气体超声波流量计简介课件.
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超声波流量计课件
超声波流量计课件
$number {01}
目
• 超声波流量计概述 • 超声波流量计的应用 • 超声波流量计的安装与调试 • 超声波流量计的维护与保养 • 超声波流量计的发展趋势与展望
01
超声波流量计概述
定义与工作原理
定义
超声波流量计是一种非接触式流量测量仪表，通过测量流体中超声波信号的传播速度来推算流体的流速和流量。
按安装方式分类
超声波流量计可分为外夹式、管段式和插入式等。
按测量通道分类
超声波流量计可分为单通道和多通道两种。
超声波流量计的特点与优势
非接触式测量
超声波流量计不与流体直接接触， 对流体的温度、压力、粘度等参 数影响较小。
适用范围广
超声波流量计可适用于多种流体 介质，如气体、液体和浆液等。
高精度测量
工作原理
超声波流量计通常由一对或多对超声波换能器组成，一个作为发射器，另一个作为接收器。发射器发出超声波信 号，流体中的声波传播速度受到流速的影响，接收器接收到信号后，通过测量声波传播时间与无流动时的传播时 间之差，计算出流体的流速和流量。
超声波流量计的分类
1 2
3
按测量原理分类
超声波流量计可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、 噪声法等。
未来发展方向与趋势
集成化与模块化
实现超声波流量计的集成化和模块化，便于安装和维护。
无线传输与远程监控
实现流量计数据的无线传输和远程监控，提高管理效率。
多参数测量
拓展超声波流量计的多参数测量功能，如温度、压力等，提供更全 面的流体参数信息。
THANKS
04
超声波流量计的维护与保养
日常维护与灰尘、污
02
垢等杂质的积累。
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目
• 超声波流量计概述 • 超声波流量计的应用 • 超声波流量计的安装与调试 • 超声波流量计的维护与保养 • 超声波流量计的发展趋势与展望
01
超声波流量计概述
定义与工作原理
定义
超声波流量计是一种非接触式流量测量仪表，通过测量流体中超声波信号的传播速度来推算流体的流速和流量。
按安装方式分类
超声波流量计可分为外夹式、管段式和插入式等。
按测量通道分类
超声波流量计可分为单通道和多通道两种。
超声波流量计的特点与优势
非接触式测量
超声波流量计不与流体直接接触， 对流体的温度、压力、粘度等参 数影响较小。
适用范围广
超声波流量计可适用于多种流体 介质，如气体、液体和浆液等。
高精度测量
工作原理
超声波流量计通常由一对或多对超声波换能器组成，一个作为发射器，另一个作为接收器。发射器发出超声波信 号，流体中的声波传播速度受到流速的影响，接收器接收到信号后，通过测量声波传播时间与无流动时的传播时 间之差，计算出流体的流速和流量。
超声波流量计的分类
1 2
3
按测量原理分类
超声波流量计可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、 噪声法等。
未来发展方向与趋势
集成化与模块化
实现超声波流量计的集成化和模块化，便于安装和维护。
无线传输与远程监控
实现流量计数据的无线传输和远程监控，提高管理效率。
多参数测量
拓展超声波流量计的多参数测量功能，如温度、压力等，提供更全 面的流体参数信息。
THANKS
04
超声波流量计的维护与保养
日常维护与灰尘、污
02
垢等杂质的积累。
超声波流量计精选文档课件
根据测量原理和应用场景，超声波流量计可分为多普勒流量计、传播速度差流量计和混合式流量计等。
广泛应用于液体和气体流量的测量，如自来水、污水、工业管道、水处理设施等场合。
应用
分类
优点
非接触式测量，不易受流体物性和温度压力等参数影响，测量精度高，稳定性好，可测量多种流体介质。
缺点
对流体状态和管道条件有一定要求，如气泡、噪声、振动等会影响测量精度，安装和维护成本相对较高。
在制定选型方案时，需要充分了解实际需求和现场条件，明确测量的目的和要求。同时，需要了解各种超声波流量计的特点和优缺点，以便选择最适合的型号和规格。
根据实际应用情况，对超声波流量计的性能进行评估和比较，以便选择最合适的型号。
在评估和比较超声波流量计的性能时，需要考虑测量精度、稳定性、可靠性、性价比等因素。可以通过查阅产品手册、用户评价等方式获取更多信息，以便做出更明智的选择。
步骤四
对流量计进行测试，确保故障已排除。
超声波流量计的发展势与展望
采用更先进的信号处理算法，提高流量计的测量精度和稳定性。
信号处理技术
加强流量计的抗噪声和干扰能力，确保在复杂环境下能够准确测量。
抗干扰能力
集成人工智能和大数据分析技术，实现流量计的远程监控、故障诊断和预测性维护。
智能化技术
03
超声波流量计技术参数
超声波流量计的测量范围取决于管道直径、流体类型和流速分布等因素。一般来说，超声波流量计适用于管道直径在DN10-DN6000之间的流体流量测量。
测量范围
超声波流量计的精度通常在±1% - ±5%之间，具体精度取决于制造商和产品型号。高精度的超声波流量计可用于对流体流量有严格要求的场合，如石油化工、污水处理等领域。
丹尼尔气体超声波流量原理简介计
声波的波长
波长等于声波的速度除以声波的频率
随介质的密度降低而变弱
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声波的强度
Fisher-Rosemount Confidential Daniel Product Training
超声波
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
Fisher-Rosemount Confidential Daniel Product Training
Mar 00
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流体剖面特性
气体在管道的中心线一带流动较快,越接近管壁 流速越慢
单通道和双通道流量计需要流体经过流态矫正
Fisher-Rosemount Confidential Daniel Product Training
Mar 00
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超声波流量计的技术特点
应用实例
一台16”(DN400)的超声流量计可相当于三台 12”(DN300)的孔板流量计流通量的总和
投资:
一台16“多通道超声流量计的投资为$79,700; 三台12“孔板流量计带直管段的总投资为$184,300; 节约投资超过 $104,000
1994: Daniel引入防爆的Mark II电子处理装置
Fisher-Rosemount Confidential Daniel Product Training
Mar 00
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丹尼尔超声波流量计的发展历史
天然气计量技术—气体超声波流量计
或 V L (1 1)
2 cos t1 t2
v = 流体速度 c = 声速
t1 = 上游传输时间 t2 = 下游传输时间 L ( X ) =上下游换能器之间的距离
超声波流量计的计算
多通道即多路流速测量!
A B C D
多通道流量计
Vn
=
L2 2x
(t1 -t2 ) (t1 t2 )
4
S Vavg = Wn Vn n=1
• 时间直通式测量原理本身具有较高的精准度， 不受表体内部光滑程度或污垢的影响。
• 对流体剖面特性及流场,流态的检测,并采用 精确的数学模型进行补偿
如何确保超声波流量计的精度
• 电子时钟的稳定性 • 连续测量与流体状态相关的声波脉冲 • 对电子元件和传感器引起的信号滞后给予恰
当的补偿
多通道流量计算
–常用来矫正流态剖面对流量测量的影响 • 流态的矫正
–常用在单通道或双通道流量计中
谢谢
计量特性
• 工作原理简单； • 测量准确度高，量程比大，一般都是1：20，可达到1：100； • 适应性强，上游直管段最好25~30D ，下游直管段最好10D
(加流动调节器，上游最短10D ，下游5D ，加上表体约 20D)； • 无可动部件，可直接进行清管作业； • 受压力变化影响较小； • 为高科技产品，各厂家的产品都有其独特的专利技术，一 次性投资高； • 多声道，尤其是四声道和五声道流量计能适用多种流态；
应用场合
普通气体超声波流量计 • 非贸易交接的场合 • 比对 • 储气罐的测量 • 海洋天然气的计量 • 原料天然气的测量
如何确保超声波流量计的精度
• 精确的几何加工尺寸和精密的传感器定位
• 仪表的整体化技术贯穿于设计的全部过程中， 整体铸造钢制表体，减少焊缝接口，有效减 少表体热胀冷缩对计量的影响
超声波流量计培训ppt课件
❖ - 当某个声道的声速与流量计的平均声速 差值超过“CRange” 参数的设置值时，该 声道条块颜色会变为红色
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35
❖ - 增益指要对接收到的信号增强多少，才能达到 需要的振幅强
❖ 度。如果信号强度衰减，增益加强。
❖ - 不同的流体条件，可导致不同流量计的增益有 很大的差异。
❖ - 流体条件相同时，同一个探头，在大口径的流 量计上，因为
在IP address 内输入该流量 计的IP地址， 点击OK键， 则设置完成。
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查看CUI软件的相关信息
通过file> connect或 者点击 进入如下界 面：
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30
❖ 查看流量计 FE3101为 例，点击 Ethemet按 钮，进入如 下界面，选 择对应的流 量计名称， 点击OK键， 则流量计连 接成功。
平均流速
• 流速比率: ❖ - 每个声道的流速除以流量计的平均流速 ❖ - A 声道= 0.892 = 17.43 / 19.54
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34
❖ 声速: (SOS)
❖ - 声速传播速度以长度/时间表示….(如 Ft/Sec )
❖ - 当某个声道的声速与流量计的平均声速 差值超过0.35%时，该声道条块颜色会变 为黄色
多通道流量计
Wa 0 .1382 Wb 0 .3618 Wc 0 .3618 Wd 0 .1382
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流速测量
流量与流体的流速和截面积有关
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流量=流速*截面积
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❖ 超声波流量计原理 ❖ 超声波流量计的硬件接线（现场） ❖ 超声波流量计诊断软件CUI的应用
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❖ - 增益指要对接收到的信号增强多少，才能达到 需要的振幅强
❖ 度。如果信号强度衰减，增益加强。
❖ - 不同的流体条件，可导致不同流量计的增益有 很大的差异。
❖ - 流体条件相同时，同一个探头，在大口径的流 量计上，因为
在IP address 内输入该流量 计的IP地址， 点击OK键， 则设置完成。
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查看CUI软件的相关信息
通过file> connect或 者点击 进入如下界 面：
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❖ 查看流量计 FE3101为 例，点击 Ethemet按 钮，进入如 下界面，选 择对应的流 量计名称， 点击OK键， 则流量计连 接成功。
平均流速
• 流速比率: ❖ - 每个声道的流速除以流量计的平均流速 ❖ - A 声道= 0.892 = 17.43 / 19.54
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❖ 声速: (SOS)
❖ - 声速传播速度以长度/时间表示….(如 Ft/Sec )
❖ - 当某个声道的声速与流量计的平均声速 差值超过0.35%时，该声道条块颜色会变 为黄色
多通道流量计
Wa 0 .1382 Wb 0 .3618 Wc 0 .3618 Wd 0 .1382
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流速测量
流量与流体的流速和截面积有关
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流量=流速*截面积
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❖ 超声波流量计原理 ❖ 超声波流量计的硬件接线（现场） ❖ 超声波流量计诊断软件CUI的应用
超声波流量计培训ppt课件
❖ 近管壁的D声道平均紊流为4 到6%
❖ - 良好流态时，紊流参数为3 到6%。如果流体存 在脉动或波动，该紊
❖ 流参数将超过该范围
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❖ - 当某个声道的声速与流量计的平均声速 差值超过“CRange” 参数的设置值时，该 声道条块颜色会变为红色
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❖ - 增益指要对接收到的信号增强多少，才能达到 需要的振幅强
❖ 度。如果信号强度衰减，增益加强。
❖ - 不同的流体条件，可导致不同流量计的增益有 很大的差异。
❖ - 流体条件相同时，同一个探头，在大口径的流 量计上，因为
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❖ 通过
meter> moniter 进入查 看剖面 图：
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超声波流量计剖面图
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声道流速: ❖ - 一对探头之间的平均流速(ft/sec) ❖ - A 声道显示17.4 ft/sec ❖ - 蓝色条块表示反向流 • 平均流速: ❖ - 所有声道流速取不同权重后的类加值…流量计横剖面的
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流量计监控诊断软件CUI
❖ - 良好流态时，紊流参数为3 到6%。如果流体存 在脉动或波动，该紊
❖ 流参数将超过该范围
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❖ - 当某个声道的声速与流量计的平均声速 差值超过“CRange” 参数的设置值时，该 声道条块颜色会变为红色
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❖ - 增益指要对接收到的信号增强多少，才能达到 需要的振幅强
❖ 度。如果信号强度衰减，增益加强。
❖ - 不同的流体条件，可导致不同流量计的增益有 很大的差异。
❖ - 流体条件相同时，同一个探头，在大口径的流 量计上，因为
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❖ 通过
meter> moniter 进入查 看剖面 图：
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超声波流量计剖面图
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声道流速: ❖ - 一对探头之间的平均流速(ft/sec) ❖ - A 声道显示17.4 ft/sec ❖ - 蓝色条块表示反向流 • 平均流速: ❖ - 所有声道流速取不同权重后的类加值…流量计横剖面的
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流量计监控诊断软件CUI
超声波流量计.ppt
超声波流量计 F1发射的超声波先到达 T1
ห้องสมุดไป่ตู้ 测量流量原理分类
时间差法测量流量原理：在被测管道上下 游的一定距离上，分别安装两对超声波发射和 接收探头（F1，T1）、（F2，T2），其中F1，T1 的超声波是顺流传播的，而F2，T2的超声波是 逆流传播的。由于这两束超声波在液体中传播 速度的不同，测量两接收探头上超声波传播的
时间差t，可得到流体的平均速度及流量。
F1发射的超声波到达 F2的时间较短
频率差法测量流量原理：
F1、F2 是完全相同的超声探头，安装在管壁外面，通过 电子开关的控制，交替地作为超声波发射器与接收器用。首先 由F1发射出第一个超声脉冲，它通过管壁、流体及另一侧管壁 被F2接收，此信号经放大后再次触发F1的驱动电路，使F1发射 第二个声脉冲 。紧接着，由F2发射超声脉冲，而F1作接收器， 可以测得F1的脉冲重复频率为f1。同理可以测得F2的脉冲重复 频率为f2。顺流发射频率f1与逆流发射频率f 2的频率差 f与被
测流速v成正比 。
F1
F2
发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧
ห้องสมุดไป่ตู้ 测量流量原理分类
时间差法测量流量原理：在被测管道上下 游的一定距离上，分别安装两对超声波发射和 接收探头（F1，T1）、（F2，T2），其中F1，T1 的超声波是顺流传播的，而F2，T2的超声波是 逆流传播的。由于这两束超声波在液体中传播 速度的不同，测量两接收探头上超声波传播的
时间差t，可得到流体的平均速度及流量。
F1发射的超声波到达 F2的时间较短
频率差法测量流量原理：
F1、F2 是完全相同的超声探头，安装在管壁外面，通过 电子开关的控制，交替地作为超声波发射器与接收器用。首先 由F1发射出第一个超声脉冲，它通过管壁、流体及另一侧管壁 被F2接收，此信号经放大后再次触发F1的驱动电路，使F1发射 第二个声脉冲 。紧接着，由F2发射超声脉冲，而F1作接收器， 可以测得F1的脉冲重复频率为f1。同理可以测得F2的脉冲重复 频率为f2。顺流发射频率f1与逆流发射频率f 2的频率差 f与被
测流速v成正比 。
F1
F2
发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧
气体超声流量计
气体超声流量计具有准确度高、测量范围宽、无流阻部件造成的压力损失、可双向测量流量、能测量稳态及 低频脉动气流的流量、适用于各种不同管道直径、并能通过流量计算机对管道中气体温度和压力的变化进行有效 的修正等特点。
用途
用途
气体超声流量计主要用于各类气体的流量计量，包括天然气、煤气、焦炉煤气、水煤气、煤制气、煤层气、 瓦斯气、CNG、LNG、LPG、火炬气、沼气、氢气等可燃气体的计量，也能够对空气、氮气、惰性气体等特种气体 进行可靠计量。
其中，测量烟气的超声气体流量计，也叫烟气超声流量计。
主要标准
主要标准
GB/T -2001《用气体超声流量计测量天然气流量》 JJG 1030-2007《超声流量计检定规程》 美国天然气协会第8号技术报告（A.rt NO. 8） 美国天然气协会第9号技术报告（A.rt NO. 9） 美国天然气协会第10号技术报告（A.rt NO.10）
谢谢观看
流量计的测量管段上装有一对或多对超声换能器，超声换能器交替发射和接收超声波，采用超声波检测技术， 通过测量超声波沿气流顺向和逆向传播的声速差，以及测量管段的流体压力和温度，包括气体摩尔组分，计算出 气体流速及标准状态下气体的流量。
简介
简介
上世纪九十年代以来，超声波技术开始应用于气体流量测量领域。随着计算机应用技术的飞速发展，使得气 体超声流量计在天然气工业中的应用得到了突破性的进展。
气体超声流量计
检测计量气体流量的过
目录
02 简介 04 主要标准
基本信息
气体超声流量计，又名气体超声波流量计，英文名：Ultrasonic gas flow meter。气体超声流量计是一种 利用超声波速差法原理，检测计量气体流量的过程控制仪表。
工作原理
工作原理
用途
用途
气体超声流量计主要用于各类气体的流量计量，包括天然气、煤气、焦炉煤气、水煤气、煤制气、煤层气、 瓦斯气、CNG、LNG、LPG、火炬气、沼气、氢气等可燃气体的计量，也能够对空气、氮气、惰性气体等特种气体 进行可靠计量。
其中，测量烟气的超声气体流量计，也叫烟气超声流量计。
主要标准
主要标准
GB/T -2001《用气体超声流量计测量天然气流量》 JJG 1030-2007《超声流量计检定规程》 美国天然气协会第8号技术报告（A.rt NO. 8） 美国天然气协会第9号技术报告（A.rt NO. 9） 美国天然气协会第10号技术报告（A.rt NO.10）
谢谢观看
流量计的测量管段上装有一对或多对超声换能器，超声换能器交替发射和接收超声波，采用超声波检测技术， 通过测量超声波沿气流顺向和逆向传播的声速差，以及测量管段的流体压力和温度，包括气体摩尔组分，计算出 气体流速及标准状态下气体的流量。
简介
简介
上世纪九十年代以来，超声波技术开始应用于气体流量测量领域。随着计算机应用技术的飞速发展，使得气 体超声流量计在天然气工业中的应用得到了突破性的进展。
气体超声流量计
检测计量气体流量的过
目录
02 简介 04 主要标准
基本信息
气体超声流量计，又名气体超声波流量计，英文名：Ultrasonic gas flow meter。气体超声流量计是一种 利用超声波速差法原理，检测计量气体流量的过程控制仪表。
工作原理
工作原理
超声波流量计(课件)
管段式超声波流量计把换能器和测量管组成一 体，解决了外贴式流量计在测量中的一个难题。 而且测量精度也比其它超声波流量计要高，但 同时也牺牲了外贴式超声波流量计不断流安装 这一优点，要求切开管道安装换能器。
3、插入式 插入式超声波流量计 介于上述二者中
间。在安装上可以不断流，利用专门工具 在有水的管道上打孔，把换能器插入管道 内，完成安装。由于换能器在管道内，其 信号的发射、接受只经过被测介质，而不 经过管壁和衬里，所以其测量不受管质和 管衬材料限制。
体积流量qv
为：
qv
Vm K
DN2
4
式中，K ——流速分布修正系数， K=Vm/V DN ——管道内径。
K是单声道通过管道中心的流速（分布）修正系数。 管道雷诺数ReD变化K值将变化， 仪表范围度为10时，K值变化约为1％； 范围度为100时，K值约变化2％。 流动从层流转变为紊流时，K值要变化约30％。 所以要精确测量时，必须对K值进行动态补偿。
总结：超声流量计可分为：
传播速度差法（也叫传播时间法）； 多普勒效应法； 波束偏移法； 相关法； 噪声法
传播时间法原理
（1）流速方程式
超声波逆流从换能器1送到换能器2的传播速度
c被流体流速Vm所减慢，
L t12
c
Vm
x L
反之，超声波顺流从换能器2传送到换能器1的 传播速度则被流体流速加快，
⑧超声波在传播过程中的衰减：
• 由于介质的粘性而造成的衰减 a f 2
• 热传导造成的吸收衰减: a f 2
• 由于介质的散射而造成的衰减 s f 4
⑨声强： P P0ex
α固<α液<α气
⑩超声波的指向性： Sinθ=1.22λ/D=1.22C*T/D=1.22C/fD，
3、插入式 插入式超声波流量计 介于上述二者中
间。在安装上可以不断流，利用专门工具 在有水的管道上打孔，把换能器插入管道 内，完成安装。由于换能器在管道内，其 信号的发射、接受只经过被测介质，而不 经过管壁和衬里，所以其测量不受管质和 管衬材料限制。
体积流量qv
为：
qv
Vm K
DN2
4
式中，K ——流速分布修正系数， K=Vm/V DN ——管道内径。
K是单声道通过管道中心的流速（分布）修正系数。 管道雷诺数ReD变化K值将变化， 仪表范围度为10时，K值变化约为1％； 范围度为100时，K值约变化2％。 流动从层流转变为紊流时，K值要变化约30％。 所以要精确测量时，必须对K值进行动态补偿。
总结：超声流量计可分为：
传播速度差法（也叫传播时间法）； 多普勒效应法； 波束偏移法； 相关法； 噪声法
传播时间法原理
（1）流速方程式
超声波逆流从换能器1送到换能器2的传播速度
c被流体流速Vm所减慢，
L t12
c
Vm
x L
反之，超声波顺流从换能器2传送到换能器1的 传播速度则被流体流速加快，
⑧超声波在传播过程中的衰减：
• 由于介质的粘性而造成的衰减 a f 2
• 热传导造成的吸收衰减: a f 2
• 由于介质的散射而造成的衰减 s f 4
⑨声强： P P0ex
α固<α液<α气
⑩超声波的指向性： Sinθ=1.22λ/D=1.22C*T/D=1.22C/fD，
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超声波流量计简介
一、超声波流量计结构
主要分为三部分：流量计本体、超声换 能器、Mark II电子数据处理单元，如 图所示：
流量计本体：流量计本体是经特殊加工， 用于安装超声换能器、Mark II电子数据 处理单元及压力变送的装置。 超声换能器：超声换能器是把声能转换成 电信号和反过来把电信号转换成声能的元 件。 Mark II电子数据处理单元：由电子元件 和微处理器系统组成。它接受超声换能器 的信号，且具有处理测量信号和显示、输 出及记录测量结果等功能。
结构—三声道流量计
结构—四声道和五声道流量计
四声道流量计： Daniel 采用的是直射技 术，不确定度为0.5%左右。 五声道流量计：目前有Instromet公司推 出此产品，有三个声道采用单反射技术， 两个声道采用旋转方向相反的双反射技 术，对旋涡流的流量测量准确度较高， 不确定度为0.5%左右。
• （3）声道的设置。 单声道和多声道。
•
不论是单声道还是多声道气体超声 波流量计，其声波的发送与接收原理是 一样的。不同的是在不同声程上所测的 线速度对管道截面的流速的呈现不同。
二、超声波流量计的基本原理
气体超声波流量计是利用超声脉冲在气 流中传播的速度与气流的速度有对应的关系， 即顺流时的超声脉冲传播速度比逆流时传播的 速度要快，这两种超声脉冲传播的时间差越大， 则流量也越大的原理。 在实际工作过程中，处在上下游的超声 换能器将同时发射超声波脉冲，显然一个是逆 流传播，一个是顺流传播。气流的作用将使两 束脉冲以不同的传播时间到达接收换能器。由 于两束脉冲传播的实际路程相同，传输时间的 不同直接反映了气体流速的大小。
结构—四声道流量计
结构—五声道流量计
结构—五声道流量计
外夹式流量计
Controlotro n采用单反 射技术生产 了外夹式超 声流量计， 不确定度为 1.0 ~2.0 %。
四、超声波流量计的优点
• 精度高
– – – – 较少的误差源 高级超声波流量计,无需标定,精度高于0.5% 普通型超声波流量计, 2% 热帽式流量计, 2%
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
120 KHz 输入
24V 输入
120 KHz 输出
电压输出
图2 超声探头工作原理图
任意一对传感器
t1 =
L X c - v(x/L) L c + v(x/L) Flow
D
t2 =
从上述方程中求出
L (t1-t2) v= 2x t1t2 L (t1+t2) c= 2 t1t2
• 气体超声波流量计的结构主要取决于以
பைடு நூலகம்
下几个方面： • （1）声波探头的设置方式。外置式或内 置接触式，气体超声流量计一般采用将 接收和发射换能器插入管内至内壁边缘。 • （2）声波的接收方式。 • ① 直射式：直接接收发射探头的声波 • ② 反射式：接收经管壁反射以后的声波。 即接收换能器不是直接接收发射换能器 发出的声波，而是接收经管壁一次反射 或再次反射回的声波。
超声波流量计的基本原理
用于天然气流量测量的超声流量计使用的是时 间差法。图1 为直射式超声流量计的工作原理示意 图。在管壁两边安装一对斜角为的超声换能器，两 个换能器同时或定时向对方发射和接收对方的超声 信号。
图1 工作原理图
超声波流量计
传输时间 0 004
.
X
Flow
D
传输时间 0.007
0.003
多通道流量计算
流量计算的步骤
• 测量每个通道的声波传输时间 • 计算每个通道的流体速度 • 计算平均速度 • 流速乘以截面积
三、超声波流量计分
类
根据换能器多少，目前气体超声流量 计有一至六声道流量计； 根据超声波在管壁上的反射情况，又 可分为直射、单反射和双反射三种。
结构—单声道流量计
一般都 采用单反 射技术， 计量不确 定度为: 1.0~2.0 %。
• 专用于贸易交接 • 高精度：精度优于 +/-0.5%,
重复性优于+/-0.2% • 多通道可检测流体的多个剖面 • 多通道提供了必要的冗余能力，独特的声道 替补技术使流量计在某一声道故障的情况下， 仍能基本正常工作 • 精确的设计和在加工制造过程中的质量控制
计量特性
• 工作原理简单； • 测量准确度高，量程比大，一般都是1：20，可达到1： • • • • •
100； 适应性强，上游直管段最好25~30D ，下游直管段最好10D (加流动调节器，上游最短10D ，下游5D ，加上表体约 20D)； 无可动部件，可直接进行清管作业； 受压力变化影响较小； 为高科技产品，各厂家的产品都有其独特的专利技术，一 次性投资高； 多声道，尤其是四声道和五声道流量计能适用多种流态；
结构—单声道流量计
结构—双声道流量计
Daniel 采用的是直射技术； Instromet采用的是双反射技术； Controlotron采用的是单反射技术。 双声道气体超声流量计不确定度为 1.0~1.5% 。
结构—双声道流量计
结构—双声道流量计
结构—三声道流量计
Instromet采用 的是一个单 反射和两个 双反射技术， Controlotron 采用单反射 技术，不确 定度为 0.7 ~1.0% 。
– 多通道超声流量计可作双向计量
• 自诊断
探头的特点
1，高频率，低功耗， 低电压工作，高效， 安全 2，灵敏度高 3，可以在线带压更 换，更换电缆不影 响工作及精度 4，适用广泛 5， 结构紧凑，插入 表体浅，不易受污 垢影响，寿命长
探头的特点
可以使用以下工具在线带压拆卸并更 换超声波探头
计量特性
2
v = 流体速度 c = 声速 t1 = 上游传输时间 t2 = 下游传输时间
流量测量
流量与流体的流速和截面积有关
流量=流速*截面积
流态剖面流态矫正
对单通道和双通道流量计来说
0.242 CF 1 WR 0.835 LOG (0.2703 ) 0.8 D Re
CF = 矫正系数 WR =管壁粗糙度 Re = 雷诺数
• 低维护成本
– 无可动部件, 维护周期较长 – 无部件插入管道内部, 任何管道内部的残渣都不会损坏 流量计的部件
• 较低的运行成本
– 不影响正常的输气
– 低压力降 – 减少增压设备... 节省电力投资
• 低的安装成本
– 流通能力强
– 量程比宽 (100:1)
– 不用对上下游直管段提出更高的要求
• 可双向计量
一、超声波流量计结构
主要分为三部分：流量计本体、超声换 能器、Mark II电子数据处理单元，如 图所示：
流量计本体：流量计本体是经特殊加工， 用于安装超声换能器、Mark II电子数据 处理单元及压力变送的装置。 超声换能器：超声换能器是把声能转换成 电信号和反过来把电信号转换成声能的元 件。 Mark II电子数据处理单元：由电子元件 和微处理器系统组成。它接受超声换能器 的信号，且具有处理测量信号和显示、输 出及记录测量结果等功能。
结构—三声道流量计
结构—四声道和五声道流量计
四声道流量计： Daniel 采用的是直射技 术，不确定度为0.5%左右。 五声道流量计：目前有Instromet公司推 出此产品，有三个声道采用单反射技术， 两个声道采用旋转方向相反的双反射技 术，对旋涡流的流量测量准确度较高， 不确定度为0.5%左右。
• （3）声道的设置。 单声道和多声道。
•
不论是单声道还是多声道气体超声 波流量计，其声波的发送与接收原理是 一样的。不同的是在不同声程上所测的 线速度对管道截面的流速的呈现不同。
二、超声波流量计的基本原理
气体超声波流量计是利用超声脉冲在气 流中传播的速度与气流的速度有对应的关系， 即顺流时的超声脉冲传播速度比逆流时传播的 速度要快，这两种超声脉冲传播的时间差越大， 则流量也越大的原理。 在实际工作过程中，处在上下游的超声 换能器将同时发射超声波脉冲，显然一个是逆 流传播，一个是顺流传播。气流的作用将使两 束脉冲以不同的传播时间到达接收换能器。由 于两束脉冲传播的实际路程相同，传输时间的 不同直接反映了气体流速的大小。
结构—四声道流量计
结构—五声道流量计
结构—五声道流量计
外夹式流量计
Controlotro n采用单反 射技术生产 了外夹式超 声流量计， 不确定度为 1.0 ~2.0 %。
四、超声波流量计的优点
• 精度高
– – – – 较少的误差源 高级超声波流量计,无需标定,精度高于0.5% 普通型超声波流量计, 2% 热帽式流量计, 2%
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
120 KHz 输入
24V 输入
120 KHz 输出
电压输出
图2 超声探头工作原理图
任意一对传感器
t1 =
L X c - v(x/L) L c + v(x/L) Flow
D
t2 =
从上述方程中求出
L (t1-t2) v= 2x t1t2 L (t1+t2) c= 2 t1t2
• 气体超声波流量计的结构主要取决于以
பைடு நூலகம்
下几个方面： • （1）声波探头的设置方式。外置式或内 置接触式，气体超声流量计一般采用将 接收和发射换能器插入管内至内壁边缘。 • （2）声波的接收方式。 • ① 直射式：直接接收发射探头的声波 • ② 反射式：接收经管壁反射以后的声波。 即接收换能器不是直接接收发射换能器 发出的声波，而是接收经管壁一次反射 或再次反射回的声波。
超声波流量计的基本原理
用于天然气流量测量的超声流量计使用的是时 间差法。图1 为直射式超声流量计的工作原理示意 图。在管壁两边安装一对斜角为的超声换能器，两 个换能器同时或定时向对方发射和接收对方的超声 信号。
图1 工作原理图
超声波流量计
传输时间 0 004
.
X
Flow
D
传输时间 0.007
0.003
多通道流量计算
流量计算的步骤
• 测量每个通道的声波传输时间 • 计算每个通道的流体速度 • 计算平均速度 • 流速乘以截面积
三、超声波流量计分
类
根据换能器多少，目前气体超声流量 计有一至六声道流量计； 根据超声波在管壁上的反射情况，又 可分为直射、单反射和双反射三种。
结构—单声道流量计
一般都 采用单反 射技术， 计量不确 定度为: 1.0~2.0 %。
• 专用于贸易交接 • 高精度：精度优于 +/-0.5%,
重复性优于+/-0.2% • 多通道可检测流体的多个剖面 • 多通道提供了必要的冗余能力，独特的声道 替补技术使流量计在某一声道故障的情况下， 仍能基本正常工作 • 精确的设计和在加工制造过程中的质量控制
计量特性
• 工作原理简单； • 测量准确度高，量程比大，一般都是1：20，可达到1： • • • • •
100； 适应性强，上游直管段最好25~30D ，下游直管段最好10D (加流动调节器，上游最短10D ，下游5D ，加上表体约 20D)； 无可动部件，可直接进行清管作业； 受压力变化影响较小； 为高科技产品，各厂家的产品都有其独特的专利技术，一 次性投资高； 多声道，尤其是四声道和五声道流量计能适用多种流态；
结构—单声道流量计
结构—双声道流量计
Daniel 采用的是直射技术； Instromet采用的是双反射技术； Controlotron采用的是单反射技术。 双声道气体超声流量计不确定度为 1.0~1.5% 。
结构—双声道流量计
结构—双声道流量计
结构—三声道流量计
Instromet采用 的是一个单 反射和两个 双反射技术， Controlotron 采用单反射 技术，不确 定度为 0.7 ~1.0% 。
– 多通道超声流量计可作双向计量
• 自诊断
探头的特点
1，高频率，低功耗， 低电压工作，高效， 安全 2，灵敏度高 3，可以在线带压更 换，更换电缆不影 响工作及精度 4，适用广泛 5， 结构紧凑，插入 表体浅，不易受污 垢影响，寿命长
探头的特点
可以使用以下工具在线带压拆卸并更 换超声波探头
计量特性
2
v = 流体速度 c = 声速 t1 = 上游传输时间 t2 = 下游传输时间
流量测量
流量与流体的流速和截面积有关
流量=流速*截面积
流态剖面流态矫正
对单通道和双通道流量计来说
0.242 CF 1 WR 0.835 LOG (0.2703 ) 0.8 D Re
CF = 矫正系数 WR =管壁粗糙度 Re = 雷诺数
• 低维护成本
– 无可动部件, 维护周期较长 – 无部件插入管道内部, 任何管道内部的残渣都不会损坏 流量计的部件
• 较低的运行成本
– 不影响正常的输气
– 低压力降 – 减少增压设备... 节省电力投资
• 低的安装成本
– 流通能力强
– 量程比宽 (100:1)
– 不用对上下游直管段提出更高的要求
• 可双向计量