浅谈超声波流量计的选型
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１概述
№ 鬲 ２ 图 １ 多谱勒效应测量原理图 图 ２时差式测量原理 图 波流量计。它们的主要区别如下：２ 适用场合不 度、 ２ｌ 压力、 粘度、 密度等参数的影响， 故可解决 奎 类 检测 和显示 。 同。固 定式超声波流量计用于安装在某一固定位 型仪表所难以测量的强腐蚀性、 非导电性 、 性 放射 鉴于非接 ２分类 置， 对某—特定管道内 流体的流量ｉ ｛长期不问断 及易燃易爆介质的流量测量问题。此外， 井亍 ２ 描僚 测量 １ 同ｊ类。目前伟再 两种 的计量； 便携式超 声波流量 艮 大的机动眭， 触测量特点 ， 再配以合理的电子线路 ， 一台仪表可 类型的超声波流量计 ， 一种为多普勒超声波流量 主要用于 寸 管道的流体流量作临日测量 。 ２ 适应多种管径漫 和多种流量范围 不同 ２２ 坦 测量。 超声波流 仪表不可比 拟的， 声 不同 计， 另一种为时差式超 声波流量计。多普勒型是利 供电 方式不同。 固定式超声设弼 卜 求长期连续 量计的适应能力也是其它 馐 要， 用相位差法测量流速 ， 某一已 ｐ 知频率的声波在流 运行， 所以要使用２０ ２Ｖ交流电源， 便携式超 声波流 道的标准型 、 高温型、 防爆型 、 湿式型等流量计可以 体中运动 ， 由于液体本身有一运动速度 ， 导致超声 量计既可以 使用现场的交流电源， 也备有 内 置充电 适应不同介质 、 不同场合和不同 管道条件的流量测 波在接收器与发射器之间的频率或相位发生相对 电池 ， 以 可 连续工作 ５ ｌ 小时 ， ～Ｏ 方便了不同场合 量。 波流量计目 超声 前所存在的缺点主要是可 《 钡流 变化， 通过测量这一相对变化就可获得液体速度； 临时流量测量的需要。２ ３部分功篚不同。固定式 体 的温度范围受超声波换能器及换能器与管道之 ２ 即某—速度的声 超声波流量计，通常都有 ４ ２ ｍ 信号输出等功 间的耦合材料耐涡程度的限制， —０ Ａ 以及高温下被测流 波由于流体流动而使得其在接收器与发射器之间 能， 供远传显示使用， 但其内部只能存贮一条管道 体传声速度的原始数据不全 。目前我国只能测量 传播时间发生变化， 通过测量此时间变化就可获得 的参数； 便携式超声波流量计只是为了现场查看当 ２ ０ 以下的流体。 ０￣ Ｃ 另外 ， 流体流速。 ． 多谱勒式超声波流量计。 ２． １ １ 多普勒式 时流量和短时间内的累计流量， 故一般无输出信号 比一般流量计复杂。这是因为， —般工业计量中液 ｌ 所示。 如图 １ ， 换能 功能， 但为了方便测量不同管道流量 ， 它具有丰富 体的流速常常是每秒 几 而声波在液体中自传播 米， 争 器 １ 频率为 的超声波信号 ， 发射 经过管道 内 液体 的贮存功能，可以同时存贮数十条不同管道的参 速度约为 １ ０ ／ ， ５ ｍ ｓ ０ 被测流体流速（ 摩 化带给 弱 涅 中的悬浮颗粒或气泡后 ， 频率发生偏移， 的频 数 ， 以 供随时阑 出使用。 ２ 换自 ２ ． 默 电方式不同。 ４ 可 声速的变化 量最大也 １。 是 ０ 数量级。 若要求澳量流 ４ 率反射到换能器 ２ｆ ｆ ，与 ｌ ２ 之差即为多谱勒频差 ｆ 分为外贴式、 ｜ 。 插入式、 管段式三 种。 夕 贝 ： ＆Ｉ 拭 是生产 速的准确度为 １ ，则对声速的测量准确度需为 ％ 设流体流速为 ｖ超声波声速为 ｃ多谱勒频移 ｆ正 最早， ， ， ｄ 大家最熟悉 、 应用最广泛的超声波流量计， 安 １ １ 数量级 ， Ｏ～Ｏ 因此 必须有完善的澳量线路才 ４ 比于流体流涑 ｖ则 ． 装换能器无需管道断流， 即贴即用 ， 它充分体现了 能实现， 这也正是超声波流量计只有在集成电路技 ｆ＝ 。 — ＝ 一 ＾＝ 兰 × ｖ 超声波流量计安装简单、 使用方便的特点。ｈ 管段 术迅速发展的前题下才自 到实际蝴 ｊ 隋 的原因。 ４常见各类超声波流量计的应用特征 式： 某些葡苴 因材质疏、 导声不良， 或者锈鼬 重， 俨 衬 当管道条件、 努 泣 置、 频率、 换自 发射 声速 里和管道内空间有间隙等原因， 导致超声波信号衰 ４ 多谱勒式超声波流量计。只能用于测量含 １ 确定以后， ｆ ０即为常数 ， ｃ１ 、、 流体流速和多谱勒频 减严重， 用外贴式无法正常测量， 便产生了管段式 有适量能反 射超声波信号的颗粒或气泡的流体， 如 移成正比， 通过测量频移就可得到流体流速， 进而 超声波流量计。 未处理的污水、 杂质含量稳定的工厂 它把换能器和测 量管组成—体， 解 工厂排放液 、 求得流体流量。Ｚ ．时差式超声波流量汁。时差式 决了 １ ２ 外贴式流量ｉ在 十 测量中的—个难题， 而且测量 过程液等。 要注意它对被测介贡要求比较苛刻， 不 超声波流量计是利用声波在流体 中 顺流传播和逆 精度也更高， 但同时也牺牲了外贴式超声波流量计 能是洁净水， 杂质含量要相对稳定 ， 才可以正常测 流传播 的时间差与流体流速成正 比这～原理来测 不断流安装这—优 ， 要求切开管道安装换能器。ｏ 量。选择此类超声波流量计即要对被澳介质 中有 ４ 量流体流量的。 如图 ２ ， 换能器 １ 向换能器２ 发射 超 插 ＾式：插 入式超声波流量汁介于上述二者中间。 数 ， 也要对所选用的超声波流量计的性能、 精度和 声波信号， 这是顺流方向， 其传播时间为： 在安装上可 以不断流，利用专 门工具在管道上打 对破测介质的要求有深入的了解。 ４ 便携式超声波流量计。 ． ２ 用于临时ｌ 幔 ， 生濒 主 ｔ ： 一五 ：— ￣ｍ × ｖ Ｊ ＝ ２ ｓ ｆ 孑， Ｌ 把换能器插 ＾ 管道内， 完成安装。 由于换能器在 管道 内， 其信号的发射、 接收只经过被测介质 ， 而不 要用于校对管道 Ｅ 安装的 已 其它流量仪表 ， 进行一 反之 ， 逆流方向的传播时间为： 经过管壁和衬里， 所以其’量不受管质和管衬材料 个区域内的流体 衡测试 ，检查管道的当时流量 坝 ４ 三 限制。 情况等。 其比 足 ． 经济。 方便、 Ｃ — ｖ ＣＯＳ ３超声设撕ｔ 量计的特点 ４ ３时差式趱占 波流量计。 前生产最多、 目 应用 时间差 为 ： 众所周知，目 前的工业流量测量普遍存在着 范围最广泛的超声波流量计。 要用来测 它主 量洁净 大管径 、 大流量测量 困难的问题 ， 这是因为一般流 的流体流量 ， 自 在 来水公司和工业用水领域 ， 得到 △ ： 一 。＝ 量计随着测量管径的 增大会带来制造和运输上的 广泛应用。 ． 此外它也可以测量杂质含量不高佾 － ／ Ｊ 、 由于 ｃ ＞ ， ＞ ｖ故 困难， 如造价提高、 Ⅱ 安装不便等， 锄 大、 而超声波 于 １ｇ ， ０／， Ｉ 粒径小于 １ 面的均匀流体 ， ｍ 如污水的测 出 ：—Ｌ ｃｏ ｓ ２ 流量计均可避免。因为超声波流量计是管外安装、 量， 而且精度可 ± ５ 实际应用表明， 达 １％。 选用时差 出 — × （ 。。 忍田 小计）非接触测量， ｖ Ｖ ｏ 忽略不计） ｖ ｃｓ ‘ｃ ２ 胥 下 丁一 Ｖ 仪表造价基本上与被测管道 口 径大小 式超声波流量计， 对流 所以， 流体流速 无关， 所以被认为是较好的大管径流量测量仪表。 果 。 管径的适用范围从２ ｍ到 ５ ， ｃ ｍ 从几米宽的明渠 、 暗 ４ 管段式超声波流量汁。 ４ 精度最高， 可达到 ± ２ Ｏ ＬＣ Ｓ 渠到 ５ ０ ０ ｍ宽的河流。 ０ ％， ５ 而且不受管道材质、 衬里的限制， 适用于流量 其中 ｃ 、 ， ０均为常数， Ｌ 测得时间差 Ａ 即可求 ｔ 但随着 （ 下转 １ ９ ） ２ 页 另外 ， 流量测量准确度几乎不受被测流体温 测量精度要求高的场合。
科
崔玉峰
科 技 论坛 ＩＪｊ
浅谈超声波流量计 的选型
杜 志强
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（ 大庆石化公 司化工三厂仪表 车间。 黑龙 江 大庆 １３ １ ） ６ ７ ４
摘 要： 系统阐述超 声波流量计的分类方法 ， 并从仪表性能 、 被测介质特性等方 面总结 了选 用超声 波流量计 的原 则， 对超声波流量计如何 选型 提 出了具体建议和可以借 鉴的经验和方法。 关键词 ： 超声波流量计 ； 原理 ； 分类 ； 选型
№ 鬲 ２ 图 １ 多谱勒效应测量原理图 图 ２时差式测量原理 图 波流量计。它们的主要区别如下：２ 适用场合不 度、 ２ｌ 压力、 粘度、 密度等参数的影响， 故可解决 奎 类 检测 和显示 。 同。固 定式超声波流量计用于安装在某一固定位 型仪表所难以测量的强腐蚀性、 非导电性 、 性 放射 鉴于非接 ２分类 置， 对某—特定管道内 流体的流量ｉ ｛长期不问断 及易燃易爆介质的流量测量问题。此外， 井亍 ２ 描僚 测量 １ 同ｊ类。目前伟再 两种 的计量； 便携式超 声波流量 艮 大的机动眭， 触测量特点 ， 再配以合理的电子线路 ， 一台仪表可 类型的超声波流量计 ， 一种为多普勒超声波流量 主要用于 寸 管道的流体流量作临日测量 。 ２ 适应多种管径漫 和多种流量范围 不同 ２２ 坦 测量。 超声波流 仪表不可比 拟的， 声 不同 计， 另一种为时差式超 声波流量计。多普勒型是利 供电 方式不同。 固定式超声设弼 卜 求长期连续 量计的适应能力也是其它 馐 要， 用相位差法测量流速 ， 某一已 ｐ 知频率的声波在流 运行， 所以要使用２０ ２Ｖ交流电源， 便携式超 声波流 道的标准型 、 高温型、 防爆型 、 湿式型等流量计可以 体中运动 ， 由于液体本身有一运动速度 ， 导致超声 量计既可以 使用现场的交流电源， 也备有 内 置充电 适应不同介质 、 不同场合和不同 管道条件的流量测 波在接收器与发射器之间的频率或相位发生相对 电池 ， 以 可 连续工作 ５ ｌ 小时 ， ～Ｏ 方便了不同场合 量。 波流量计目 超声 前所存在的缺点主要是可 《 钡流 变化， 通过测量这一相对变化就可获得液体速度； 临时流量测量的需要。２ ３部分功篚不同。固定式 体 的温度范围受超声波换能器及换能器与管道之 ２ 即某—速度的声 超声波流量计，通常都有 ４ ２ ｍ 信号输出等功 间的耦合材料耐涡程度的限制， —０ Ａ 以及高温下被测流 波由于流体流动而使得其在接收器与发射器之间 能， 供远传显示使用， 但其内部只能存贮一条管道 体传声速度的原始数据不全 。目前我国只能测量 传播时间发生变化， 通过测量此时间变化就可获得 的参数； 便携式超声波流量计只是为了现场查看当 ２ ０ 以下的流体。 ０￣ Ｃ 另外 ， 流体流速。 ． 多谱勒式超声波流量计。 ２． １ １ 多普勒式 时流量和短时间内的累计流量， 故一般无输出信号 比一般流量计复杂。这是因为， —般工业计量中液 ｌ 所示。 如图 １ ， 换能 功能， 但为了方便测量不同管道流量 ， 它具有丰富 体的流速常常是每秒 几 而声波在液体中自传播 米， 争 器 １ 频率为 的超声波信号 ， 发射 经过管道 内 液体 的贮存功能，可以同时存贮数十条不同管道的参 速度约为 １ ０ ／ ， ５ ｍ ｓ ０ 被测流体流速（ 摩 化带给 弱 涅 中的悬浮颗粒或气泡后 ， 频率发生偏移， 的频 数 ， 以 供随时阑 出使用。 ２ 换自 ２ ． 默 电方式不同。 ４ 可 声速的变化 量最大也 １。 是 ０ 数量级。 若要求澳量流 ４ 率反射到换能器 ２ｆ ｆ ，与 ｌ ２ 之差即为多谱勒频差 ｆ 分为外贴式、 ｜ 。 插入式、 管段式三 种。 夕 贝 ： ＆Ｉ 拭 是生产 速的准确度为 １ ，则对声速的测量准确度需为 ％ 设流体流速为 ｖ超声波声速为 ｃ多谱勒频移 ｆ正 最早， ， ， ｄ 大家最熟悉 、 应用最广泛的超声波流量计， 安 １ １ 数量级 ， Ｏ～Ｏ 因此 必须有完善的澳量线路才 ４ 比于流体流涑 ｖ则 ． 装换能器无需管道断流， 即贴即用 ， 它充分体现了 能实现， 这也正是超声波流量计只有在集成电路技 ｆ＝ 。 — ＝ 一 ＾＝ 兰 × ｖ 超声波流量计安装简单、 使用方便的特点。ｈ 管段 术迅速发展的前题下才自 到实际蝴 ｊ 隋 的原因。 ４常见各类超声波流量计的应用特征 式： 某些葡苴 因材质疏、 导声不良， 或者锈鼬 重， 俨 衬 当管道条件、 努 泣 置、 频率、 换自 发射 声速 里和管道内空间有间隙等原因， 导致超声波信号衰 ４ 多谱勒式超声波流量计。只能用于测量含 １ 确定以后， ｆ ０即为常数 ， ｃ１ 、、 流体流速和多谱勒频 减严重， 用外贴式无法正常测量， 便产生了管段式 有适量能反 射超声波信号的颗粒或气泡的流体， 如 移成正比， 通过测量频移就可得到流体流速， 进而 超声波流量计。 未处理的污水、 杂质含量稳定的工厂 它把换能器和测 量管组成—体， 解 工厂排放液 、 求得流体流量。Ｚ ．时差式超声波流量汁。时差式 决了 １ ２ 外贴式流量ｉ在 十 测量中的—个难题， 而且测量 过程液等。 要注意它对被测介贡要求比较苛刻， 不 超声波流量计是利用声波在流体 中 顺流传播和逆 精度也更高， 但同时也牺牲了外贴式超声波流量计 能是洁净水， 杂质含量要相对稳定 ， 才可以正常测 流传播 的时间差与流体流速成正 比这～原理来测 不断流安装这—优 ， 要求切开管道安装换能器。ｏ 量。选择此类超声波流量计即要对被澳介质 中有 ４ 量流体流量的。 如图 ２ ， 换能器 １ 向换能器２ 发射 超 插 ＾式：插 入式超声波流量汁介于上述二者中间。 数 ， 也要对所选用的超声波流量计的性能、 精度和 声波信号， 这是顺流方向， 其传播时间为： 在安装上可 以不断流，利用专 门工具在管道上打 对破测介质的要求有深入的了解。 ４ 便携式超声波流量计。 ． ２ 用于临时ｌ 幔 ， 生濒 主 ｔ ： 一五 ：— ￣ｍ × ｖ Ｊ ＝ ２ ｓ ｆ 孑， Ｌ 把换能器插 ＾ 管道内， 完成安装。 由于换能器在 管道 内， 其信号的发射、 接收只经过被测介质 ， 而不 要用于校对管道 Ｅ 安装的 已 其它流量仪表 ， 进行一 反之 ， 逆流方向的传播时间为： 经过管壁和衬里， 所以其’量不受管质和管衬材料 个区域内的流体 衡测试 ，检查管道的当时流量 坝 ４ 三 限制。 情况等。 其比 足 ． 经济。 方便、 Ｃ — ｖ ＣＯＳ ３超声设撕ｔ 量计的特点 ４ ３时差式趱占 波流量计。 前生产最多、 目 应用 时间差 为 ： 众所周知，目 前的工业流量测量普遍存在着 范围最广泛的超声波流量计。 要用来测 它主 量洁净 大管径 、 大流量测量 困难的问题 ， 这是因为一般流 的流体流量 ， 自 在 来水公司和工业用水领域 ， 得到 △ ： 一 。＝ 量计随着测量管径的 增大会带来制造和运输上的 广泛应用。 ． 此外它也可以测量杂质含量不高佾 － ／ Ｊ 、 由于 ｃ ＞ ， ＞ ｖ故 困难， 如造价提高、 Ⅱ 安装不便等， 锄 大、 而超声波 于 １ｇ ， ０／， Ｉ 粒径小于 １ 面的均匀流体 ， ｍ 如污水的测 出 ：—Ｌ ｃｏ ｓ ２ 流量计均可避免。因为超声波流量计是管外安装、 量， 而且精度可 ± ５ 实际应用表明， 达 １％。 选用时差 出 — × （ 。。 忍田 小计）非接触测量， ｖ Ｖ ｏ 忽略不计） ｖ ｃｓ ‘ｃ ２ 胥 下 丁一 Ｖ 仪表造价基本上与被测管道 口 径大小 式超声波流量计， 对流 所以， 流体流速 无关， 所以被认为是较好的大管径流量测量仪表。 果 。 管径的适用范围从２ ｍ到 ５ ， ｃ ｍ 从几米宽的明渠 、 暗 ４ 管段式超声波流量汁。 ４ 精度最高， 可达到 ± ２ Ｏ ＬＣ Ｓ 渠到 ５ ０ ０ ｍ宽的河流。 ０ ％， ５ 而且不受管道材质、 衬里的限制， 适用于流量 其中 ｃ 、 ， ０均为常数， Ｌ 测得时间差 Ａ 即可求 ｔ 但随着 （ 下转 １ ９ ） ２ 页 另外 ， 流量测量准确度几乎不受被测流体温 测量精度要求高的场合。
科
崔玉峰
科 技 论坛 ＩＪｊ
浅谈超声波流量计 的选型
杜 志强
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（ 大庆石化公 司化工三厂仪表 车间。 黑龙 江 大庆 １３ １ ） ６ ７ ４
摘 要： 系统阐述超 声波流量计的分类方法 ， 并从仪表性能 、 被测介质特性等方 面总结 了选 用超声 波流量计 的原 则， 对超声波流量计如何 选型 提 出了具体建议和可以借 鉴的经验和方法。 关键词 ： 超声波流量计 ； 原理 ； 分类 ； 选型