超声波流量计

超声波流量计概述：

管段式超声波流量仪表[3]是以“速度差法”为原理，测量圆管内液体流量的仪表。它采用了先进的多脉冲技术、信号数字化处理技术及纠错技术，使流量仪表更能适应工业现场的环境，计量更方便、经济、准确。产品达到国内外先进水平，可广泛应用于石油、化工、冶金、电力、给排水等领域。

产品特点：

◆独特的信号数字化处理技术，使仪表测量信号更稳定、抗干扰能力强、计量更准确。

◆无机械传动部件不容易损坏，免维护，寿命长。

◆电路更优化、集成度高、功耗低、可靠性高。

◆智能化标准信号输出，人机界面友好、多种二次信号输出，供您任意选择。

◆管段式小管径测流经济又方便，测量精度高达0.5级。

性能参数：

性能参数

测量液体充满被测管道的水、污水及其它均质液体，悬浮物含量小

于10g/L，粒径小于1mm。

准确度±1.0%

流速范围±0.01m/s~±12.0m/s

管径范围DN300mm~DN2000mm

传感器材质钢或不锈钢

传感器承压能力管径300~600mm，压力不超过2MPa；管径700~2000mm，压力不超过1MPa

转换器环境温度：-10℃~+45℃；湿度≤85%(RH) (特殊环境订货时说明)

壁挂式盘装式一体式

防护等级IP65 IP51 IP65

传感器防护等级：

IP68

常温型高温型低温型

工作温度0~50℃0~150℃-20~0℃

电缆采用双芯带屏蔽高频电缆，工作温度-40~+70℃

信号输出模拟量：4~20mA或0~20mA或0~10mA软件可选；负载能力小于600Ω

开关量：累计流量脉冲输出，闭合3ms，周期6ms，传输距离小于500m

串行口：RS-485，传输速率4800bit/s,传输距离小于1200m

键盘1×3按键

显示器2×16位背光液晶字符显示器

显示内容同屏显示瞬时流量：-99999.99~+99999.99m3/h

累计流量：-19999999.99~+19999999.99m3，键控

显示累计运行时间

数据存储累计流量、累计运行时间及各项设置参数，掉电后数据可保存100年

工作电源AC 220V ±15%，50Hz 功率<10W (DC 5~36V、1A，定货时提出)

电缆长度传感器到转换器的布线距离，10m、20m、30m……300m 可选

管段式传感器外型尺寸：

内径（mm）

DN 安装长度

（mm）

L

法兰尺寸

（mm）

重量

（Kg）

额定压力

（MPa）

D Do N×A

300 412 485 432.0 12×26 79.1 1.6

350 447 535 476.0 12×30 88.9

400 481 600 540.0 16×30 102

450 516 635 578.0 16×33 114

500 552 700 635.0 20×33 148

600 621 815 749.5 20×36 212

700 692 915 850 24×36 336 1.0

800 759 1046 970 24×40 500

1000 894 1288 1200 28×44 821

1200 1030 1522 1434 32×44 1303

1400 1164 1778 1670 32×48 1914

1600 1298 1982 1874 36×48 2442

1800 1432 2236 2114 36×52 3411

2000 1566 2446 2324 40×52 4262

ZR系列超声波流量计采用的是时差法测量原理。它的高可靠性是积8年的制造经验加上博采众长，通过不断完善提高得到的；是由于采用了最新的诸如Philips、Tl、美国国家半导体公司的新型高性能集成元器件加上先进的SMD贴装器件生产线大规模生产实现的。40皮秒（40×10 秒）的时间分辨率，0.5%的线性度。低电压多脉冲原理，保证可靠运行。两路0.1%精度的模拟输入，接入温度传感器电流信号，即变成热量计！实现中文显示，软件开放式设计，所有参数用户皆可设定；硬件元件参数无关化设计，无需调整即能确保每一台流量计具有完全相同的性能。主机机型有：便携式、壁挂式、标准盘装式、手持式、一体式。传感器具有：方便安装的外缚式、可靠工作的插入式、高可靠高精度的标准管段式、超高精度的标准型π管段式。

超声波流量计的主要特点是：流体中不插入任何元件，对流速无影响，也没有压力损失；能用于任何液

体，特别是具有高黏度、强腐蚀，非导电性等性能的液体的流量测量，也能测量气体的流量；对于大口径管道的流量测量，不会因管径大而增加投资；量程比较宽，可达5：1；输出与流量之间呈线性等优点。缺点：当被测液体中含有气泡或有杂音时，将会影响测量精度，故要求变送器前后分别有10D和5D的直管段；此外，结构复杂，成本较高。

测量原理

当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，其关系符合下列表达式

其中

θ为声束与液体流动方向的夹角

M 为声束在液体的直线传播次数

D 为管道内径

Tup 为声束在正方向上的传播时间

Tdown为声束在逆方向上的传播时间

ΔT=Tup –Tdown

设静止流体中的声速为c，流体流动的速度为u，传播距离为L，当声波与流体流动方向一致时（即顺流方向），其传播速度为c+u；反之，传播速度为c-u.在相距为L的两处分别放置两组超声波发生器和接收器（T1,R1）和（T2,R2）。当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器R1和R2所需要的时间为t1和t2,则

t1=L/(c+u) t2=L/(c-u)

由于在工业管道中，流体的流速比声速小的多，即c>>u,因此两者的时间差为▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，当声波在流体中的传播速度c已知时，只要测出时间差▽t即可求出流速u，进而可求出流量Q。利用这个原理进行流量测量的方法称为时差法。此外还可用相差法、频差法等。

相差法原理：如果超声波发射器发射连续超声脉冲或周期较长的脉冲列，则在顺流和逆流发射时所接收到的信号之间便要产生相位差▽O,即▽O=w▽t=2wLu/cc

式中，w为超声波角频率。当测得▽O时即可求出u,进而求得流量Q。此法用测量相位差▽O代替了测量微小的时差▽t，有利于提高测量精度。但存在者声速c对测量结果的影响。

频差法原理：为了消除声速c的影响，常采用频差法。由前可知，上、下游接收器接受到的超声波的频率之差为▽f可用下式表示▽f＝[（c+u）/L]-[(c-u)/L]=2u/L

由此可知，只要测得▽f就可求得流量Q，并且此法与声速无关。超声波技术及其应用一、没测量水位概况

目前水电站多采用浮子式液位计或投入式液位计来进行水位测量。其缺点为：测量精度低，不可靠，经常出现浮子卡死不动和传感器堵塞导致测不准；维护工作量大，安装、调试不便，采集到的仅是模拟告警信号，不能直接进入电厂计算机监控系统。对无人值班电厂不实用。

我们对拦污栅水位测量系统进行了反复对比，优化得出最后的方案设计，采用超声波液位计对栅前、栅后水位进行实时准确监测，超声波液位计用PLC对采集量进行处理。并且把实时水位和压差数据送到中控室，超声波液位计显示和越限报警。超声波液位计同时采用RS422/RS232接口，又把实时数据送到大坝集中控制室工控机，处理成计算机通信报文，最终将采集量送到电厂计算机监控系统上位机。

该项目实施后不仅满足栏污栅栅前、栅后水位及压差的多点实时监测，及报警功能，而且结束了拦污栅测量系统独立工作，无法与电厂计算机监控系统通讯的局面。实现与闸门系统的监视功能、控制功能以及故障时ON-CALL寻呼系统功能的集成。满足了无人值班电站的需要。该技术在云南省电力系统还是第一家。

二、超声波液位计测量水位的原理以及安装要求