大口径流量计在线检测技讲义术探讨
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h.其不足之处是大口径产品价格高，而且口径越大价格增 长得越快。尽管如此，像水厂、成品水和源水等计量，因 牵涉到贸易结算，对计量精确度要求高，还是愿意花较多 的钱选用电磁流量计。
电磁流量计选型、安装注意事项： 被测流体必须是导电的，不能小于水的电导率； 不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量； 由于衬里材料的限制，一般使用温度为0～200℃； 因电极嵌装在测量导管上的，使工作压力限制。
一、大口径流量测量特点和流量仪表
电磁流量计 超声波流量计 节流式流量计 插入式流量计
（一）大口径管路流量计-液体
1、大口径液体管路流量测量的特点和要求
①管路口径大要求压损越小越好。一般不允许用局部缩径 的方法提高流速。 ②流速一般都不高。新设计安装的管路，一般均选择经济 流速。因为流速太低，势必增加管路的投资，流速太高， 会造成功力损耗大幅度增加，导致运行成本上升，都是不 经济的。但有些老管路，由于增产的需要而提高了流速。 ③由于流速较低，流体中的污垢、淤泥等极易在管道内壁 沉积。作系统设计时应考虑仪表与流体接触部分的清洗。
蜂窝整流器几何模型图
T1R1
u D
u
L
α
c
α
T2R2
门限电平
超声波周期
b. 脉冲超声波接收-门限电平法 与介质对超声波衰减程度相关——介质洁净；
c. 管壁内外干净，否则衰减太大。
多普勒法测量原理
工 作
存在散射粒子 （介质非洁净，污水测量）
条
件
连续超声波
当超声波束打在一粒子上，发射超声波f1，粒子接收f2
按测量原理分为：
传播速度差 （时差法、频差法、相差法） 多普勒式 相关法
时差法测量原理
T1R1
L
流速u 声速c
u D
u c2t
2Lcos
α
T2R2
αu
c
声路角α
超声换能器（超声探头）——压电陶瓷片
接收超声波：压电效应； 探头一般均具有双功能
发射超声波：逆压电效应；
频差法测量原理
通过测量脉冲超声波顺流声循环和逆流声循环的频 率差来测流量。一个声循环周期为：
使用地点不应有强磁场干扰； 管道充满流体； 前5D、后3D直管段。
衬里的确定：主要考虑耐腐蚀性、耐磨性和流体温度； 电极的选定：考虑腐蚀性，压力状况等； 使用非金属管道应使用接地环。
主要品牌
西门子 ABB 罗斯蒙特
日本横河
（2）超声波流量计
工作原理：
当超声波在流体中传播时，会载带流体流速的信息。因 此，根据对接收到的超声波信号进行分析计算，可以检 测到流体的流速，进而可以得到流量值。超声波流量测 量方法有很多：
uDf
实际上： f f1f2t11t12t2t1 t2t1
本质与时差法相同
u D t2 t1 t1t2
讨论
a. 频差法测得的是直径上的平均流速uD，求 流量需要的是整个管道截面的平均流速uA，
uA=f(uD) 函数关系随流型而变；
T1R1
L
u D
α
T2R2
αu
c
速度分布畸形
单弯管加装蜂窝整流器几何模型图
④测量范围度要求大。有些水管夜间和日间、冬季和夏季 流量相差悬殊，多达1O-20倍，因此，这些水的流量计就要 求范围度特别大。
⑤防护等级要求高。大口径管路大多埋地敷设，为的是节 省空间，在北方，也是防冻的需要。因此流量传感器大多 被安装在仪表井内的管段上。由于雨水、井壁渗漏和管路 外漏等原因常常引起井内水位上升而淹没流量传感器，所 以设计时就应估计到这种情况，选用防持续浸水影响的流 量传感器，例如IP68的防护等级（由IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草。将电器依其防尘 防湿气之特性加以分级。）。
大口径流量计在线检测技术探讨
精品
报告内容
一、大口径流量测量特点和流量仪表 二、液体流量标准装置 三、大口径流量计在线检测
关于大流量的测量
随着工业发展，管道尺寸不断增大，同时带 来大口径流量仪表测量问题，电磁流量计口 径最大已经达3m，超声流量计已经能用到510m管道。
大口径流量计检测校准是一个难题。
电磁流量计设计示意图
电磁流量计在大口径水流量测量中占有极其重要的地位， 这是因为该种仪表具有下列特点。
a.无可动部件，可靠性高，长期稳定性好。
b.无附加阻力。这一点对大口径流量计有特别重要的意义
c.测量精确度高。典型产品在u≥1m/s时，精确度可达到 ±0.3%R甚至±0.2%R。
d.范围度大。保证精确度的范围度一般可达40：1，可测范 围可达200：1，例如IFM系列产品，在v=0.06m/s时，基本 误差仍可小于±2%R。
发射
介质
接收 T1R1
L
u
u
一对超声换能器，在一定的 D α
α
c
时间间隔内交替作为发射和
T2R2
接收器。
顺流时
f1ft11cf1 uLcfo2s逆2u流c时Lof2st12
cucos
L
T1R1
L
f 2ucos
L
u D
L D
sin
α
T2R2
αu
c
u2cLo (sf1f2)sD i2 n f
当α＝45°时
流体流速 u c f
2 f1 cos
上式中含有声速c，它的变化直接影响流速的测量，在 多普勒流量计中一般采用声楔处理这一问题。
fR
cvR c
fS
f2
cucos
c
f1
பைடு நூலகம்
粒子又以f2的频率反射出去，接收器接到的频率为fs
fR
c
c vs
fS
fs
c cuc
os
f2
fs c u c co f2 sf1c c u u c co o fs s 1 (1 2 u c co )s
接收与发射超声波频率之差为
2ucos
f fsf1 c f1
2、仪表选型
（1）电磁流量计
工作原理：当导电的流体在磁场中以
垂直方向流动而切割磁力线时，就会
在管道两边的电极上产生感应电势，
感应电势的大小与磁场的强度、流体
的速度和流体垂直切割磁力线的有效
长度成正比：
EkBDv
Q 1 D2v
4
E 4kBQQ D
式中：E为感应电势；k为系数；B为磁场强度；
D为管道直径；v为垂直于磁力线的流体流动速度；ф为仪表常数
e.直管段要求相对较低。对于大口径管路，这一点也很重 要。有多种流量计要求前后直管达到30D，对于管径1m以上 的管路，就意味着须具备30m以上的直管段，这在多数情况 下难以满足。
f.有大口径产品。国内最大可提供DN3000的产品，从而能 满足大口径水流量测量的需要。
g.品种齐全。有防浸水型IP67及防持续浸水型IP68产品。
电磁流量计选型、安装注意事项： 被测流体必须是导电的，不能小于水的电导率； 不能测量气体、蒸汽和石油制品等的流量； 由于衬里材料的限制，一般使用温度为0～200℃； 因电极嵌装在测量导管上的，使工作压力限制。
一、大口径流量测量特点和流量仪表
电磁流量计 超声波流量计 节流式流量计 插入式流量计
（一）大口径管路流量计-液体
1、大口径液体管路流量测量的特点和要求
①管路口径大要求压损越小越好。一般不允许用局部缩径 的方法提高流速。 ②流速一般都不高。新设计安装的管路，一般均选择经济 流速。因为流速太低，势必增加管路的投资，流速太高， 会造成功力损耗大幅度增加，导致运行成本上升，都是不 经济的。但有些老管路，由于增产的需要而提高了流速。 ③由于流速较低，流体中的污垢、淤泥等极易在管道内壁 沉积。作系统设计时应考虑仪表与流体接触部分的清洗。
蜂窝整流器几何模型图
T1R1
u D
u
L
α
c
α
T2R2
门限电平
超声波周期
b. 脉冲超声波接收-门限电平法 与介质对超声波衰减程度相关——介质洁净；
c. 管壁内外干净，否则衰减太大。
多普勒法测量原理
工 作
存在散射粒子 （介质非洁净，污水测量）
条
件
连续超声波
当超声波束打在一粒子上，发射超声波f1，粒子接收f2
按测量原理分为：
传播速度差 （时差法、频差法、相差法） 多普勒式 相关法
时差法测量原理
T1R1
L
流速u 声速c
u D
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2Lcos
α
T2R2
αu
c
声路角α
超声换能器（超声探头）——压电陶瓷片
接收超声波：压电效应； 探头一般均具有双功能
发射超声波：逆压电效应；
频差法测量原理
通过测量脉冲超声波顺流声循环和逆流声循环的频 率差来测流量。一个声循环周期为：
使用地点不应有强磁场干扰； 管道充满流体； 前5D、后3D直管段。
衬里的确定：主要考虑耐腐蚀性、耐磨性和流体温度； 电极的选定：考虑腐蚀性，压力状况等； 使用非金属管道应使用接地环。
主要品牌
西门子 ABB 罗斯蒙特
日本横河
（2）超声波流量计
工作原理：
当超声波在流体中传播时，会载带流体流速的信息。因 此，根据对接收到的超声波信号进行分析计算，可以检 测到流体的流速，进而可以得到流量值。超声波流量测 量方法有很多：
uDf
实际上： f f1f2t11t12t2t1 t2t1
本质与时差法相同
u D t2 t1 t1t2
讨论
a. 频差法测得的是直径上的平均流速uD，求 流量需要的是整个管道截面的平均流速uA，
uA=f(uD) 函数关系随流型而变；
T1R1
L
u D
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T2R2
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速度分布畸形
单弯管加装蜂窝整流器几何模型图
④测量范围度要求大。有些水管夜间和日间、冬季和夏季 流量相差悬殊，多达1O-20倍，因此，这些水的流量计就要 求范围度特别大。
⑤防护等级要求高。大口径管路大多埋地敷设，为的是节 省空间，在北方，也是防冻的需要。因此流量传感器大多 被安装在仪表井内的管段上。由于雨水、井壁渗漏和管路 外漏等原因常常引起井内水位上升而淹没流量传感器，所 以设计时就应估计到这种情况，选用防持续浸水影响的流 量传感器，例如IP68的防护等级（由IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草。将电器依其防尘 防湿气之特性加以分级。）。
大口径流量计在线检测技术探讨
精品
报告内容
一、大口径流量测量特点和流量仪表 二、液体流量标准装置 三、大口径流量计在线检测
关于大流量的测量
随着工业发展，管道尺寸不断增大，同时带 来大口径流量仪表测量问题，电磁流量计口 径最大已经达3m，超声流量计已经能用到510m管道。
大口径流量计检测校准是一个难题。
电磁流量计设计示意图
电磁流量计在大口径水流量测量中占有极其重要的地位， 这是因为该种仪表具有下列特点。
a.无可动部件，可靠性高，长期稳定性好。
b.无附加阻力。这一点对大口径流量计有特别重要的意义
c.测量精确度高。典型产品在u≥1m/s时，精确度可达到 ±0.3%R甚至±0.2%R。
d.范围度大。保证精确度的范围度一般可达40：1，可测范 围可达200：1，例如IFM系列产品，在v=0.06m/s时，基本 误差仍可小于±2%R。
发射
介质
接收 T1R1
L
u
u
一对超声换能器，在一定的 D α
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时间间隔内交替作为发射和
T2R2
接收器。
顺流时
f1ft11cf1 uLcfo2s逆2u流c时Lof2st12
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L
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当α＝45°时
流体流速 u c f
2 f1 cos
上式中含有声速c，它的变化直接影响流速的测量，在 多普勒流量计中一般采用声楔处理这一问题。
fR
cvR c
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பைடு நூலகம்
粒子又以f2的频率反射出去，接收器接到的频率为fs
fR
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接收与发射超声波频率之差为
2ucos
f fsf1 c f1
2、仪表选型
（1）电磁流量计
工作原理：当导电的流体在磁场中以
垂直方向流动而切割磁力线时，就会
在管道两边的电极上产生感应电势，
感应电势的大小与磁场的强度、流体
的速度和流体垂直切割磁力线的有效
长度成正比：
EkBDv
Q 1 D2v
4
E 4kBQQ D
式中：E为感应电势；k为系数；B为磁场强度；
D为管道直径；v为垂直于磁力线的流体流动速度；ф为仪表常数
e.直管段要求相对较低。对于大口径管路，这一点也很重 要。有多种流量计要求前后直管达到30D，对于管径1m以上 的管路，就意味着须具备30m以上的直管段，这在多数情况 下难以满足。
f.有大口径产品。国内最大可提供DN3000的产品，从而能 满足大口径水流量测量的需要。
g.品种齐全。有防浸水型IP67及防持续浸水型IP68产品。