气体超声波流量计简介
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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。
• 气体超声波流量计的结构主要取决于以
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。
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。
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%
• 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
WR =管壁粗糙度
Re = 雷诺数
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。
• （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。
• （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。
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Fra Baidu bibliotek利技术，一
• 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
– 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
• 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
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。
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 %。
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 %。
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
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
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
CF 1
0.242
LOG (0.2703 WR D
0.835 Re 0.8
)
CF = 矫正系数
0.003
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
电压输出
图2 超声探头工作原理图
任意一对传感器
L t1 =
c - v(x/L)
L t2 =
c + v(x/L)
X
Flow
D
从上述方程中求出
v=
L2 (t1-t2) 2x t1t2
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% 。
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。
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。
• 气体超声波流量计的结构主要取决于以
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。
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。
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%
• 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
WR =管壁粗糙度
Re = 雷诺数
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。
• （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。
• （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。
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Fra Baidu bibliotek利技术，一
• 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
– 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
• 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
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。
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 %。
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 %。
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
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
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
CF 1
0.242
LOG (0.2703 WR D
0.835 Re 0.8
)
CF = 矫正系数
0.003
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
电压输出
图2 超声探头工作原理图
任意一对传感器
L t1 =
c - v(x/L)
L t2 =
c + v(x/L)
X
Flow
D
从上述方程中求出
v=
L2 (t1-t2) 2x t1t2
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% 。
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。
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。