超声波流量计原理

表体一次铸造成型，没有焊缝
时间直通式原理的技术特点
DANIEL 超声波流量计是时间直通式超声流量 计 声波由一个探头发射另一个接收，不经管壁 反射 声波由上游向下游传输的时间(由于声波被气 流推动)小于声波由下游向上游传输的时间 (声波被气流反向阻挡) 这两个时间之差与气流的速度存在某种关系 从上下游测得的传输时间可以计算出气流的 平均速度和声波的速度
电压输出
二、丹尼尔气体超声波流量计技术特点
直射式 直射式（从加工上来说有更高Fra Baidu bibliotek加工精度以及对电子单元的更高要求。
相对于反射式声道更短，传输时间更短），不易受管道内部污垢的影 响）（脏表比较） 独特的声道布置 独特的声道布置能够更准确地体现流体流态（GRI的测试），同时可以有 效消除漩涡流的影响；水平的声道布置不会造成凝析液的积聚;
量。
流量计本身的超声波工作范围在80 – 180 KHz之间，中心频率为120
KHz 。
典型的超声流量计量系统
温度& 压力数据
RS485 或脉冲 接收工况流量
RS232/RS485 色谱的分析数据
与上位机数字通信,包括所有 诊断和报警信息
标况流量,总能量,天然气组分 及管理所需的信息
高级超声波流量计流量方程
表体一次铸造成型，没有焊缝 表体一次铸造成型，没有焊缝，能最大限度减小温度变化带来的表体几
何尺寸的影响。
噪声的数字滤波处理 调节阀产生噪声的数字虑波处理（对超声波信
号取平均值，从而可以滤除噪声）
Mark III电子单元 Mark III电子单元（一套电子单元适用于所有的
超声波流量计，压力温度输入可以实现表体 内径的补偿）
气体高级超声波流量计
四通道流量计
声波的基本知识
什么是声波 ?
声波是一种机械辐射能,它以实际物质为载体 的纵向压力波(注意它不是一种横截面或横向 波).
声波是如何产生的 ?
当振动体与介质相接触时,便产生声波
声波的频率 (Hz)
单位时间内通过某一给定点的声波的数量叫 声波的频率
声波的速度
速度是指声波通过某一介质的速率(米/秒, 英 尺/秒), 它是独立于频率的一个概念
介质的弹性越大,声波传播的速度越快 介质的密度越大, 声波传输的速度越慢 如果气体的密度已知的话,声波的速度是可以
计算出来的
声波的波长
波长等于声波的速度除以声波的频率
声波的强度
随介质的密度降低而变弱
超声波是高频率的声波
人类可以通过听觉感知到的声波频率范围从 20到 20,000 Hz
超声波的频率在 20,000Hz以上 丹尼尔超声波流量计的工作频率是120 KHz
三、Mark III 电子数据处理单元
CPU板
终端板
将通讯线（两根）接到通讯口A 的“1”和“2”端子上，同时将 “1”和“4”，“2”和“5” 短接
1、一块CPU板 代替原来的四块 板 2、MARKⅢ输 出每秒更新一次， MARKⅡ5秒一 次 3、声波发射 MARKⅢ比 MARKⅡ快
放大器板
时间直通式测量原理 本安型传感器信号检测回路
脉冲发生器
接收单元 检测单元
时钟
120 kHz 超声波信号
( 大大高予调节阀的干扰频率60 kHz)
100 MHz 晶振
T-Slot 型超声波探头
Daniel Ultrasonic Slide 22
可以使用以下工具在线带压 拆卸并更换超声波探头
Daniel Ultrasonic Slide 23
超声波流量计
孙兴平 2008.1.17
一、气体超声波流量计原理及相关知识 二、丹尼尔超声波流量计技术特点 三、Mark III电子单元 四、CUI 软件介绍 五、S600 六、超声波流量计的投运 七、注意事项 八、常见故障及处理
一、超声波流量计结构和计量原理
结构
原理：
气体超声流量计采用绝对数字时间差法，是通过测量 高频声脉冲在气体中顺流传播和逆流传播的时间差与气体流 速成正比这一原理来测量气体流量的速度式流量计
A管道流通面积，m2；
ts超声波顺流传播的时间，s；
tn超声波逆流传播的时间，s；
L超声波在传感器之间的声道长度，m；
D管道内径，m；
θ管轴线与传感器声道之间的夹角；
K速度分布剖面的修正系数；
利用流量计算机计算出的压缩因子和温度/压力变送器来的温压信号 对气体超声波流量计来的流量信号进行体积修正，从而得到标况下的流
为什么使用超声波?
能够聚焦成一束光 在管道经常产生的干扰频率(60HZ)之上
超声波的产生和检测
压电晶体制成的传感器用来产生和感测超声波信 号
压电晶体的反向效应用来产生超声波振动 压电晶体的正向效应用来感测超声波振动
超声波流量计探头
衬垫 材料
导电 体
壳体
压电晶体 Disk
耦合 层
24V 输入
120 KHz 输入 120 KHz 输出
任意一对传感器
L t1 =
c - v(x/L)
L t2 =
c + v(x/L)
X
Flow
D
流量方程
v
=
L2 (t1-t2) 2x t1t2
c=
L (t1+t2) 2 t1t2
v = 流体速度 c = 声速
t1 = 上游传输时间 t2 = 下游传输时间
流速测量
流量与流体的流速和截面积有关
流量=流速*截面积
当管道中有气体流过时，传感器1和传感器2所发射的超声波 脉冲分别被传感器2和传感器1接受，由于超声波脉冲在气流 中传播速度受到气流的影响，导致超声波脉冲顺流传播的速 度要比逆流时快，在超声波声道长度内，其顺流、逆流方向 的传播时间分别为：
ts
c
L
v cos
tn
c
L
v cos
沿声程测得的被测气体的平均流速：
探头接到放大板的 三根线中，黑色信 号线(+)、白色信 号线(-) 、S接地线
Mark II
CPU 主板 电源板
本安接口板 现场接线板 诊断和接口板
四、CUI软件
DANIEL CUI是基于Windows操作系统的软件，可为用户呈 现：流速剖面、各声道的声速、增益、信噪比
v
L 2 cos
1 ts
1 tn
表示被测气体的平均流速，这是沿声道长度上的平均的线性 加权的气体流速，需进行气体流速的修正，得出计算气体流 量的方程式：
qf
A K v D2 K L
4
2 cos
1 ts
1 tn
D2 K
qf工况体积流量，4m3/s；
L
2 cos ts
tn
tn
ts