气体超声波流量计简介

SPU指信号处理单元， 每个传感器通过铠装 同轴电缆与SPU连接。 它是安装在防爆密封 箱内的电路板，信号 处理单元安装在测量 管段上。
信号处理单元（signal processing unit或SPU） 四声道的Q.Sonic超声流量计的信号处理单元（SPU）都 装在一个隔爆并全天候的密封箱中，信号处理单元是实现 控制超声传感器工作、AGC自动增益的调节、处理超声传 感器接受的信号、判断信号有效性、计算工况体积流量、 与流量计算机通讯等功能的电子单元。
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；
计量特性
声速,温度,气体运行状况的测量是相对独立的 特别适用于高压气体,一般最低工作压力为4～5 bar 常见流量计的直径, 150mm - 600mm (6”-36”) 最高压力可达ANSI #2500(约42MPa)
信号质量（Signal Quality, Performance）
在低流速下，信号质量应基本是100%，而在接近所允许 的最大流速时，小于100%的信号质量是可能发生的，但 如果仪表内的流量仅达到最高流量的50%时信号质量未达 到100%时，应对仪表进行检查，另外小于100%的信号质 量并不意味着仪表精度的降低。
故障后某一探头或者几个探头的数据均不 正常
故障后该探头的数据不正常
流量突变要注意 压变，温变
超声波标准诊断参数
声道流速、平均流速、流速比率
声速 平均增益 信号质量 信噪比
声道流速、平均流速、流速比率
声道流速(Flow Velocity)是指一对探头间的平均流速； 平均流速是指各个声道所测得的气体流速的加权平均 值；流速比率（Velocity Ratio）是指每个声道的流 速除以流量计的平均流速。
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

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% 。
结构—三声道流量计
பைடு நூலகம்
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：目前只有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。
声速（Speed of Sound）
四个声道的声速应该基本上都是相等的，如果出现某个声 道声速偏差较大则该对探头可能存在问题。
平均增益（Gain）
增益指为了使接受信号达到需要的振幅强度，需要对其增强 多少。如果信号的强度衰减，则其增益增加。不同的流体条 件对流量计的增益有很大的影响；相同流态下，大口径的流 量计由于其声道较长，故其增益会比小口径的要大。
结构—四声道流量计
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
工作原理
超声波流量计时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，这两种超声波脉冲传播的时间差越 大，则流量也越大的原理。
原理示意图
传输时间 .007
=.003
. 传输时间 004
结构
流量计本体 超声波探头 CPU板（主板） 数据采集板（放大板） 超声波连线板
流
量
放大板
计
本
体
标况的参比条件是101.325Kpa,200C
超声传感器（ultrasonic transducer） 气体超声流量计采用既能发射又能接收超声波脉冲（频率大于 20000Hz的声波）的超声传感器作为检测元件。如上图所示，这 种传感器成对地安装在管壁上。一个传感器所发射的超声波脉冲 穿过管道，在管道内壁发生反射后，会被另一个传感器所接收。 每一个传感器即能发射也能接受超声波脉冲。
• 发送、接收超声波脉冲信号 探头
• 电信号
脉冲信号
• 与探头通讯，信号放大、数字化处理，发送 数据采 到CPU板
集板
CPU主 • 通过时差计算声速、流速 板
• 现场电源、信号线接口 连线板
• 根据流量计、压变、温变、色谱分析仪数据进 流量计 行计算
算机
超声波探头
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
信噪比（Signal-to-Noise Ration, SNR） 信噪比是接受到的信号和背景噪声的数值比率，具体公式 如下：
如果噪音成为问题则可以通过信噪比进行判断噪音的来源。 通常情况下流量计正常工作时具有较高的信噪比，低信噪比 意味着可能存在控制阀噪声，也有可能是超声波探头脏污需 要清洗等情况。
1、简述流量计算机的功能。 （1）计算功能：采集现场信号以计算想得到的参数；（2） 显示功能：显示需要的各种参数；（3）控制功能：可控制 阀门等设备；（4）报警功能；（5）数据传输功能：可向各 类终端设备以数字，模拟或脉冲信号形式传送数据；
2、超声波流量计的维护内容。 （1）长时间不使用超声波流量计应关闭其流量计算机电源。 （2）如果超声波流量计长时没有运行，启动前应仔细检查 接线和各连接点有无漏气现象。（3）应定期检查信号处理 单元、声道有无故障、零流量测量是否准确、超声换能器表 面是否有沉积物、每个声道的增益（AGC）、信号质量与噪 音、查看流量、声速、平均流量、工况流量。
超声波CPU板
接线插口
超声波数据采集板（放大板）
超声波连线板
接线
接口 J2 J7 J8
J4
功能 电源线24V 485信号线 网线
现场标定
作用
提供电源
连接流量计算 机、上传数据 连接机柜网络 交换机、外界 访问CPU板 测试脉冲
常见故障 CPU板 数据采集板
探头
故障后流量计不能工作，与流量计算机通 信中断