当用气设备小流量的使用燃气对其精度有很大的影响。且涡轮流量计必须有足够长度的前后直管段，以及带温压补
偿的体积修正仪。 主要适用于液化石油气及天然气的计量上，因此，大多运用在工矿企业的炉、窑等热负荷相对恒定的用气设备上。 二．超声波流量计 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，测量体积流量的速度式测量仪表，天然气超声波流量计的测量原理是传播时间差法。在测量管内安装一组超声波传感器；同时测量彼此之间的声波到达时间。 由于是全电子式，无机械部分，不受机械磨损、故障影响，产品的可靠性和精度进步很多。体积小、重量轻，重复性好，压损小，不易老化，使用寿命长；智能化，全电子式的结构，可以扩展为预支费表或无线抄表功能。特殊功能是微小流量可测，有管道泄漏感知功能，压力损失为零。 主要特点：1.能实现双向流束的测量； 2.过程参数（压力，温度等）不影响测量结果； 3.无接触测量系统，流量计量过程无压力损失； 4.可精确测量脉动流； 5.重复性好，速度误差≤5mm/s； 6.量程比很宽，qmin/qmax=1/40~1/60； 7.可不考虑整流，只在上游100mm，下游50mm余留安装间隙即可；
埃尔斯特超声波流量计介绍
题 目:超声波流量计的介绍、应用及最新技术
站 新 姓名奉
超声流量计的定义
国标GB/T 18604： 利用超声在流体中的传播特性来测量流量的流量计。超 声流量计通常由1个或多个超声换能器和设备组成，根据
站 他们所产生或接收到的超声信号推导出流量测量值并把 新 该信号转换为正比于流量标准化输出信号。在流动气体
内的相同行程内，用顺流和逆流传播的2个超声信号的传
奉 播时间差来确定沿声道的气体平均流速所进行的气体流
量测量方法称之为传播时间法。
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超声波流量计的国际和中国标准和规范
? ISO17089
? AGA Report No.9
? EN 14236
? OIML R137
站
? GB/T 18604
新
奉 ? GB/T 18604修订版
? AGA 10 – 声速比对
? JJG 1030-2007 超声波流量计检定规范
? 行业标准和企业标准
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超声波流量计优点
? 精度高（0.3%-0.5%），重复性高， ? 量程比很宽1:40-1:200,流速范围：0.2-30 m/s ? 可测量双向流 ，可精确测定脉动流 ? 无压损，对压力的很大变化不敏感 ? 对沉积物不敏感，无可动部件，免维护
站 ? 重量轻，占用空间少 新 ? 不存在磨损，无示值漂移现象 奉 ? 可带压更换传感器，且更换后无需重新标定
? 具自诊断功能（AGC-level；AGC-limit；采样率；接收率） ? 对上下游直管段要求较短
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超声波流量计常见故障及解决 超声波液位计常见问题如下： 1.故障现象:当控制阀门部分关闭或降低流量时读数反会增加 原因分析:传感器装的过于靠近控制阀下游，当部分关闭阀门时流量计测量的实际是控制阀门缩径流速提高的流速，因口径缩小而流速增加。 解决方法:将传感器远离控制阀门，传感器上游距控制阀30D或将传感器移至控制阀上游距控制阀5D。 2.故障现象:读数不正确 原因分析:A.使流态强列烈波动的装置如：文氏管、孔板、涡街、涡轮或部分关闭的阀门，正好在传感器发射和接收的范围内，使读数不准确。B.流量计输入管径与管道内径不匹配。 解决方法:A.将传感器装在远离上述装置的地方，传感器上游距上述装置30D，下游距上述装置10D或移至上述装置的上游。B.修改管径，使之匹配 3.故障现象:读数不正确 原因分析:A.传感器装在水平管道的顶部和底部的沉淀物干扰超声波信号.B.传感器装在水流向下的管道上，管内未充满流体。 解决方法:A.将传感器装在管道两侧B.将传感器装在充满流体的管段上 4.故障现象:流速显示不正常数据剧烈变化 原因分析:传感器安装在管道振动大的地方或改变流态装置(如调节阀、泵、缩流孔的下流) 解决方法:将传感器装在远离振动源的地方或移至改变流态装置的上游 5.故障现象:传感器是好的，但流速低或没有流速 原因分析:A.由于管道外的油漆、铁锈未清除干净。B.管道面凹凸不平或安装在焊接缝处。C.管道圆度不好，内表面不光滑，有管衬式结垢。若管材为铸铁管，则有可能出现此情况。D.被测介质为纯净物或固体悬浮物过低。E.传感器安装纤维玻璃的管道上。F.传感器安装在套管上，则会削弱超声波信号。G.传感器与管道耦合不好，耦合面有缝隙或气泡。 解决方法:A.重新清除管道，安装传感器。B.将管道磨平或远离焊缝处。C.选择钢管等内表面光滑管道材质或衬的地方。D.选用适合的其它类型仪表。E.将玻璃纤维除去。F.将传感器移到无套管的管段部位上。G.重新安装耦合剂。
外夹式便携式超声波流量计价格优惠，专业生产销售厂家：郑州南北仪器设备有限公司（南北设备集团） 智能涡街流量计/金属管浮子流量计/ 涡轮流量计/超声波流量计/电磁流量计/超声波流量计专业生产销售厂家：郑州南北设备有限公司 外夹式超声流量计在固定安装点，针对具体固定管道使用, 管外安装，传感器和测量介质没有接触，与压力、黏度、介质是否腐蚀性无关，无须停流截管安装，安装快捷，维护与检定简便。大、中、小型传感器适合不同口径管道，标准温度、高温传感器适合不同温度介质,传感器安装固定采用仪表配套的不锈钢钢带，传感器安装时需要使用配套专用的耦合剂。有标准型和隔爆型可供选择。高温可达250℃。 变送器和传感器 手持式超声流量专用于外夹测量小管径 K型传感器的特点： ? K型传感器属专利产品，独家产品； ?采用圆形包箍卡装结构设计，安装简易方便； ?传感器超声波发射/接收面与管道呈完全管道实际圆形接触； ?接触面大，信号强度好，耦合面大，稳定可靠，抗震性能好。 ?适用管径规格： K1—适用于DN15～25 K2—适用于DN20～32 K3—适用于DN32～50 主要技术指标 变送器电源110V AC、220V AC、24VDC、太阳能供电流速范围可0 ～12m/s（计量认证为0.3～5m/s）
扩展 输出 4～20mA输出、脉冲输出（累积流量）、继电器输出、数据存贮器、标准RS232或RS485、可选配Hart协议、ModBus 协议(接口和协议用户订货时申明) 误差 ±0.5% R（流速＞0.5 m/s) ±0.005 m/s （流速＜0.5 m/s） 灵敏度流量：0.0003m/s 重复性0.1%R 防爆标志ExdIIBT6，证号：GYB081506 变送器型式 分体式（可选隔爆式），可在管道上一体安装（订货时申明） 尺寸与重量 标准型(mm)：260×193×80 重量(Kg)：＜2.5 隔爆型(mm)：310×226×127 重量(Kg)：＜5.0 传感器介质种类实际上几乎所有相对纯净的液体 传感器温度标准-40℃～121℃；高温-40℃～250℃ 信号电缆（标准）6m，可选最长300m 管径规格 （小管径）DN15～50 （标准）DN40～1000 （大管径）DN1000～4500 （K型）DN15～50 尺寸与重量 小型尺寸(mm)：42×25×25 重量(Kg /对)：＜0.1 标准尺寸(mm)：60×43×43 重量(Kg /对)：＜0.5 大型尺寸(mm)：80×53×53 重量(Kg /对)：＜1.0 附件耦合剂1支
附件2： 明渠堰槽流量计型式评价大纲 1范围 本型式评价大纲适用于分类代码为12185000的明渠堰槽流量计（以下简称流量计）的型式评价。 2引用文件 本大纲引用了下列文件： JJG 711-1990 明渠堰槽流量计 GB/T 9359-2001 水文仪器基本环境试验条件及方法 GB/T 11606-2007 分析仪器环境试验方法 GB/T 17626.2电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验 GB/T 17626.3电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 GB/T 17626.8电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验 JB/T 9329-1999 仪器仪表运输、运输贮存基本环境条件及试验方法 HJ/T 15-2007 环境保护产品技术要求超声波明渠污水流量计 凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。 3术语 3.1 明渠堰槽流量计weirs and flumes for flow measurement 在明渠中利用量水堰槽和水位～流量转换仪表（二次仪表）来测量流量的流量计。 3.2 水位stage 从测量基准点（或零点）高程算起，加上某一水面的距离后所得到的高程值，单位m。 3.3 喉道throat 测流堰槽内截面面积最小的区段。 4概述 4.1工作原理 在明渠中设置标准量水堰槽，液位计安装在规定位置上测量流过堰槽的水位。将测出的水位值代入相应的流量公式或经验关系式，即可计算出流量值。明渠堰槽
流量计的水位与流量呈单值关系。 4.2结构型式 明渠堰槽流量计包括：薄壁堰、宽顶堰、三角形剖面堰、流线型三角形剖面堰、平坦V形堰、巴歇尔（Parshall）槽、孙奈利(SANIIRI)槽、P-B(Palmer-Boulus)槽等槽体及与之配套的液位计和水位、流量显示仪表。 明渠堰槽流量计由量水堰槽和水位～流量转换仪表（二次仪表）所组成。水位～流量转换仪表包括：液位计、换算器和显示器。 为准确计量流量，明渠堰槽流量计还应包括：堰体上游行近段、下游渠槽衔接段和水位观测设施。 量水堰槽有多种形式，如：薄壁堰、宽顶堰、三角形剖面堰、喉道槽等，可根据现场条件、流量范围和使用要求选取。 5法制管理要求 5.1计量单位 流量计应采用法定计量单位。选用的流量计量单位为m3/h、m3/s或m3，温度单位为℃。 5.2 外部结构 流量计应具有防护装置及不经破坏不能打开的封印。凡能影响计量准确度的任何人为机械干扰，都将在流量计或保护标记上产生永久性的有形损坏痕迹。 5.3 标志 5.3.1计量法制标志的内容 试验样机应预留出位置，以标出制造计量器具许可证的标志和编号，流量计型式批准标志和编号以及产品合格印、证。 5.3.2铭牌 铭牌应包括： a）制造商名称（商标）； b）产品名称及型号； c）出厂编号； d）制造计量器具许可证标志和编号； e）工作温度范围； f）在工作条件下的最大、最小流量或流速；
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。
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。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/608291310.html, 超声波流量计计量精度影响因素研究 作者：王雨时 来源：《中国化工贸易·下旬刊》2019年第08期 摘要：近年来，我国天然气管道建设步伐逐步加快，随着中亚管道、中俄管道、中缅管道、陕京线四线、西气东输三线、新疆煤制气外输管道、鄂安沧天然气管道、LNG接收站及天然气管道互联互通工程的陆续建成投产，“西气东输、南气北上、海气登陆、就地外输”的供气格局已经基本形成。 关键词：超声波流量计；计量精度；控制措施 1 影响超声波流量计测量精度的主要影响因素 1.1 声道排列方式及修正系数的选择的影响 由多声道流量计计算公式就很直观的发现，不同流量计声道排列及修正系数是不一样的，排列方式及修正系数的选择将直接影响超声波流量计的计量精度。 1.2 脏污对超声波流量计影响 天然气管道建设、投产初期，由于管道水、焊渣等残留物未吹扫干净，导致水渍及污物粘附在超声波探头及流量计内壁上，影响超声信号的发射与接收。以RMG流量计为例，当超声接收信号弱时，会实现探头发射信号的自动增益，当增益超过40dB时，计量精度将大大降低。此外，声音在固体或者液体中的传播速度大于声音在气体中传播的速度，探头脏污导致声波传播的时间缩短，导致变大，导致流量计读数偏大。此外，当管壁上有污物会导致计算的管壁D会产生影响。 1.3 噪声对超声波流量计影响 声学噪声与气流扰动等因素有关，如突出的探头、变径管、整流器及调节阀等。当声学噪声的频率与流量计的工作频率相近时，两种声波发生共振，从而干扰超声波换能器分辨超声脉冲信号，使得信噪比发生变化，影响计量精度。 此外由于气体中超声能量的衰减与超声频率成正比，为了在接收端保持一定的信噪比（RMG大于15dB），通常的换能器工作频率都在50～200kHz左右，在此频段内，声学噪声是无法回避的问题，在2014年修改的GB/T 18604中明确提出噪声对超声波流量计测量精度的影响，所以生产过程中要时刻关注噪声值对流量计影响。 1.4 其他因素对计量精度的影响
超声波流量计原理分类及详细说明 一、超声波流量计工作原理: 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。超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器，就像一个渡船的船夫在横渡一条河。当气体不流动时，声脉冲以相同的速度（声速，C）在两个方向上传播。如果管道中的气体有一定流速V（该流速不等于零），则顺着流动方向的声脉冲会传输得快些，而逆着流动方向的声脉冲会传输得慢些。这样，顺流传输时间tD 会短些，而逆流传输时间tU会长些。这里所说的长些或短些都是与气体不流动时的传输时间相比而言；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。 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。 波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大。 多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。 相关法是利用相关技术测量流量，原理上，此法的测量准确度与流体中的声速无关，因而与流体温度，浓度等无关，因而测量准确度高，适用范围广。但相关器价格贵，线路比较复杂。在微处理机普及应用后，这个缺点可以克服。 噪声法(听音法)是利用管道内流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的 原理，通过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单，设备价格便宜，但准确度低。 以上几种方法各有特点，应根据被测流体性质．流速分布情况、管路安装地点以及对测量准确度的要求等因素进行选择。一般说来由于工业生产中工质的温度常不能保持恒定，故多采用频差法及时差法。只有在管径很大时才采用直接时差法。对换能器安装方法的选择原则一般是：当流体沿管轴平行流动时，选用Z 法；当流动方向与管铀不平行或管路安装地点使换能器安装间隔受到限制时，采用V法或X法。当流场分布不均匀而表前直管段又较短时，也可采用多声道(例如双声道或四声道)来克服流速扰动带来的流量测量误差。多普勒法适于测量两相流，可避免常规仪表由悬浮粒或气泡造成的堵塞、磨损、附着而不能运行的弊病，因而得以迅速发展。随着工业的发展及节能工作的开展，煤油混合(COM)、
超声波流量计使用中应注意的问题 超声波流量计适用于各种工业现场中液体流量的在线标定和巡检测量。HN-2004系列手持式超声波流量计具有测量精度高、一致性好、电池供电、操作简单、携带方便等特点，是目前国内体积最小、质量最轻，真正意义上的便携式超声波流量计，特别是在大口径供水管线上，便携式超声波流量计可以将探头安装在管道外表面，实现不断流、不破坏原有管线测量流量，产品已远销至日本、韩国、澳洲、美国等地区，受到了广泛好评。 超声波流量计因为有着其它流量计无法比拟的优点，逐渐成为人们测量流量的首选流量计。这里列举超声波流量计的六大优点供大家参考： 一、外夹式超声波流量计可以实现非接触测流量，即使是插入式或内贴式超声波流量计，其压损也几乎为零，其测流量的方便性与经济性是最佳的。 二、超声波流量计水、气、油各种介质都可以测量，其应用的领域十分广阔。 三、超声波流量计的制造成本几乎和口径无关，在大口径流量计量场合有着价格合理，安装使用方便的综合竞争优势。 四、便携式超声波流量计可以实现一台流量计在各种管径，各种材质的管线上测流量，是作为标准表进行在线校准、比对或期间核查的首选流量计类型。 五、超声波流量计具有其测流原理基于长度与时间两个基本物理量的溯源方便性，可以预见它必将超越其它原理的流量计成为流量标准甚至是流量基准的载体。 六、超声波流量计运行能耗极小，可方便地实现长年电池供电，加之先进的智能化主机可方便地进行网络无线通信，其应用前景更加广阔。 目前超声波流量计在供水行业应用最多的主要还是液体便携式超声波流量计，在实际使用中，不少用户由于对超声波流量计的使用要点掌握不好，测量效果不理想，因而对超声波流量计产生了种种怀疑：“这种流量计测得准吗?”之类的疑问目前已成为业内的热门话题。 评价一种流量计品质的最佳平台就是流量标准装置，通过对数年来的超声波流量计检定结论进行统计，我们发现：超声波流量计的各项指标与其它速度式流量计不相上下，而且当流速足够大时其线性特别好。那么大家为什么在实际使用时会感觉超声波流量计测量不准呢?我们经过众多用户的调研、分析我们发现：用户在使用中应注意的三大问题问题。 一、没有正确对超声波流量计进行校准 任何流量计使用前都需要进行检定或校准，便携式超声波流量计在这一点尤为重要。大家知道，便携式超声波流量计有三组探头可以选择（大、中、小），分别适用于不同的管径范围，每组探头与主机的搭配在某种意义上讲都是一套独立的流量计。 如果只在小管径的流量标准装置上用小探头对便携式超声波流量计进行检定或校准，那么在使用时你如果用大探头测量大管道的流量，就等于你是在使用未经检定或校准的流量计在测
GE超声波流量计故障及检修 1 超声波流量计原理简介 超声波流量计是非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。使用超声波流量计，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。 2 超声波流量计在普光采气厂应用中出现的问题： 1）故障1：变送器显示屏不显示，由于集成卡件到显示屏的一根传输线断； 2）故障2：换能器位置松动或缺少耦合剂，其中微调调整换能器位置3次，加耦合剂一次； 3）故障3：现场流量显示负值，原因为探头接线反，将探头信号线互换后，显示正常； 4）故障4：变送器显示屏出现条格状，输出信号不正常，原因为电源板坏； 3 常见问题的解决方案 3.1 GE超声波的故障代码：
3.2 换能器位置松动或缺少耦合剂此问题应该是超声波流量计最容易出现的问题，随着时间的增加故障率会越来越多。解决方法很简单，一个人看着表头信号强度，另一个人将换能器在计算出来的安装位置微调，达到使用条件的信号即可。信号强度： 3.3 现场流量显示负值，探头接线反此问题出现在开工初期，DCS显示值为零，现场检查表头显示有量但为负值，将两根换能器的信号电缆互换重接后正常。 3.4 变送器显示屏出现条格状，输出信号不正常首先是以为液晶显示屏出现故障，但是打开变送器后闻到明显的焦糊味，经检查发现电源板的电感出现问题。更换电源板后仪表恢复正常。 3.6 变送器显示屏不显示经检查是由于集成卡件到显示屏的一根传输线断，这是由于这根细小的传输线过于靠近变送器前盖，在旋转盖子的情况下很容易由于作业人员的疏忽而压断这根传输线。我们用电烙铁重新焊接后显示正常。
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
超声波气体流量计与孔板流量计的深度对比 石油和天然气在我国能源构成中，始终处于主导地位，其运输方式仍然离不开长输和集输管道工程。在石油和天然气采集与运输过程中，孔板流量计，特别是高级孔板阀在其中处于绝对的统治地位。随着国内石油天然气事业的大规模发展，对于高压、大流量的计量的需求也旺盛起来，孔板流量计由于自身结构的限制其局限性就很明显了。 近来以来，一些新型的流量计也在国内市场崭露头角，并取得一系列成功经验。最值得一提的是超声波流量计在高压、大流量场合具有明显优势，大有取代高级孔板阀之势。下面，对比一下孔板流量计与超声气体波流量计之间的区别，一起来看看吧！ 一、技术性能的比较 1.量程比 由于结构特点，孔板流量计是通过节流件来完成测量的，所以其量程比通常只有1:3，最高可达1:10，而超声波流量计没有任何阻流件，其量程比可达1:200。这两个数据表明：如果实现一种测量方案，假定其流量范围是从1m3/h~40m3/h，使用超声波气体流量计只需要一路工艺计量回路就可以实现，如果采用孔板流量计，需要多路才能实现。 2.压损 由于孔板流量计的结构有阻流件，超声波气体流量计没有阻流件，那么显而易见：孔板流量计的压损很大，超声波流气体量计压损实际可以忽略不计。 节流装置能耗计算如下： 以下以1个典型用户用气参数进行能耗计算：用气量160×104m3/d，用气压力0.6MPa。 节流装置压力损失计算式：（最大刻度差压50kPa、β=0.68） δP=（1-0.24β-0.52β2-0.16β3）ΔP =0.5486×50 =27.43kPa 节流装置能耗计算式：（压缩机效率η=0.8） W=δp×QV/η =27430×18.5185/0.8 =634953W
超声波流量计技术问题汇总 超声波流量计采用时差方式的测量原理，它利用探头发出的超声波在流动着的流体中的传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，在同一传播距离就有不同的传输时间，根据传输速度之差与被测流体流速之间的关系测出流体的流速。 典型时差原理图 ● 什么情况下，采用插入式流量计？ 答：1）管道直径较大时； 2）有紧密内衬时； 3）管内结垢严重时； 4）管材为超声波的不良导体时； 5）外夹式探头达不到要求的信号强度或测量不稳定时。 ● 管段式流量计为什么容易保持计量精度？ 答：1）机加工定型定位； 2）需输入的参数，均可准确测量； 3）可在流量装置上标定。 ● 为什么时差式超声波流量计在小管径上标定好后无须在大管径上标定? 答：超声波流量计属速度式仪表，它测量的是管道中流体的平均流速V，在仪表中，将V 乘以管道的截面积A， 就得到体积流量Q，即Q=V×A。在超声波流量计的技术指标中，其精度为流速的±0.5%，也说明了这一点，正因为超声波流量计为测速仪表，因此，它在多大规格的管道检定也就不重要了，因为在Q=V×A公式中，A为一个给定值（管道规格），而V 为一个仪表实测值，Q为一个计算量。关于对应的标准，可查阅ISO/TR12765-1998《封闭管道中流体流量测量-采用传播时间超声波流量计测量流量》。 ● 多普勒流量计对气泡、颗粒的含量有什么要求？什么情况下影响测量精度? 答：1）在测量含颗粒的介质时，含气泡量不宜过多，否则影响数据飘且不稳定 2）在运用多普勒原理测量时，被测介质的颗粒或悬浮物必须能代表流体流速，在管道
内能均匀分布，含量或多或少对流量都不会有太大影响。 ● 多普勒流量计能测原油吗? 答：含一定气体或杂质的原油可测。 ● 明渠流量计和不满管流量计的区别是什么? 答：1）明渠测量必须有标准的原始测量装置（如标准槽、堰），根据液位变化计算流量； 2）非满管测量，适用比较广泛，对复杂多变的现场条件适用性比较强，测量时可根据流速及流体流经装置的截面来计算流量； 3）两者测量原理和测量方式都有明显区别。 ● 时差式超声波流量计何时使用动态校零？ 答：在现场管道不能停水的情况下，应使用动态校零。 ● 固定式时差流量计如何在现场校正？ 答：在现场的固定式时差流量计或批量的情况下，可将一台便携式时差流量计（如DCT-7088）送检通过后，在现场对固定式时差流量计进行校正。 ● 超声波流量计的标定方法是什么? 答: 体积法（容器法）、重量法（称重法）、标准表法 ● 流量计使用一段时间后，发现信号衰减或无信号，什么原因?如何解决? 答：1）耦合剂干涸，失去作用； 2）管内结垢或介质糊住探头； 3）介质含渣、气泡增多； 4）探头位置发生变化； 5）探头与管壁间有气泡或杂物； 6）管衬与管内壁分离； 7） 探头老化； 8）探头电缆接触不良； 以上各项采取相应措施解决。 ● 仪表使用过程中，程序芯片经常坏，是什么原因？ 答：仪表接地不良或未接地造成。 ● 流量计为什么会产生流量读数不稳定？ 答：1）测量点直管短，不符合测量要求； 2）介质含有气体或杂质且不稳定； 3）仪表故障。
超声波流量计在线比对误差分析与经验分享 关键词：超声波流量计在线仪表电磁流量计误差分析 作者：上海森逸智能仪器有限公司https://www.doczj.com/doc/608291310.html,（技术支持张凯） 目前，随着着工业化、城市化的进程加快！城市居民用水、工业用水的需求大大增加，随之而来的就是管线的持续扩张和延续，同时对水的计量要求，也就提上日程。 在主线上，基本用电磁流量计作为计量依据，在支线进户的一段，计量均采用水表计量。水表可以每年检测一次，无非就是偶尔中断一下供水，不会造成重大的影响，但在主线上安装的电磁流量计，每次检测，就不能采用拆卸的办法了，因为，一旦中断供水，会造成诸多的不便。 正是因为这种原因，目前比较流行的对在线电磁流量计等计量仪表的校准的方法，就是串联一个超声波流量计，通过超声波流量计的读数，来判断在线式仪表的精确度和可靠性。面对超声波流量计与在线仪表的误差，我们应该如何正确的分析在线仪表的可靠性呢？ 这个前提：超声波流量计在其校准周期内，一般距离上次第三方校准的时间，不超过12个月，认为在校准周期内。 一般以我个人的经验，如果超声波流量计与在线式流量仪表误差在±2.0%以内，就可认为在线式仪表的精度是可以接受的。如果超出这个范围，就认为在线仪表，有一定的偏差。就需要对在线仪表进行修正。因为超声波流量计的精度国家规范认定为±1.0%（虽然目前有超声波流量计精度达到±0.5%），若现场在线计量仪表精度±0.5%（也有精度为±0.2%），这个误差就被允许到±1.5%，再加上人为因素，所以不确定度放到±2.0%比较合适。 那么如何尽量降低人为因素的影响呢？ 首先要选用质量过关的超声波流量计，作为校准仪表，其精度、重复性、稳定性必须有一定的要求。 在实地测量时，科学的测量方法，是以现有在线仪表为中心，在现有仪表的等距离的两测选定两个测量点，每个测量点，在其截面的1点、2点处，各测试一次，然后把前后4次测量的数据累加再除于4，得到的数据与在线仪表进行比对。这个时候数据的比对是相对可靠的。以上观点，仅代表个人观点，期盼同行交流指点（400-021-9117），不胜感激！