流量计量上超声波流量计的应用

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。

四、超声波探头的安装方式
目前在超声波探头的安装上，主要
有Ｖ法和Ｚ法，如果采用Ｖ法，则超声波
信号的行程增加一倍，比较适合小型管
道的测量，，且对管道条件有一定的要
求，否则超声波在管道传输过程中，会
衰减的很快。

如果采用Ｚ法安装超声波
探头，由于超声波不存在反射的问题，
因此信号衰减的就小，适合大管径管道
的测量。

如果管径大于３００毫米，则应
该优选Ｚ法。

在实际选择探头安装方式
时，应该进行现场测试。

五、上下游直管段长度检测
对于超声波流量计在直管道上下游
的安装有明确的要求，其上游直管长度
应该在１０Ｄ以上，下游的管道长度应该
在５Ｄ以上，其布置应该尽量远离阀门等
处，避免扰动因素的影响。

如果管道的
长度无法满足要求，流体从稳定层过渡
成紊流状态，流速的分布就会不均匀，
标定系数Ｋ将产生较大的变化，这会引
起测量准确度的下降。

如果在靠近阀
门、或截面积变化较大处安装换能器探
头，就会造成从层流转成紊流，并造成
流体中一些气体的出现，由于气体具有
一定的阻抗，使声束分散。

为此，我们
在实际安装时，一定要引起注意。

六、超声波流量计计量精度分析
超神波流量计的计量精度会受到
多方面的影响，一是计量系统本身的误
差造成的，另一个是超声波传递速度受
多方面因素造成的，例如传输介质的
特性、传输介质的温度都会对超声波传
输速度有比较大的影响，要想提高测量
的精度，就必须要提高传输介质的稳定
性，并尽量在常温下进行测量，如果传
输介质温度不稳定，就必须在计量设备
中增加一套测温装置，利用测量介质的
温度，对测量精度进行一定的补偿。

对
计量精度造成主要影响的还是计量系统
本身，其中计时器计时的准确性就会对
测量精度造成很大的影响，目前的单片
机系统主要还是依靠内部时钟的周期来
对测量的周期数进行计数的，如果单片
机的时钟频率过低，就会对计时的准确
性造成很大的影响。

此外超声波发射器
和接收器的灵敏程度也会对测量精度造
成很大的影响，如果其工作对控制信号
有较大的延时，这也会对测量精度产生
很大的影响。

目前超声波计量计在计量量程上要
明显好于涡轮计量计，且由于涡轮计属
于机械构造，其在工作时存在一定的延
时性，这也会对测量结果产生较大的影
响，超声波计量有采用电子式测量，就
可以完全避免这个问题，测得的数据更
加实施，非常适合在自动控制领域中，
进行应用。

虽然皮膜表的测量精度要高
于超声波计量计，但超声波计量计体积
更加小巧，更适合空间小的调压室。

七、结语
随着工业化的不断发展，对流体进
行计量的应用越来越多，传统的计量大多
采用机械计量的方式，不仅结构复杂、成
本高，也无法很好保证计量精度。

超声波
流体计量是电子计量技术发展的产物，其
在测量精度和成本上，都比传统的测量方
式更具优势，但其对测量条件有一定的要
求，在对其应用的过程中，一定要加强注
意。

此外，在实际选择超声波剂量计时，
应该根据使用要求合理进行选择，避免超
测量范围的使用。

参考文献：
[1]燕金刚。

超声波流量计及其在测量中应注意的
几个问题[J]。

中国仪器仪表，2005（9）.
[2]梁立新，等。

直管段长度对超声波流量计测量
误差的影响[J]。

计量与测试技术，2001（4）.
[3]程利。

时差式超声波流量计在污水计量上的应
用[J]。

中国计量，2004（8）：57-58.
[4]任翠平。

时差式超声波流量计的应用[J]。

中国
计量，2002（11）：45-46.
流量计量上超声波流量计的应用
常勇智　孙艳科　陈冠玮 中石油管道有限责任公司西气东输分公司山西管理处
【摘　要】随着我国工业自动化的不断发展，对各种流体流量测定的场合，需要的越来越多。

传统的流体计量方法存在测量设备复杂、测量精度不高的缺点。

近些年随着电子技术、数字技术、声楔材料的不断发展，应用超声波技术来测流体流量的技术发展十分迅速，为了让该技术得到更高的应用，各种超声波流量计也被发明了出来。

其目前越来越多应用在了工业农业、水利、水电等行业。

为了让大家对该技术有更加深入的了解，我将要在本文中对流量上超声波流量计的应用进行探讨，希望对促进我国计量事业的发展，可以起到促进作用。

【关键词】流量计量上超声波流量计的应用
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