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設備部電控處工作報告
主題:超音波流量計
單位:儀錶維修課
報告人:裴雄居
2014年 01月25日
編號:PEP-140125-17-C1
版次:R0
1
目錄
1.超音波流量計的原理.................................P1 2.超音波流量計的圖面………………….…P11 3.超音波流量計的選定方法………………P12 4.超音波流量計的設置及運轉…………...P14 5.超音波流量計的保養及維修………...…P17
<30m
较高
一般较低
4.超音波流量計的設置及運轉-1
4.1 选择安装位置 选择安装管段对测试精度影响很大，所选管段应避 开干扰和涡流这两种对测量精度影响较大的情况， 一般选择管段应满足下列条件： 4.1.1、避免在水泵、大功率电台、变频，即有强磁 场和震动干扰处安装机器； 4.1.2、选择管材应均匀致密，易于超声波传输的管 段； 4.1.3、要有足够长的直管段，安装点上游直管段必 须要大于10D（注：D=直径），下游要大于5D；
1.超音波流量計的原理-7
• 当随流体以速度v运动的颗粒流向声波发生器时，颗粒接 收到的声波频率f1为：
• 因此，声波接收器和发生器间的多普勒频移Δf为：
1.超音波流量計的原理-8
• 以上各式中：θ为声波方向与流体流速v之间的夹角，f0 为声源的初始声波频率，c为声源在介质中的传播速度。 若c>>vcosθ则
4.超音波流量計的設置及運轉-3
4.2.1、当被测量流体浊度高，用V法测量收不到信 号或信号很弱时； 4.2.2、当管道内壁有衬里时； 4.2.3、当管道使用年限太长且内壁结垢严重时；
对于管道条件较好者，即使D稍大于200mm，为了提 高测量精度，也可采用V法安装
5.超音波流量計的保養及維修-1
2.超音波流量計的圖面-1
3.超音波流量計的選定方法-1
选择液体用超声波流量计首先考虑测量原理是传播 时间法还是多普勒法？其主要判断要素是：液体洁 净程度或杂质含量，测量精度要求。基本适用条件 如下表1所示。
此外，对于外夹装式仪表还要考虑管壁材料和厚度、 锈蚀状况、衬里材料和厚度；对于现场安装换能器 式仪表要考虑换能器类型；对于大管径传播时间法 仪表要考虑声道数，等等。
1.超音波流量計的原理-2
1.2 超声波流量计的测量原理 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。
1.超音波流量計的原理-3
1.2 超声波流量计的测量原理
4.超音波流量計的設置及運轉-2
4.1.4、安装点上游距水泵应有30D距离； 4.1.5、流体应充满管道； 4.1.6、管道周围要有足够的空间便于现场人员操作， 地下管道需做测试井，测试井如下： 4.2 确定探头安装方式 超声波流量计一般有两种探头安装方式，即Z法和V 法。 但是,当D < 200mm而现场情况为下列条件之一者,也 可采用Z法安装：
故障现象
无流量显示
原因分析
解决方法
1.保险断或显示单元坏.
1.更换保险或显示单元.
2.信号电缆开路.
2.重新连接信号电缆.
3.换能器表面有附着物或损坏. 3.清除附着物或更换换能器.
4.管道未满管造成信号衰减中 4.改变管道工艺条件或更换测
断.
量位置.
5.由于管道外的油漆、铁锈未 5.重新清除管道，安装传感器.
清除干净。
6.将管道磨平或远离焊缝处.
6.管道面凹凸不平或安装在焊 7.选择钢管等内表面光滑管道
接缝处。
材质或衬里的地方.
1.超音波流量計的原理-1
1.1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。
体积含量<1%(包括气泡)时不影响测量准确度
浊度>50－100mg/L
带测量管段式 湿式大口径多声道 湿式小口径单声道 夹装式(范围度20：1)
±(0.5-1)%R ±1.5%R-±3%R
±(3-10)%FS 固体粒子含பைடு நூலகம்基本不变时
±(0.5-3)%
0.1%-0.3%
1%
100-300m,在能保证信号质量的前提下,可以小于100m
1.超音波流量計的原理-5
• 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。
多声道超声波流量计测流原理图
1.超音波流量計的原理-6
1.2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.超音波流量計的選定方法-2
条件 适用液体 适用悬浮颗粒含量
仪表基本误差
重复性误差 信号传输电缆长度
价格
传播时间法
多普勒法
水类(江河水，海水农业用水等),油类（纯净燃油，润 滑油，食用油等），化学试剂，药液等
含杂质多的水(下水，污水，农业 用水等)，浆类(泥浆，矿浆， 纸浆化工料浆等)，油类(非 净燃油，重油，原油等)
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：
t1
c
L v cos
1.超音波流量計的原理-4
• 从P2到P1逆流发射时， 声波的传播时间t2为:
t
2
c
L v cos
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 用公式可测得流量Q。
主題:超音波流量計
單位:儀錶維修課
報告人:裴雄居
2014年 01月25日
編號:PEP-140125-17-C1
版次:R0
1
目錄
1.超音波流量計的原理.................................P1 2.超音波流量計的圖面………………….…P11 3.超音波流量計的選定方法………………P12 4.超音波流量計的設置及運轉…………...P14 5.超音波流量計的保養及維修………...…P17
<30m
较高
一般较低
4.超音波流量計的設置及運轉-1
4.1 选择安装位置 选择安装管段对测试精度影响很大，所选管段应避 开干扰和涡流这两种对测量精度影响较大的情况， 一般选择管段应满足下列条件： 4.1.1、避免在水泵、大功率电台、变频，即有强磁 场和震动干扰处安装机器； 4.1.2、选择管材应均匀致密，易于超声波传输的管 段； 4.1.3、要有足够长的直管段，安装点上游直管段必 须要大于10D（注：D=直径），下游要大于5D；
1.超音波流量計的原理-7
• 当随流体以速度v运动的颗粒流向声波发生器时，颗粒接 收到的声波频率f1为：
• 因此，声波接收器和发生器间的多普勒频移Δf为：
1.超音波流量計的原理-8
• 以上各式中：θ为声波方向与流体流速v之间的夹角，f0 为声源的初始声波频率，c为声源在介质中的传播速度。 若c>>vcosθ则
4.超音波流量計的設置及運轉-3
4.2.1、当被测量流体浊度高，用V法测量收不到信 号或信号很弱时； 4.2.2、当管道内壁有衬里时； 4.2.3、当管道使用年限太长且内壁结垢严重时；
对于管道条件较好者，即使D稍大于200mm，为了提 高测量精度，也可采用V法安装
5.超音波流量計的保養及維修-1
2.超音波流量計的圖面-1
3.超音波流量計的選定方法-1
选择液体用超声波流量计首先考虑测量原理是传播 时间法还是多普勒法？其主要判断要素是：液体洁 净程度或杂质含量，测量精度要求。基本适用条件 如下表1所示。
此外，对于外夹装式仪表还要考虑管壁材料和厚度、 锈蚀状况、衬里材料和厚度；对于现场安装换能器 式仪表要考虑换能器类型；对于大管径传播时间法 仪表要考虑声道数，等等。
1.超音波流量計的原理-2
1.2 超声波流量计的测量原理 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。
1.超音波流量計的原理-3
1.2 超声波流量计的测量原理
4.超音波流量計的設置及運轉-2
4.1.4、安装点上游距水泵应有30D距离； 4.1.5、流体应充满管道； 4.1.6、管道周围要有足够的空间便于现场人员操作， 地下管道需做测试井，测试井如下： 4.2 确定探头安装方式 超声波流量计一般有两种探头安装方式，即Z法和V 法。 但是,当D < 200mm而现场情况为下列条件之一者,也 可采用Z法安装：
故障现象
无流量显示
原因分析
解决方法
1.保险断或显示单元坏.
1.更换保险或显示单元.
2.信号电缆开路.
2.重新连接信号电缆.
3.换能器表面有附着物或损坏. 3.清除附着物或更换换能器.
4.管道未满管造成信号衰减中 4.改变管道工艺条件或更换测
断.
量位置.
5.由于管道外的油漆、铁锈未 5.重新清除管道，安装传感器.
清除干净。
6.将管道磨平或远离焊缝处.
6.管道面凹凸不平或安装在焊 7.选择钢管等内表面光滑管道
接缝处。
材质或衬里的地方.
1.超音波流量計的原理-1
1.1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。
体积含量<1%(包括气泡)时不影响测量准确度
浊度>50－100mg/L
带测量管段式 湿式大口径多声道 湿式小口径单声道 夹装式(范围度20：1)
±(0.5-1)%R ±1.5%R-±3%R
±(3-10)%FS 固体粒子含பைடு நூலகம்基本不变时
±(0.5-3)%
0.1%-0.3%
1%
100-300m,在能保证信号质量的前提下,可以小于100m
1.超音波流量計的原理-5
• 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。
多声道超声波流量计测流原理图
1.超音波流量計的原理-6
1.2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.超音波流量計的選定方法-2
条件 适用液体 适用悬浮颗粒含量
仪表基本误差
重复性误差 信号传输电缆长度
价格
传播时间法
多普勒法
水类(江河水，海水农业用水等),油类（纯净燃油，润 滑油，食用油等），化学试剂，药液等
含杂质多的水(下水，污水，农业 用水等)，浆类(泥浆，矿浆， 纸浆化工料浆等)，油类(非 净燃油，重油，原油等)
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：
t1
c
L v cos
1.超音波流量計的原理-4
• 从P2到P1逆流发射时， 声波的传播时间t2为:
t
2
c
L v cos
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 用公式可测得流量Q。